Склад для травлення кольорових металів

Изобретение относится к области химической обработки металлов, а именно, к способам и составам для травления металлов, и может быть использовано для обработки различных металлических поверхностей, в том числе, в тонкопленочной технологии печатных плат. Известен травитель для избирательного травления пленок олова, нанесенных на полимерный материал и защищенных слоем фоторезиста в соответствии с получаемым рисунком, содержащий смесь азотной и соляной кислот, воды, азотнокислого натрия и глицерина (1). Общими существенными признаками известного и данного составов для травления металла является наличие в составе многоатомного спирта. Недостатком этого раствора является то, что травление пленок олова в концентрированных кислотах сопровождается разрушением как полимерного материала, так и фоторезиста, что нарушает рисунок травления и вызывает необходимость строгого контроля за процессом травления. Наиболее близким к предлагаемому нами по составу является раствор для травления пленок меди на диэлектрической подложке (2), содержащий стабильный радикал 2,6-ди-трет.бутил-4-(2,6-ди-трет.бутилхинометил) феноксил, называемый радикалом Коппенгера, или гальвиноксилом, и этиловый спирт в качестве растворителя. Общими существенными признаками известного и данного составов для травления металлов является включение в состав активного органического реагента и органического растворителя. Недостатком известного состава является недостаточно высокая скорость травления пленок меди, цинка, серебра, а также невозможность травления алюминия, олова. свинца и их сплавов. В основу изобретения положена задача разработать такой состав для травления цветных металлов, который бы благодаря введению дополнительных компонентов и новой совокупности компонентов состава обеспечивал бы повышение скорости травления. Кроме того, обеспечивал бы расширение номенклатуры обрабатываемых металлов за счет травления алюминия, свинца, олова и их сплавов. Поставленная задача достигается тем, что известный состав для травления пленок меди, включающий активный органический реагент и органический растворитель, согласно изобретению, дополнительно содержит высокодисперсный диоксид кремния, в качестве активного органического реагента - соль вердазилия или тетрацианэтилен, а в качестве органического растворителя - метанол или ацетонитрил при следующи х соотношениях компонентов, мас. %: соль вердазилия или тетрацианэтилен 0,0004-0,070 высокодисперсный диоксид кремния 0,1-1,0 алкандиол 0,1-20,0 метанол или ацетонитрил остальное. В результате осуществления изобретения в объеме всех его существенных признаков удается повысить скорость травления цветных металлов до 3,6 моль/л.с, а также расширить номенклатуру обрабатываемых металлов. Для приготовления состава в качестве активного органического реагента использовали соли вердазилия общей формулы: C6H5 N N N + N Ar X C6H5 где Аr= С6Н5, n-NO2-C6H4 , n-СІ-С6Н4; Х-= Вr, СlO4-. Синтез солей осуществляли, действуя на раствор соответствующего вердазильного радикала в бензоле или муравьиной кислоте раствором брома в бензоле или водным ! раствором перхлоратной кислоты. Использовали тетрацианэтилен(этилентетракарбонитрил), имеющий строение CN2-C = C-CN2, марки "ч". ТУ 6-09-10-979-74. В качестве высокодисперсного диоксида кремния использовали пирогенный диоксид кремния (аэросил А-380), ГОСТ 14922-77. В качестве алкандиолов использовали этилен-гликоль(этандиол) марки "ч" ГОСТ 10164-78; пропандиол-1.2 (1,2-пропиленгликоль) марки "ч" и пропандиол-1,3 (1,3-пропиленгликоль) марки "ч" ТУ 6-08-2434-72; бутандиол-1,4 (1,4-бутиленгликоль) марки "ч", ТУ 6-09-2822-78. В качестве растворителей использовали ацетонитрил марки "ч" ТУ 6-09-3534-74, метанол марки "ч", ГОСТ 6995-77, этанол технический ректификованный, ГОСТ 18300-72. Состав готовили при комнатной температуре смешиванием компонентов. К рассчитанному количеству соли вердазилия или тетрацианэтилена приливали необходимое количество алкандиола и растворителя. В полученный раствор при постоянном перемешивании постепенно вносили расчетное количество аэросила до образования однородной суспензии. Приготовленный состав разливали поровну в 5 бюксов и в каждый из них вносили пластину из ситала с пленкой металла, нанесенной электровакуумным напылением. Толщина пленки 5 мкм. В качестве металлов были выбраны медь, цинк. алюминий, олово, свинец, а также сплав олова со свинцом (в виде проволоки) из "мягкого" припоя марки ПОС-60 )60% олова и 40% свинца). Процесс контролировали гравиметрическим (по убыли веса пластинок с пленками металлов или проволоки), рассчитывая по кинетической кривой начальную скорость I травления. Время полного стравливания пленок металлов на подложке фиксировали визуально. Далее приводятся сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Пример 1. В стеклянный сосуд емкостью 200 мл загружают 0,015 г бромида трифенилвердазилия (Аr – С5Н5, X- = Вr- в формуле 1 на стр.2), приливают 9 мл (10,04 г) этандиола(этиленгликоля) и 114 мл (89,290 г( ацетонитрила, перемешивают. После этого постепенно вносят 0,655 г аэросила А-380. Перемешивание ведут до образования однородной массы. Приготовленный состав разливают поровну в 5 бюксов и помещают в каждый по пластине из ситала с пленкой меди, толщина пленки 5 мкм, вес пленки 0,010 г. Процесс травления контролируют Э как описано выше. Количественный состав, также начальная скорость травления и время полного стравливания пленок металлов приведены в примере 1 таблицы 1. Данные являются средними из 5 параллельных опытов и подтверждают достижение поставленной задачи. Примеры 2-14. В примерах2-14 поступали так, как описано в примере 1. за исключением того, что изменяли концентрацию компонентов состава, а именно, соли вердазилия, аэросилга А-380, алкандиола и ацетонитрила. Начальные скорости травления и время полного стравливания пленок меди приведены і примерах 12-14 таблицы 1. Примеры 15-17. Для выяснения влияния добавок аэросила и алкандиолов на процесс травления пленок меди в примерах 1517 поступали так как описано в примере 1. за исключением того, что состав готовили без добавок или этандиола (пример 15) или аэросила (пример 16), или обеих этих компонентов (пример 17) Начальные скорости травления и время полного стравливания пленок меди приведень в примерах 15-17 таблицы 1. Пример 18. В примере 18 поступали так. как описане в примере 1 за исключением того, что вместе соли вердазилия брали такое же количестве тетрацианэтилена. Приготовленным составов проводили травление пленок меди на подложках из ситалла так, как описано выше. Количественный состав и время полного стравливания, а также начальная скорость травления приведены в примере 18 таблицы 1. Примеры 19-31. В примерах 19-31 поступали так, как описано в примере 18, за исключением того, что изменяли концентрацию компонентов состава, а именно, тетрацианэтилена, аэросила А-380, этиленгликоля и ацетонитрила. Начальные скорости травления и время полного стравливания пленок меди приведены в примерах 19-31 таблицы 1. Примеры 32-34. Для выяснения влияния добавок аэросила и этандиола на процесс травления в примерах 32-34 поступали так, как описано в примере 18, за исключением того, что соста в гото вили или без добавок этандиола (пример 32), или аэросила (пример 33), или обоих эти х компонентов (пример 34). Данные представлены в примерах 32-34 таблицы 1. Пример 35 (прототип). Для выяснения влияния природы активного органического реагента был приготовлен состав по прототипу. Для этого поступали так, как описано в примере 1, за исключением того, что вместо соли вердазилия брали 0,015 г стабильного радикала гальвиноксила, а вместо ацетонитрила использовали этанол (126,5 мл или 99,990 г). Данные по начальной скорости травления и время полного стравливания пленок меди составом-прототипом приведены в примере 36 таблицы 1. Из данных таблицы видно, что при содержании компонентов в составе в пределах заявляемого интервала (примеры 1-4, 7-8." 11-12, 18-21, 24-25, 28-29) достигается поставленная задача, т.е. травление пленок меди идет с достаточно большой скоростью, на порядок выше. чем у прототипа. При содержании компонентов в составе ниже заявляемого интервала (примеры 5, 9, 13, 22, 26. 30 таблицы 1) на порядок снижается начальная скорость травления и резко возрастает время полного стравливания пленок меди. Увеличение содержания компонентов состава сверх заявляемого интервала (примеры 6, 10,14,23,27,31 таблицы 1) нецелесообразно, так как не приводя к существенному росту скорости травления приводит к перерасходу реагентов, т.е. поставленная задача не достигается. Из данных таблицы 1 видно также, что только совместное использование аэросила, этандиола, активного органического реагента (соли вердаэилия или тетрацианэтилена) позволяет достичь поставленной, задачи, т.е.) вести травление со скоростью на порядок большей, чем у прототипа. Примеры 36-37. Для выяснения влияния природы соли вердазилия на процесс травления пленок меди в примерах 36-37 поступали так, как описано в примере 1, за исключением того, что вместо бромида трифенилвердазилия использовали бромид 2,4-дифенил-6-(4-нит-рофенил)вердазилия (Аr = О2 N-С6Н4, Х = Вr) в формуле 1 на стр.2) в примере 36, а в примере 37 использовали перхлорат 2,4-ди-фенил-6-(4-хлорфенил)вердазилия (Аr = Сl-С6Н4, Х = СlO4 в формуле 1 на стр.2). Процесс травления проводили так, как описано вы-і ше, Начальные скорости травления и время полного стравливания приведены в примерах 36-37 таблицы 2. Примеры 38-42. Для выяснения влияния алкандиолов и природы растворителя на достижение поставленной задачи в примерах 38-42 поступали так, как описано в примере 1, за исключением того, что вместо ацетонитрила использовали метанол (пример 38), этанол (пример 39), а вместо этандиола использовали пропандиол-1,2- и 1,3 (примеры 40, 41), бутандиол-1,4 (пример 42). Время полного стравливания пленок меди и начальные скорости тргвления приведены в примерах 38-42 таблицы 2. Из данных таблицы 2 видно, что наибольшая скорость травления достигается при использовании в качестве растворителя ацетонитрила, использование вместо бромида трифенилвердазилия других солей вердазилия также позволяет достичь поставленной задачи. Примеры 43-54. Для выяснения возможности травления других металлов, кроме меди, в примерах 43-46 поступали так, как описано в примере 1, а в примерах 47-50 поступали так, как описано в примере 18, за исключением того, что в приготовленный состав вносили пластинки с пленками цинка (примеры 43, 47), алюминия (примеры 44. 48), свинца (примеры 45,49), олова (примеры 46, 50). Для доказательства достижения поставленной задачи в примерах 51-54 поступали так, как описано в примере 35, за исключением того, что вместо пластинок с пленкой меди использовали пластинки из ситала с пленками цинка (пример 51), алюминия (пример 52), свинца (пример 53), олова (пример 54). Начальные скорости травления и время полного стравливания приведены в примерах 43-54 таблицы 3. Из данных таблицы 3 видно, что предложенным составом можно травить с достаточно высокой скоростью металлы, которые известным составом не травятся (алюминий, олово, свинец), либо травятся с низкой скоростью (цинк, медь), на порядок меньшей, т.е. поставленная задача достигается. Примеры 55-56. Для выяснения возможности травления сплавов металлов в примерах 55 поступали так, как описано в примере 1, в примере 56 поступали так, как описано в примере 18, за исключением того, что в приготовленный состав вносили проволоку из "мягкого" припоя марки ПОС-60 (60% олова и 40% свинца). Процесс травления контролировали гравиметрически и рассчитывали скорость травления, приведенную в примерах 55-56 таблицы 4. Пример 57. Для доказательства достижения поставленной задачи в примере 57 поступали так, как описано в примере 35. за исключением того, что в приготовленный состав вносили проволоку из "мягкого" припоя марки ПОС-60 (60% олова и 40% свинца). Процесс травления контролировали по убыли веса проволоки (гравиметрически), скорость травления приведена в примере 57 таблицы 4. Из данных таблицы 4 видно, что предложенным составом можно травить сплавы металлов. например, олова и свинца. Таким образом, предложенным составом можно травить с достаточно высокой скоростью различные металлы и их сплавы без разрушающего воздействия на материал подложки. Кроме того, процесс травления не сопровождается выделением вредных газообразных и токсических веществ. Этот факт. а также возможность регенерации исходных реагентов состава позволяют создать на основе предложенного состава экологически чистые, замкнутые, безотходные производственные технологические циклы, улучшить экологическую обстановку.