Розчин для розмірного хімічного травлення міді та a-латуней на основі хлориду заліза (ііі)

Реферат: Розчин для розмірного хімічного травлення міді та α-латуней на основі хлориду заліза(ІІІ), який містить хлорид заліза(ІІІ) та хлоридвмісну добавку. Як хлоридвмісну добавку використовують хлорид амонію. UA 67693 U (54) РОЗЧИН ДЛЯ РОЗМІРНОГО ХІМІЧНОГО ТРАВЛЕННЯ МІДІ ТА -ЛАТУНЕЙ НА ОСНОВІ ХЛОРИДУ ЗАЛІЗА (ІІІ) UA 67693 U UA 67693 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області розмірного хімічного травлення міді і її сплавів та може бути використана на підприємствах радіоелектронної і приладобудівної промисловості, де застосовують травильні розчини на основі хлориду заліза(III). Відомо розчин для розмірного хімічного травлення міді та її сплавів (Заявка 98020711, Україна, C23F1/02. Розчин для розмірного хімічного травлення міді та її сплавів/ Пашуля П.Л., Листвак Б.І., Попель О.М. - Заявл.11.021998р., Опубл. 15.11.2000р., Бюл. № 6/2000), який містить залізо хлорне, щавлеву кислоту, калійнатрію тартрат, бензотриазол, воду, який відрізняється тим, що додатково містить мідь хлорну і поліетиленгліколь ПЕГ-115 у такому співвідношенні складників, г/л: залізо хлорне 270...300, мідь хлорна 20...30, кислота щавлева 50...70, калійнатрію тартрат 20-40, бензотриазол 0,3-0,7, поліетиленгліколь ПЕГ-115 0,5...0,8 та вода до 1 л. Травлення рельєфів на сплавах міді здійснюють у травильній машині роторного типу. Швидкість обертання роторів 530 об/хв. Час наскрізного протравлювання мідної фольги товщиною 50 мкм - 60 с. Фактор травлення 20. Чистота поверхні травлення добра. Недоліком цього розчину є те, що до його складу входять органічні речовини, що значно збільшує вартість травильного розчину (ТР), а також те, що приведені характеристики травлення спостерігаються при температурі розчину 32 °С, що потребує додаткового підігріву розчину. Також відомо розчин (Повышение качества травления путем оптимизации рабочих параметров при травлении печатных плат и фасонных деталей. Verbesserung des Atзfaktors durch optimierung der arbeitsparameter beun Atzen von decterplatten und Formteilen /Bogenschite A.F., Lostan G.L., Mieta H./"Yalvanotechnik" № 2, 1079. - C.133-143 (нем), РЖХ 12Л332, 1979) для травлення друкованих плат, виготовлених з міді, та його оптимальний склад, а саме - 2,5 М FeCl3 з додаванням 0,75М НСl. До недоліків даного розчину можна віднести насамперед те, що використовується для збільшення концентрації Сl у ТР летюча соляна кислота, а також те, що для зменшення бокового підтравлення додається органічна речовина - 0,25 г/л бензотриазол та вводиться гліцерин для досягнення густини розчину 5-10 сП, що призводить до додаткових економічних витрат. Відомо розчин (Etchant for wire, method of manufacturing wire using etchant, thin film transistor array panel including wire and manufacturing method thereof: Пат. 7141180 США, МПК С09К13/00 (2006.01) Samsung Electronics Co., Ltd Park Hong-Sick, Kang Sung-Chul, Cho Hong-ge.№ 10/607316; Заявл. 25.06.2003, Опубл. 28.11.2006. Пріор. 25.06.2002, № 2002-35752 (Корея Республика), МПК 252179.1Англ. РЖХ 08.07-19 Л104П), що використовують у процесі травлення печатних плат, до складу якого входять: нітрати заліза від 1 до 5% азотна кислота від 1 до 5% оцтова кислота від 1 до 20% гексаметилентетраамін від 0,05 до 1% неіонізована вода решта. Не зважаючи на те, що до складу цього ТР (травильного розчину) також входять солі заліза, основним недоліком його є наявність багатьох компонентів та використання органічних складових, що значно підвищує його вартість. Крім того цей ТР доцільно використовувати в тому разі, коли електропровідний шар плати виготовлено зі Ag або двох чи трикомпонентних сплавів Ag та Cu, Mg, Al і ін., вміст яких складає від 0,01 до 20 ат.% Як прототип обрано розчин (Исаев В.В., Козлова Н.В., Флеров В.Н., Кучеренко В.И. Влияние добавок хлоридов щелочных металлов на процесс размерного травления меди и его электрохимические стадии в железохлоридных растворах//Известия вузов. Химия и химическая технология.- 1981, 24, № 5. - С.604-607. РЖХ 18Л273, 1981 ), на основі FeCl 3 з добавками КСl та NH4Cl, завдяки присутності яких у ТР спостерігається значне підвищення швидкості процесу травлення міді та її сплавів. Ефективність впливу добавок хлоридів до 0,5-0,8 моль/л в розчинах пов'язано з прискоренням розчинення плівки CuCl, що утворюється на поверхні міді у процесі травлення. Істотним недоліком даного розчину є те, що його склад забезпечує тільки високу швидкість процесу, але ж якісне та ефективне травлення спостерігається у тому випадку, коли травильний розчин одночасно має декілька оптимальних характеристик, що забезпечують рівномірність процесу травлення по компонентам сплаву на рівні високої швидкості процесу. В основу корисної моделі поставлено задачу створення розчину для травлення міді та латуней, який шляхом використання як добавки іншої хімічної сполуки та визначення концентрації компонентів розчину забезпечить досягнення оптимальних параметрів травлення. Поставлена задача вирішується тим, що в відомий розчин для розмірного хімічного травлення міді та -латуні на основі хлорного заліза, який містить хлорид заліза (III) та 1 UA 67693 U 5 10 хлоридвмісну добавку, згідно з корисною моделлю, як хлоридвмісна добавка додається хлорид амонію, при такій концентрації компонентів травильного розчину: хлорид заліза (III) - 1,5 моль/л, хлорид амонію 0,75 - 1,0 моль/л. Заявлений розчин одержують шляхом звичайного розчинення компонентів у воді. Дана корисна модель базується на розрахунку та виборі кількісних критеріїв хімічного розчинення міді та -латуней (на прикладі сплаву Л-62) у хлоридних розчинах. Приклад 1. Стосується підтримання високої швидкості процесу. Для створення розчину високошвидкісного травлення латуні показниками можуть бути значення швидкості травлення у різні періоди циклу травлення; різниця між максимальною (mах), середньою (med) і мінімальною (min) швидкостями травлення латуні; крутизна наростання швидкості з підвищенням концентрації іонів окислювача або ліганда (іонів Сl ), тобто  / CCl . Швидше усього швидкість розчинення латуні зростає при збільшенні концентрації NH 4Cl в інтервалах: 1,5 М - 2,0 М у розчині 1,0 М FeCl3; 0,5 М - 1,0 М у розчині 1,5 М FeCl3. Але в першій серії величина швидкості розчинення сплаву мала, у другій серії вона у середньому вище у 1,35 разу. Тому з позиції високошвидкісного травлення сплаву і стійкого зростання швидкості розчинення в області більш низьких концентрацій іонів хлору доцільно використовувати серію розчинів 1,5 М FeCl3 + n М NH4Cl. Збільшення концентрації NH4Cl вище 1,0 М вряд чи доцільно, так як швидкість травлення латуні практично не змінюється, а витрата реагентів зростає, що можна спостерігати на кривій 3, фіг. 1. На фіг. 1 представлена залежність швидкості розчинення латуні Л-62 від концентрації хлорид-іона у розчині: де: 1 - 1,0 М FeCl3+n NH4Cl; 2 - 1,0 M FeCl3+nHCl; 3 - 1,5 M FeCl3+nNH4Cl; 4 - 1,5 M FeCl3+nHCl; 5 - 2,0 MFeCl3+nNH4Cl. Слід зауважити, що недоцільно використання як хлоридвмісної добавки летючої соляної кислоти, так як різниця у значеннях швидкості травлення латуні у розчинах з однаковими концентраціями FeCl3 та хлоридвмісного компонента, введенного у вигляді різних сполук, лежить у межах похибки вимірювання. Отже, як основну добавку для створення високошвидкісних травильних розчинів можна розглядати хлорид амонію NH4Cl. Приклад 2. Стосується підтримання рівномірності процесу травлення в часі. Для підбору складу розчину тривалого високошвидкісного травлення, актуальна перевірка стабільності процесу травлення латуні в часі. Основні показники швидкості травлення за цикл: максимальна, мінімальна і середня в часі швидкість травлення сплаву, різниці між значеннями швидкості травлення латуні за цикл травлення. Для розчинів з добавкою NH 4Cl простежується кореляція: чим вище максимальне значення швидкості травлення, тим більше кут нахилу кривих в координатах v-t, тобто тим швидше зменшується швидкість травлення в часі, що видно на фіг. 2, на якій відображено змінення швидкості травлення латуні Л-62 в часі у розчинах складу, моль/л: 1 - 1,5 М FeCl3+0,5 М NH4Cl; 2 - 1,5 М FeCl3+0,75 М NH4Cl; 3 - 1,5 М FeCl3+1,0 М NH4Cl; 4 - 1,5 М FeCl3+2,0 М NH4Cl. Кількісні характеристики травлення для складів розчинів, що рекомендуються як високошвидкісні, повинні одночасно відрізнятися найбільш високими відмінностями між значеннями швидкостей травлення латуні (max - min), (max - med) i (med - min). Ці показники оптимально характеризують здатність розчину до тривалого високошвидкісного травлення сплаву. Бажано практичне застосування травильних розчинів, для яких швидкість розчинення сплаву протягом початкового періоду підвищується або зменшується не різко, а у середині циклу стабілізується на проміжному рівні, тобто залежність v-t характеризується ступінчастим характером (фіг. 2 , крива 2). Склад розчину 1,5 М FeCl3+1,0 М NH4Cl відповідає вимогам високошвидкісного травлення за всіма вище переліченими показниками. Приклад 3. Стосується забезпечення великої «ємності» розчину по іонам металів компонентам сплаву, тобто максимальну концентрацію іонів міді та цинку у розчині до початку випадіння в осад сполук Сu i Zn перемінного складу. Втрата маси ОДЕ (дисковий електрод, що обертається) в кінці циклу відповідає максимальній концентрації іонів міді і цинку в травильному розчині Сmах, тобто його «ємності ». Найбільш «ємними» по серіях розчинів є склади: 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2  UA 67693 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 у розчині складу 1,0 М FeCl3+0,75 М NH4Cl ємність - 28,25 г/л; у розчині складу 1,0 М FeCl3+0,5 М НСl ємність - 34,16 г/л; у розчині складу 1,5 М FeCl3+0,5 М NH4Cl ємність - 41,78 г/л. Необхідно також провести розрахунок долі (n) іонів міді і цинку у відпрацьованих травильних розчинах. Для розчинів всіх серій nCu більше ніж nZn тобто «ємність» відпрацьованих травильних розчинів в основному «наповнена» іонами міді. Враховуючи склад латуні Л-62, цей чинник свідчить на користь рівномірності розчинення сплаву, оскільки переважання іонів цинку в розчині однозначно підтверджувало б знецинкування латуні. Із збільшенням концентрації іонів ¯ Сl добавки в розчинах (ССl¯), nСu і nZn змінюються по-різному. Проте хід їх зміни прямо корелює із зміною коефіцієнтів селективності розчинення ZCu і ZZn, що можна спостерігати, наприклад, для серії розчинів складу 1,5 М FeCl3+n М NH4Cl на фіг. 3, на якій крива 1, це - сумарна максимальна концентрація іонів міді і цинку, крива 2 - доля іонів Zn та крива 3 - доля іонів Сu. Приклад 4. Стосується забезпечення рівномірності розчинення компонентів сплаву. Розрахунок коефіцієнтів селективності компонентів сплаву дозволяє виділити розчини, в яких протікає рівномірне або близьке до такого розчинення Л-62. Подібними розчинами є ті, для яких найбільш близькі значення ZСu і ZZn, наприклад для серії розчинів 1,5 М FeCl3+n М NH4Cl, див. фіг. 4. На фіг. 4 представлена залежність коефіцієнтів селективності розчинення компонентів латуні Л-62 від концентрації добавки NH4Cl в розчинах серії 1,5 М FeCl3+n М NH4Cl: 1-ZZn; 2-ZCu. Приклад 5. Стосується вибору травильного розчину оптимального складу. Вибір складу травильних розчинів повинен забезпечувати досягнення оптимальних значень декількох параметрів травлення. Наприклад, високошвидкісними розчинами, що забезпечують велику «ємність» по компонентам сплаву, є розчини складу (моль/л): серія 1,0 М FeCl3+n М NH4Cl - склад 1,0 FeCl3+0,75 NH4Cl; серія 1,0 М FeCl3+n М НСl - склади 1,0 FeCl3+(0,5 - 0,75) НСl. Для підтримування рівномірного травлення по компонентам сплаву на рівні високої швидкості треба використовувати розчин складу (моль/л) - 1,0 FeCl3+1,5NH4Cl. У серії 1,0 М FeCl3+n М НСl жоден з розчинів не забезпечує рівномірного травлення з високою швидкістю. Якщо досягається рівномірність розчинення сплаву, то воно протікає на рівні низьких концентрацій і навпаки. Серія 1,5 М FeCl3+n М NH4Cl єдина, розчини якої в певному концентраційному інтервалі хлоридвмісної добавки забезпечують рівномірне, високошвидкісне і «високоємне» травлення. Оптимальний в цьому відношенні розчин складу (моль/л) 1,5 FeCl 3+1,0 NH4Cl. Менш виражена оптимальність всіх показників у розчину (моль/л) 1,5FeCl3+0,75NH4Cl. Таким чином, доцільно використовувати для травлення латуні Л-62 розчини складу (моль/л) 1,5 FeCl3+(0,75-1,0) NH4Cl. Запропонований склад розчину забезпечує не тільки високу швидкість процесу, але ще й рівномірне та «високоємне» травлення завдяки тому, що даний травильний розчин одночасно має декілька оптимальних характеристик. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Розчин для розмірного хімічного травлення міді та α-латуней на основі хлориду заліза(III), який містить хлорид заліза(ІІІ) та хлоридвмісну добавку, який відрізняється тим, що як хлоридвмісну добавку використовують хлорид амонію, при такій концентрації компонентів травильного розчину: хлорид заліза(ІІІ) 1,5 моль/л хлорид амонію 0,75-1,0 моль/л. 3 UA 67693 U 4 UA 67693 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5