CN102108512B - 一种金属化学蚀刻液及蚀刻方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种金属化学蚀刻液，该蚀刻液包括氯化铁、盐酸、磷酸、硝酸、缓蚀剂和表面活性剂，所述缓蚀剂为六次甲基四胺、乙二胺、三乙醇胺和十七酰胺中的至少一种，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和十二烷基醇酰胺中的一种或两种。本发明还提供了一种金属化学蚀刻方法，该方法为将金属基材进行喷淋蚀刻，所述蚀刻液为本发明所述的蚀刻液。本发明得到的蚀刻液可以应用于各种金属表面的时刻，尤其是不锈钢、铜和铝合金，由于可以用同一种蚀刻液对不同的金属进行蚀刻，可以节省设备。
Description
技术领域
本发明涉及金属化学蚀刻液及蚀刻方法。
背景技术
化学蚀刻是通过化学反应利用化学溶液的腐蚀作用将不需要的金属快速溶解除掉的过程。化学蚀刻的基本流程为：将初始金属件进行常规的清洗和除油使表面清洁，进而在其表面涂覆光固油墨，并按照加工图样进行光固油墨的曝光，而后进行显影和二次固化处理，再利用化学蚀刻溶液腐蚀暴露的金属，待腐蚀过程结束后，再将表面的油墨用强碱性溶液去掉，最后用水清洗干净得到蚀刻加工后产品。
目前已有的化学蚀刻液主要是针对专一的不锈钢、铜或铝合金等，尚未有可以同时用于不锈钢、铜和铝合金的蚀刻液。专一的蚀刻液仅仅局限于同一种金属材料的蚀刻加工，无法同时使用一套设备进行多种金属的蚀刻，对设备资源造成了浪费。
公开号为CN101173360的专利公开了一种不锈钢蚀刻液，主要包括三氯化铁400-600g/L，盐酸2-5g/L，氟化氢铵12g/L，硫脲2.5-5g/L，蚀刻促进剂1-5g/L，再生剂2-5g/L。该蚀刻剂只能适用于不锈钢表面的蚀刻，如果用其作为铜表面的蚀刻，将会使底纹过于粗糙，边线毛边严重，且蚀刻效率低；如果用其作为铝合金表面的蚀刻将会使蚀刻后产品底部发黑，底纹粗糙，边线毛边严重。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的蚀刻液只能专一的用于蚀刻某一种金属的缺陷，从而提供一种可以应用于各种金属表面蚀刻的金属蚀刻液及蚀刻方法。
本发明提供了一种金属化学蚀刻液，包括氯化铁、盐酸、磷酸、硝酸、缓蚀剂和表面活性剂，所述缓蚀剂为六次甲基四胺、乙二胺、三乙醇胺和十七酰胺中的至少一种，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和十二烷基醇酰胺中的一种或两种。
本发明还提供了一种金属化学蚀刻方法，该方法包括将金属材料进行喷淋蚀刻，所述蚀刻液为本发明所述的蚀刻液。
本发明得到的蚀刻液可以应用于各种金属表面的时刻，尤其是不锈钢、铜和铝合金，由于可以用同一种蚀刻液对不同的金属进行蚀刻，可以节省设备。
具体实施方式
本发明提供了一种金属化学蚀刻液，包括氯化铁、盐酸、磷酸、硝酸、缓蚀剂和表面活性剂，所述缓蚀剂为六次甲基四胺、乙二胺、三乙醇胺和十七酰胺中的至少一种，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和十二烷基醇酰胺中的一种或两种。
根据本发明所提供的化学蚀刻液，所述缓蚀剂能够减缓金属腐蚀的速率，改善蚀刻后表面的平整度，减少侧蚀量。表面活性剂能够活化金属表面易于蚀刻的进行，降低侧蚀量。
根据本发明所提供的化学蚀刻液，优选地，所述氯化铁的含量为325-912g/L，所述盐酸的含量为80-180mL/L，所述磷酸的含量为80-220mL/L，所述硝酸的含量为75-150mL/L，所述缓蚀剂的含量为50-800mg/L，所述表面活性剂的含量为1-200mg/L。
根据本发明所述的化学蚀刻液，优选地，所述氯化铁的含量为543-760g/L，所述盐酸的含量为80-160mL/L，所述磷酸的含量为100-140mL/L，所述硝酸的含量为75-130mL/L，所述缓蚀添加剂的含量为50-400mg/L，所述表面活性剂的含量为80-200mg/L。
根据本发明所述的化学蚀刻液，优选地，所述氯化铁的含量为651-912g/L，所述盐酸的含量为80-160mL/L，所述磷酸的含量为80-140mL/L，所述硝酸的含量为90-150mL/L，所述缓蚀添加剂的含量为200-500mg/L，所述表面活性剂的含量为50-100mg/L。
根据本发明所述的化学蚀刻液，优选地，所述氯化铁的含量为326-543g/L，所述盐酸的含量为100-180mL/L，所述磷酸的含量为100-220mL/L，所述硝酸的含量为75-100mL/L，所述缓蚀添加剂的含量为300-800mg/L，所述表面活性剂的含量为1-100mg/L。
本发明得到的蚀刻液可以应用于各种金属基材的表面蚀刻，尤其是不锈钢、铜和铝合金材料的表面蚀刻。下面主要分金属基材为铜、不锈钢和铝合金来介绍一下本发明的蚀刻液的蚀刻原理，其他金属基材可以类推。
金属基材为铜，金属化学蚀刻液与铜的蚀刻原理为：
2Fe3++Cu＝＝2Fe2++Cu2+，
2Cu+6HNO3＝＝2Cu(NO3)2+3H2O+NO↑+NO2↑，
Cu+2HCl＝＝CuCl2+H2↑，
3Cu+2H3PO4＝＝Cu3(PO4)2+3H2↑。
由于盐酸时还原性酸，同时Cu在金属活动顺序表中位于氢的后面，Cu在纯HCl中腐蚀很慢，单独使用盐酸不能对Cu进行化学腐蚀。在盐酸中加入氧化剂三氯化铁，则对Cu的腐蚀是很快的。Cu在HNO3中没有钝化现象，随HNO3浓度的提高腐蚀速度也加快，HNO3常用与HCl一起，在氧化剂的作用下对Cu能够起到更好的腐蚀作用。H3PO4作为重要的辅助腐蚀材料用于调节腐蚀速度和降低金属的表面粗糙度。
金属为不锈钢，金属蚀刻液与不锈钢的蚀刻原理为：
2Fe3++Fe＝＝3Fe2+，
4Fe+10HNO3＝＝4Fe(NO3)2+N2O+5H2O，
Fe+2HCl＝＝FeCl2+2HX2↑，
3Fe+2H3PO4＝＝Fe3(PO4)2+3H2↑。
Fe在盐酸和硝酸中极易被腐蚀，为保证腐蚀后得到较好的底面效果，需要适当添加H3PO4和缓蚀剂以改善蚀刻后的底部效果；H3PO4作为重要的辅助腐蚀材料用于调节腐蚀速度和降低金属的表面粗糙度。
金属为铝合金，金属化学蚀刻液与铝合金的蚀刻原理为：
Fe3++3Al+6H+＝＝Fe+3Al3++3H2↑，
2Al+6HCl＝＝2AlCl3+3H2↑，
2Al+6HNO3＝＝2Al(NO3)3+3H2↑，
2Al+2H3PO4＝＝2AlPO4+3H2↑。
由于盐酸中Cl-的强活化作用加上Fe3+的强氧化性，药液对铝合金的腐蚀很快，为了得到更好的底面效果，需要在盐酸中添加H3PO4和缓蚀剂。H3PO4作为重要的辅助腐蚀材料用于调节腐蚀速度和降低金属的表面粗糙度。添加少量的HNO3能够提高药液对于铝材的蚀刻速率。
本发明还提供了一种金属化学蚀刻方法，该方法包括将金属基材进行喷淋蚀刻，所述蚀刻液为本发明所述的蚀刻液。
根据本发明所提供的金属化学蚀刻方法，所述金属基材可以为本领域技术人员所公知的各种金属，优选地，所述金属基材为铜、不锈钢和铝合金中的一种。
根据本发明所提供的金属化学蚀刻方法，优选地，所述金属基材为铜，所述氯化铁的含量为543-760g/L，所述盐酸的含量为80-160mL/L，所述磷酸的含量为100-140mL/L，所述硝酸的含量为75-130mL/L，所述缓蚀添加剂的含量为50-400mg/L，所述表面活性剂的含量为80-200mg/L。
根据本发明所提供的金属化学蚀刻方法，优选地，所述金属基材为不锈钢，所述氯化铁的含量为651-912g/L，所述盐酸的含量为80-160mL/L，所述磷酸的含量为80-140mL/L，所述硝酸的含量为90-150mL/L，所述缓蚀添加剂的含量为200-500mg/L，所述表面活性剂的含量为50-100mg/L。
根据本发明所提供的金属化学蚀刻方法，优选地，所述金属基材为铝合金，所述氯化铁的含量为326-543g/L，所述盐酸的含量为100-180mL/L，所述磷酸的含量为100-220mL/L，所述硝酸的含量为75-130mL/L，所述缓蚀添加剂的含量为300-800mg/L，所述表面活性剂的含量为1-100mg/L。
根据本发明所提供的金属化学蚀刻方法，优选地，所述蚀刻液的温度为35-45℃。当温度低于30℃时，蚀刻速度很慢，而蚀刻速率过慢会增大侧蚀量，影响蚀刻精度。温度高于50℃时，蚀刻速率明显加快，但气体的挥发也大大增加，同时蚀刻过程也难于控制，并使蚀刻后的表面粗糙度增加，宜使温度控制在35-45℃范围内。
根据本发明所提供的金属化学蚀刻方法，优选地，所述喷淋压力为25-35kg/cm2。喷淋压力需综合考虑设备的压力范围和油墨的承受范围，喷淋压力增加将增加蚀刻的效率并减小侧蚀的大小，但压力过高会对油墨造成过高的撞击伤害，损坏边缘的油墨，造成边缘的不齐，综合考虑以上两点，压力控制在25-35kg/cm2范围内比较合适。
下面通过具体的实例对本发明做进一步详细的描述。
实施例1
1、制备蚀刻液
制备200L蚀刻液：将氯化铁120kg，盐酸24L，磷酸20L，硝酸20L，六次甲基四胺40g，十二烷基苯磺酸钠16g，用水溶解得到总量为200L的蚀刻液。
2、蚀刻
将上述蚀刻液加入蚀刻机，蚀刻液的温度为40℃，喷淋压力为30kg/cm2。
在铜材产品表面上喷涂上抗蚀刻油墨(光固化油墨)，用以遮避无需蚀刻的部分，经过曝光工序将需要蚀刻的图案曝光在产品的表面，显影后需要蚀刻图案的部分的油墨将会被褪掉，然后将产品放入蚀刻机，蚀刻完成后图案就会显现出来。
蚀刻后的产品图案区域底纹较细，侧蚀较小，边线整齐。
实施例2
1、制备蚀刻液
制备200L蚀刻液：氯化铁110kg，盐酸32 L，磷酸24L，硝酸26L，乙二胺20g，十二烷基醇酰胺24g，用水溶解的到总量为200L的蚀刻液。
2、蚀刻
将上述蚀刻液加入蚀刻机，蚀刻液的温度为40℃，喷淋压力为30kg/cm2。
在铜材产品表面上喷涂上抗蚀刻油墨(光固化油墨)，用以遮避无需蚀刻的部分，经过曝光工序将需要蚀刻的图案曝光在产品的表面，显影后需要蚀刻图案的部分的油墨将会被褪掉，然后将产品放入蚀刻机，蚀刻完成后图案就会显现出来。
蚀刻后的产品图案区域底纹较细，侧蚀较小，边线整齐。
实施例3
1、制备蚀刻液
制备200L蚀刻液：氯化铁152kg，盐酸16L，磷酸28L，硝酸15L，三乙醇胺40g，十七酰胺40g，十二烷基苯磺酸钠40g，用水溶解得到总量为200L的蚀刻液。
2、蚀刻
将上述蚀刻液加入蚀刻机，蚀刻液的温度为40℃，喷淋压力为30kg/cm2。
在铜材产品表面上喷涂上抗蚀刻油墨(光固化油墨)，用以遮避无需蚀刻的部分，经过曝光工序将需要蚀刻的图案曝光在产品的表面，显影后需要蚀刻图案的部分的油墨将会被褪掉，然后将产品放入蚀刻机，蚀刻完成后图案就会显现出来。
蚀刻后的产品图案区域底纹较细，侧蚀较小，边线整齐。
实施例4
1、制备蚀刻液
制备200L蚀刻液：将氯化铁160kg，盐酸24L，磷酸16L，硝酸20L，六次甲基四胺40g，十二烷基苯磺酸钠10g，用水溶解得到总量为200L的蚀刻液。
2、蚀刻
将上述蚀刻液加入蚀刻机，蚀刻液的温度为40℃，喷淋压力为30kg/cm2；
在不锈钢产品表面上喷涂上抗蚀刻油墨(光固化油墨)，用以遮避无需蚀刻的部分，经过曝光工序将需要蚀刻的图案曝光在产品的表面，显影后需要蚀刻图案的部分的油墨将会被褪掉，然后将产品放入蚀刻机，蚀刻完成后图案就会显现出来。
蚀刻后的产品LOGO区域底纹细腻，侧蚀小，边线整齐，尖角突出。
实施例5
1、制备蚀刻液
制备200L蚀刻液：将氯化铁130kg，盐酸16L，磷酸24L，硝酸18L，六次甲基四胺40g，乙二胺20g，三乙醇胺10g，十二烷基苯磺酸钠10g，十二烷基醇酰胺6g，用水溶解得到总量为200L的蚀刻液。
2、蚀刻
将上述蚀刻液加入蚀刻机，蚀刻液的温度为40℃，喷淋压力为30kg/cm2。
在不锈钢产品表面上喷涂上抗蚀刻油墨(光固化油墨)，用以遮避无需蚀刻的部分，经过曝光工序将需要蚀刻的图案曝光在产品的表面，显影后需要蚀刻图案的部分的油墨将会被褪掉，然后将产品放入蚀刻机，蚀刻完成后图案就会显现出来。
蚀刻后的产品LOGO区域底纹细腻，侧蚀小，边线整齐，尖角突出。
实施例6
1、制备蚀刻液
制备200L蚀刻液：将氯化铁182kg，盐酸32L，磷酸28L，硝酸30L，六次甲基四胺25g，乙二胺25g，三乙醇胺25g，十七酰胺25g，十二烷基苯磺酸钠20g，用水溶解得到总量为200L的蚀刻液。
2、蚀刻
将上述蚀刻液加入蚀刻机，蚀刻液的温度为40℃，喷淋压力为30kg/cm2。
在不锈钢产品表面上喷涂上抗蚀刻油墨(光固化油墨)，用以遮避无需蚀刻的部分，经过曝光工序将需要蚀刻的图案曝光在产品的表面，显影后需要蚀刻图案的部分的油墨将会被褪掉，然后将产品放入蚀刻机，蚀刻完成后图案就会显现出来。
蚀刻后的产品LOGO区域底纹细腻，侧蚀小，边线整齐，尖角突出。
实施例7
1、制备蚀刻液
制备200L蚀刻液：将氯化铁80kg，盐酸24L，磷酸36L，硝酸16L，六次甲基四胺60g，十二烷基苯磺酸钠1g，用水溶解得到总量为200L的蚀刻液。
2、蚀刻
将上述蚀刻液加入蚀刻机，蚀刻液的温度为40℃，喷淋压力为30kg/cm2。
在铝合金产品表面上喷涂上抗蚀刻油墨(光固化油墨)，用以遮避无需蚀刻的部分，经过曝光工序将需要蚀刻的图案曝光在产品的表面，显影后需要蚀刻图案的部分的油墨将会被褪掉，然后将产品放入蚀刻机，蚀刻完成后图案就会显现出来。
蚀刻后的产品LOGO区域底纹较细，侧蚀较小，边线整齐。
实施例8
1、制备蚀刻液
制备200L蚀刻液：将氯化铁65kg，盐酸36L，磷酸44L，硝酸20L，六次甲基四胺50g，乙二胺50g，十二烷基苯磺酸钠10g，用水溶解得到总量为200L的蚀刻液。
2、蚀刻
将蚀刻液加入蚀刻机，蚀刻液的温度为40℃，喷淋压力为30kg/cm2。
在铝合金产品表面上喷涂上抗蚀刻油墨(光固化油墨)，用以遮避无需蚀刻的部分，经过曝光工序将需要蚀刻的图案曝光在产品的表面，显影后需要蚀刻图案的部分的油墨将会被褪掉，然后将产品放入蚀刻机，蚀刻完成后图案就会显现出来。
蚀刻后的产品LOGO区域底纹较细，侧蚀较小，边线整齐。
实施例9
1、制备蚀刻液
制备200L蚀刻液：将氯化铁110kg，盐酸20L，磷酸20L，硝酸26L，六次甲基四胺100g，三乙醇胺60g，十二烷基苯磺酸钠10g，十二烷基醇酰胺10g，用水溶解得到总量为200L的蚀刻液。
2、蚀刻
将上述蚀刻液加入蚀刻机，蚀刻液的温度为40℃，喷淋压力为30kg/cm2。
在铝合金产品表面上喷涂上抗蚀刻油墨(光固化油墨)，用以遮避无需蚀刻的部分，经过曝光工序将需要蚀刻的图案曝光在产品的表面，显影后需要蚀刻图案的部分的油墨将会被褪掉，然后将产品放入蚀刻机，蚀刻完成后图案就会显现出来。
蚀刻后的产品LOGO区域底纹较细，侧蚀较小，边线整齐。
对比例1
1、制备蚀刻液
制备200L蚀刻液：将三氯化铁100kg，盐酸800g，氟化氢铵2.4kg，硫脲800g，蚀刻促进剂600g，再生剂600g，用水溶解得到200L的蚀刻液。
2、蚀刻
将上述蚀刻液加入蚀刻机，蚀刻液的温度为40℃，喷淋压力为30kg/cm2。
在铜材产品表面上喷涂上抗蚀刻油墨(光固化油墨)，用以遮避无需蚀刻的部分，经过曝光工序将需要蚀刻的图案曝光在产品的表面，显影后需要蚀刻图案的部分的油墨将会被褪掉，然后将产品放入蚀刻机，蚀刻完成后图案就会显现出来。
蚀刻后的产品LOGO区域底纹较细，边线较整齐。效果与实施例1-3相比较差。
对比例2
1、制备蚀刻液
制备200L蚀刻液：三氯化铁100kg，盐酸800g，氟化氢铵2.4kg，硫脲800g，蚀刻促进剂600g，再生剂600g，用水溶解得到200L蚀刻液。
2、蚀刻
将上述蚀刻液加入蚀刻机，蚀刻液的温度为40℃，喷淋压力为30kg/cm2。
在铝合金产品表面上喷涂上抗蚀刻油墨(光固化油墨)，用以遮避无需蚀刻的部分，经过曝光工序将需要蚀刻的图案曝光在产品的表面，显影后需要蚀刻图案的部分的油墨将会被褪掉，然后将产品放入蚀刻机，蚀刻完成后图案就会显现出来。
蚀刻后产品表面较黑，出现有黑色沉积层，LOGO区域蚀刻后底部发麻，边线有锯齿状，侧蚀严重，尖角侧蚀严重形成圆角。效果较差，与实施例6-9所做产品差别较大。
对比例3
1、制备蚀刻液
制备200L蚀刻液：将三氯化铁100kg，盐酸800g，氟化氢铵2.4kg，硫脲800g，蚀刻促进剂600g，再生剂600g，用水溶解得到200L蚀刻液。
2、蚀刻
将上述蚀刻液加入蚀刻机，蚀刻液的温度为40℃，喷淋压力为30kg/cm2。
在不锈钢产品表面上喷涂上抗蚀刻油墨(光固化油墨)，用以遮避无需蚀刻的部分，经过曝光工序将需要蚀刻的图案曝光在产品的表面，显影后需要蚀刻图案的部分的油墨将会被褪掉，然后将产品放入蚀刻机，蚀刻完成后图案就会显现出来。
蚀刻后的产品LOGO区域底纹细腻，侧蚀小，边线整齐，尖角突出；以三氯化铁为主的蚀刻药液体系，对不锈钢有很好的蚀刻作用；蚀刻效果与实施例4-6所做产品效果相似。
Claims (11)
1.一种金属化学蚀刻液，其特征在于：包括氯化铁、盐酸、磷酸、硝酸、缓蚀剂和表面活性剂，所述缓蚀剂为六次甲基四胺、乙二胺、三乙醇胺和十七酰胺中的至少一种，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和十二烷基醇酰胺中的一种或两种；所述氯化铁的含量为325-912g/L，所述盐酸的含量为80-180 mL/L，所述磷酸的含量为80-220mL/L，所述硝酸的含量为75-150 mL/L，所述缓蚀剂的含量为50-800mg/L，所述表面活性剂的含量为50-200mg/L。
2.如权利要求1所述的金属化学蚀刻液，其特征在于：所述氯化铁的含量为543-760g/L，所述盐酸的含量为80-160mL/L，所述磷酸的含量为100-140mL/L，所述硝酸的含量为75-130mL/L，所述缓蚀添加剂的含量为50-400mg/L，所述表面活性剂的含量为80-200mg/L。
3.如权利要求1 所述的金属化学蚀刻液，其特征在于：所述氯化铁的含量为651-912g/L，所述盐酸的含量为80-160mL/L，所述磷酸的含量为80-140mL/L，所述硝酸的含量为90-150mL/L，所述缓蚀添加剂的含量为200-500mg/L，所述表面活性剂的含量为50-100mg/L。
4.如权利要求1所述的金属化学蚀刻液，其特征在于：所述氯化铁的含量为326-543g/L，所述盐酸的含量为100-180mL/L，所述磷酸的含量为100-220mL/L，所述硝酸的含量为75-130mL/L，所述缓蚀添加剂的含量为300-800mg/L，所述表面活性剂的含量为50-100mg/L。
5.一种金属化学蚀刻方法，其特征在于：将金属基材进行喷淋蚀刻，所述蚀刻液为权利要求1所述的蚀刻液。
6.如权利要求5所述的金属化学蚀刻方法，其特征在于：所述金属基材为铜、不锈钢和铝合金中的一种。
7.如权利要求5所述的金属化学蚀刻方法，其特征在于：所述金属基材为铜，所述氯化铁的含量为543-760g/L，所述盐酸的含量为80-160mL/L，所述磷酸的含量为100-140mL/L，所述硝酸的含量为75-130mL/L，所述缓蚀添加剂的含量为50-400mg/L，所述表面活性剂的含量为80-200mg/L。
8.如权利要求5所述的金属化学蚀刻方法，其特征在于：所述金属基材为不锈钢，所述氯化铁的含量为651-912g/L，所述盐酸的含量为80-160mL/L，所述磷酸的含量为80-140mL/L，所述硝酸的含量为90-150mL/L，所述缓蚀添加剂的含量为200-500mg/L，所述表面活性剂的含量为50-100mg/L。
9.如权利要求5所述的金属化学蚀刻方法，其特征在于：所述金属基材为铝合金，所述氯化铁的含量为326-543g/L，所述盐酸的含量为100-180mL/L，所述磷酸的含量为100-220mL/L，所述硝酸的含量为75-130mL/L，所述缓蚀添加剂的含量为300-800mg/L，所述表面活性剂的含量为50-100mg/L。
10.根据权利要求5-9任意一项所述的金属化学蚀刻方法，其特征在于：所述蚀刻液的温度为35-45℃。
11.根据权利要求10所述的金属化学蚀刻方法，其特征在于，所述喷淋压力为25-35kg/cm2。
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