РАСТВОР ДЛЯ ТРАВЛЕНИЯ МЕДИ И ЕЕ СПЛАВОВ (ВАРИАНТЫ)
SOLUTION FOR ETCHING COPPER AND ITS ALLOYS (OPTIONS)

Изобретение относится к травителям и может быть использовано для травления меди и ее сплавов в щелочной или нейтральной средах.
Известно, что при производстве печатных плат часто возникает задача подбора щелочных или нейтральных травителей меди и ее сплавов, поскольку используемые современные органические фоторезисты разлагаются в кислой среде, отчего ухудшается качество получаемого топологического рисунка. Также с экономической точки зрения стоит задача возможности регенерации травящих составов.
Известны щелочные травители меди: травитель, получаемый смешиванием аммиачного раствора основного карбоната меди и 7%-ного водного раствора персульфата аммония [Патент СССР №109528, кл. C23F 1/34, 1957]; травитель, содержащий в своем составе дистиллированную воду, персульфат аммония, этиловый спирт, серную кислоту и пероксид водорода [Патент СССР №842097, кл. С09К 13/06, 1981]; травитель, содержащий в своем составе дистиллированную воду, хлорид меди (II), хлорид (или нитрат) аммония, карбонат аммония и щелочь NaOH или КОН [Патент СССР №910845, кл. C23F 1/04, 1982].
Данные составы характеризуются высокой скоростью травления меди, но обладают рядом существенных недостатков - малым значением фактора травления, неудовлетворительной химической стойкостью и невозможностью регенерации.
Также известен щелочной электролитически регенерируемый травитель, содержащий в своем составе аммиачный комплекс сульфата меди (II) - тетраамминсульфат меди, аммиак, сульфат аммония, хлорид аммония и катализатор - метаванадат аммония [Патент RU №2078850 С1, кл. C23F 1/18, 1997]. Данное техническое решение принято за прототип.
Этот травитель имеет ряд недостатков. Во-первых, применение аммиака снижает значение фактора травления до малых значений - не более 2,5. Во-вторых, сам травящий состав не регенерируется - из него можно лишь регенерировать медь электролитическим осаждением. В-третьих, после регенерации возникает задача утилизации или разделения компонентов отработанного электролита.
Техническим результатом предлагаемого решения является увеличение фактора травления до величин, превышающих среднее значение 2-2,5, достигнутое для большинства щелочных травителей меди, а также легкость регенерации травящего состава реагентным методом.
Технический результат достигается тем, что в растворе для травления меди и ее сплавов, включающем дистиллированную воду, травящий агент, комплексообразователь, в качестве травящего агента выбран хлорид меди (II), в качестве комплексообразователей - желатин и хлорид аммония в следующих количествах:
медь двухлористая 2-водная - 42,9 г,
хлорид аммония - 35 г,
желатин - 0,5 г,
дистиллированная вода - 140 мл.
Технический результат достигается тем, что в растворе для травления меди и ее сплавов, включающем травящий агент, комплексообразователь, в качестве травящего агента выбран хлорид меди (II), в качестве комплексообразователей - желатин и хлорид натрия в следующих количествах:
медь двухлористая 2-водная - 42,9 г,
хлорид натрия - 15,1 г,
желатин - 0,5 г,
дистиллированная вода - 140 мл.
Растворы готовят следующим образом.
В необходимом количестве воды при нагревании до 50-70°С при непрерывном перемешивании полностью растворяют отмеренное количество желатина. Затем добавляют отмеренные количества меди двухлористой 2-водной и хлорида аммония по первому варианту или хлорида натрия по второму варианту.
Перемешивают раствор до полного растворения компонентов.
2+
4
2
4
2
4
Рабочая концентрация ионов Cuв травителе по первому и второму вариантам одинакова и составляет 107,2 г/л, величина рН близка к 7. Травление ведут при температуре Т=(45±5)°С. Травящий эффект достигается образованием комплексов (NH)[CuCl] и Na[CuCl], которые растворяют медь согласно реакции:
4
2
2-
-
[CuCl]+Cu=2[CuCl].
4
2
2
2
-
Комплексы NH[CuCl] и Na[CuCl] растворимы в воде, они окрашивают раствор в темно-зеленый цвет. По мере накопления ионов [CuCl] в травящем растворе происходит выделение осадка CuCl, не связанного хлоридами аммония или натрия. При этом, как правило, скорость травления сначала резко возрастает (в среднем по достижении суммарной концентрации ионов меди в растворе, равной 170 г/л), затем уменьшается более чем. в два раза. При резком снижении скорости травления необходима регенерация травящего раствора.
Регенерацию проводят следующим образом.
В отработанный травитель при постоянном перемешивании малыми порциями добавляют смесь пергидроля (30%-ный водный раствор пероксида водорода) и концентрированной соляной кислоты (36%-ный водный раствор хлороводорода) в объемном соотношении 2,1:1 до полного растворения осадка CuCl:
2
2
2
2
2CuCl+HO+2HCl=2CuCl+2HO.
реген
Растворение ведут при комнатной температуре. Реакционная смесь меняет цвет с темно-зеленого на изумрудный. Замечают объем смеси пергидроля и соляной кислоты V (мл), израсходованный на реакцию. Вычисляют количество меди М (Cu), г, перешедшей в раствор в результате травления, по формуле:
реген
M(Cu)=V/8,41.
После полного растворения осадка избыток пероксида водорода разлагают нагреванием травящего раствора до 40-50°С:
2
2
2
2
2HO=2HO+O↑.
Избыточный кислород удаляется из зоны реакции, а образующаяся вода переходит в травитель. Далее в нагретый раствор добавляют компоненты в граммах по первому варианту:
4
M(NHCl)=2,19M(Cu),
М (желатин)=0,03 М (Cu),
по второму варианту:
М (NaCl)=0.95 М (Cu),
М (желатин)=0,03 М (Cu), Поддерживают температуру на уровне 50-70°С и при постоянном перемешивании полностью растворяют сначала желатин, затем хлориды аммония или натрия.
Для предлагаемого травителя по первому и второму вариантам максимально достигнутые показатели фактора травления лежат в интервале 5.0-5,6, что более чем в два раза превышает значение, достигнутое для большинства щелочных травителей. Под микроскопом при 20-кратном увеличении края стравленных участков выглядят ровными, что говорит о высоком качестве процесса травления. Скорость травления (в зависимости от способа напыления меди) составляет 3,0-3,6 мкм/мин для состава травителя по первому и второму вариантам.
Применение предлагаемого раствора в производстве печатных плат способом химического жидкостного травления обеспечивает хорошее качество травления поверхности, а также значительный экономический эффект за счет того, что нет необходимости постоянно выделять стравленную медь из раствора (как правило, дорогостоящим электролитическим методом), поскольку травитель полностью восстанавливает свои травящие свойства после регенерации реагентным методом.