CN103194755A - 选择性铁蚀刻液及蚀刻方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种选择性铁蚀刻液，包括水溶性芳香族硝基化合物、无机酸、缓蚀剂和去离子水，所述水溶性芳香族硝基化合物的含量为4-250g/L，所述无机酸的含量为2-10mol/L，所述缓蚀剂的含量为0.1-2 g/L。本发明采用新型的选择性蚀刻体系，蚀铁速度快，蚀刻速率稳定；蚀刻后表面均匀，侧蚀小，边线整齐；蚀铜速率小，蚀铁速率与蚀铜速率比≥200；蚀刻液中不含卤酸或者硝酸等挥发性大的原料，蚀刻液更加绿色环保。该蚀刻液适用于铜基材表面铁的选择性蚀刻，也适应于碳钢和低合金钢及其构件的精细加工。

Description

选择性铁蚀刻液及蚀刻方法

技术领域

本发明涉及金属表面蚀刻加工技术领域，具体的说是涉及一种选择性铁蚀刻液及蚀刻方法。

背景技术

随着电子行业的飞速发展，IC载板已形成一种重要的电子产品。载板的制作工艺多种多样。铁基板镀铜是一种重要的制作载板工艺。其工艺原理为：先在冷轧碳钢薄板即铁基板其中一面进行镀铜形成轮廓图形，然后利用化学蚀刻方法去除铁基板保留纯铜的轮廓图形，进一步加工形成载板。

针对铁化学蚀刻液已有不少的报道：公开号为CN101173360A的专利公开一种不锈钢的蚀刻液，主要成分包括三氯化铁、盐酸、氟化氢铵、硫脲以及蚀刻促进剂和再生剂等。该蚀刻液虽然对不锈钢表面能够进行快速的蚀刻且蚀刻的均匀，但该蚀刻液对铜的腐蚀速度也很快，并且蚀刻液中采用沸点低、易挥发且腐蚀性的强含卤酸为原料，不能满足IC载板生产过程的需要。公开号为CN102061476A专利公开了一种不锈钢蚀刻液，其主要成分为硝酸、硝酸银、硝酸镍、硒和硫酸铜等组分。该蚀刻液虽然具有较强的蚀刻能力、蚀刻速率高、大面积范围内均匀性好等优点，且该类蚀刻液对铜的腐蚀速度较低，但在使用过程中有刺激性气体释出，无法满足IC载板生产所需要的洁净环境。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种选择性铁蚀刻液及蚀刻方法，可以选择性蚀刻铜基材表面的铁，蚀铁速率与蚀铜速率比≥200。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种选择性铁蚀刻液，可以选择性蚀刻铜基材表面的铁，蚀铁速率与蚀铜速率比≥200，所述选择性铁蚀刻液包括水溶性芳香族硝基化合物、无机酸、缓蚀剂和去离子水，所述水溶性芳香族硝基化合物的含量为4-220g/L，所述无机酸的含量为2-10mol/L，所述缓蚀剂的含量为0.1-2 g/L。

作为本发明的进一步改进，所述水溶性芳香族硝基化合物的含量为10-200g/L，所述无机酸的含量为2.5-7.5mol/L，所述缓蚀剂的含量为0.2-1.5 g/L。

作为本发明的进一步改进，所述水溶性芳香族的硝基化合物为苯环上带有硝基的芳香族化合物及其盐中的一种或者几种。如间硝基苯磺酸钠、3，5-二硝基苯甲酸、邻硝基苯酚、间硝基苯酚、对硝基苯酚、邻硝基苯胺、对硝基苯胺、间硝基苯胺、硝基萘磺酸和苦味酸等。

作为本发明的进一步改进，所述水溶性芳香族硝基化合物为间硝基苯磺酸钠。

作为本发明的进一步改进，所述无机酸至少为硫酸和磷酸其中之一。

作为本发明的进一步改进，所述缓蚀剂至少为六次甲基四胺、乙二胺、三乙醇胺和四乙烯五胺之一。

作为本发明的进一步改进，所述蚀刻液还包含有消泡剂，该消泡剂的含量为0.1-2 g/L。

作为本发明的进一步改进，所述消泡剂为OP-10、二甲基硅氧烷、正辛醇和硅氧烷二元醇中的至少一种，所述消泡剂的含量为0.5-1.5 g/L。

本发明还提供一种选择性铁蚀刻方法，将铁基材与蚀刻液接触进行蚀刻，控制蚀刻液的温度为15-40℃，所述蚀刻液为权利要求1-8中任一项所述的选择性铁蚀刻液。

作为本发明的进一步改进，所述将铁基材与蚀刻液接触的方法为用浸渍的方法将铁基材放置在蚀刻液中或者用低压喷淋的方法将蚀刻液均匀的喷淋在铁基材的表面，其中所述低压喷淋的压力为0.05-0.15Mpa。

本发明的有益效果是：本发明采用新型的选择性蚀刻体系，蚀铁速度快，蚀刻速率稳定；蚀刻后表面均匀，侧蚀小，边线整齐；蚀铜速率小，蚀铁速率与蚀铜速率比≥200；蚀刻液中不含卤酸或者硝酸等挥发性大的原料，蚀刻液更加绿色环保。该蚀刻液适用于铜基材表面铁的选择性蚀刻，也适应于碳钢和低合金钢及其构件的精细加工。

具体实施方式

本发明提供了一种选择性铁蚀刻液，包括水溶性芳香族硝基化合物、无机酸、缓蚀剂和去离子水，水溶性芳香族硝基化合物的含量为4-220 g/L，优选为10-200 g/L，所述无机酸的含量为2-10mol/L，优选为2.5-7.5 mol/L，所述缓蚀剂的含量为0.1-2 g/L，优选为0.2-1.5 g/L。

水溶性芳香族的硝基化合物可以加速酸与铁的反应。间硝基苯磺酸钠是一种最优选的水溶性芳香族的硝基化合物，然而其它的水溶性的芳香族的硝基化合物也是适用的，比如邻硝基苯磺酸及其盐、间硝基苯磺酸及其盐、对硝基苯磺酸盐，间硝基苯磺酸钠、3，5-二硝基苯甲酸、邻硝基苯酚、间硝基苯酚、对硝基苯酚、邻硝基苯胺、对硝基苯胺、间硝基苯胺、硝基萘磺酸或者苦味酸其中之一，或者以上几种化合物的混合物，但本发明不局限于此。

所选无机酸为硫酸或磷酸，或二者的混合酸。硫酸和磷酸的酸性强，与含卤酸和硝酸相比，它们均不具挥发性，不会对设备操作人员造成伤害。

本发明的所述的缓蚀剂优选为六次甲基四胺、乙二胺、三乙醇胺和四乙烯五胺中的一种或几种。缓蚀剂主要用于控制蚀刻液在金属表面的形态，调整不锈钢表面的均一性。其作用机理为：在酸性体系中，含有胺类的缓蚀剂可以在铁表面形成吸附薄膜，按照薄膜理论在铁表面凸出或者尖锐面较薄的区域蚀刻速率较快，从而达到有效平整表面的目的，使铁表面蚀刻的比较均匀。

为了保证本发明的顺利实施，该蚀刻液组分中可以包含表面活性剂成分。蚀刻液在蚀刻铁的过程中，伴随着气体的生成，生成的气泡附着在工件的表面影响蚀刻过程的进行，对蚀刻的表面的均一性造成不利影响，所以优先地，表面活性剂即消泡剂为OP-10、二甲基硅氧烷、正辛醇和硅氧烷二元醇中的至少其中之一，该所述消泡剂的含量为0.1-2 g/L，优选为0.5-1.5 g/L。

本发明还提供了一种选择性铁蚀刻方法，该蚀刻方法为将铁基材与蚀刻液接触进行蚀刻，控制蚀刻液的温度为15-40℃。

根据本发明所提供的选择性铁蚀刻方法，所述将铁基材与蚀刻液接触的方法为用浸渍的方法将铁基材放置在蚀刻液中并对蚀刻液进行搅动或者用低压喷淋的方法将蚀刻液均匀的喷淋在铁基材的表面。优选地，所述低压喷淋的压力为0.05-0.15Mpa。

下面通过一些具体的实施例对本发明进行进一步的进行说明。

实施例 1：

将136ml浓硫酸（98%）用去离子水稀释到800ml，加入90g间硝基苯磺酸钠使其充分溶解，然后加入0.5g三乙醇胺和1g正辛醇，最后用去离子水稀释到1L，即得到酸含量为5mol/L的选择性铁蚀刻液。

实施例 2：

按照与实施例的1相同的制备方法，不同的是蚀刻液中用到的浓硫酸（98%）为55ml，间硝基苯磺酸钠为220g，三乙醇胺为0.5g，正辛醇为1.5g，最后用去离子水稀释到1L，得到酸含量为 2mol/L的选择性铁蚀刻液。

实施例 3：

按照与实施例的1相同的制备方法，不同的是蚀刻液中用到的浓硫酸（98%）为272ml，间硝基苯磺酸钠为4g，六次甲基四胺为0.5g和2g的正辛醇，最后用去离子水稀释到1L，即得到酸含量为10mol/L的选择性铁蚀刻液。

实施例 4：

按照实施例1的制备方法，不同的是蚀刻液中用到的浓硫酸（98%）为68ml，间硝基苯磺酸钠为200g，乙二胺 为0.5g，OP-10为1g，最后用去离子水稀释到1L，得到酸含量为 2.5mol/L的选择性铁蚀刻液。

实施例 5

按照实施例1的制备方法，不同的是蚀刻液中用到的浓硫酸（98%）为95ml，间硝基苯磺酸钠为160g，为六次甲基四胺 0.2g，OP-10 0.5g，最后用去离子水稀释到1L，得到酸含量为 3.5mol/L的选择性铁蚀刻液。

实施例 6：

按照实施例1的制备方法，不同的是蚀刻液中用到的浓硫酸（98%）为123ml，间硝基苯磺酸钠为120g，为六次甲基四胺为 0.1g，OP-10为1g，最后用去离子水稀释到1L，得到酸含量为 4.5mol/L的选择性铁蚀刻液。

实施例 7：

按照实施例1的制备方法，不同的是蚀刻液中用到的浓硫酸（98%）为176ml，间硝基苯磺酸钠为50g，为六次甲基四胺 为0.2g，OP-10 为0.5g，最后用去离子水稀释到1L，得到酸含量为 6.5mol/L的选择性铁蚀刻液。

实施例 8：

按照实施例1的制备方法，不同的是蚀刻液中用到的浓硫酸（98%）为272ml，间硝基苯磺酸钠为10g，六次甲基四胺 为0.1g，OP-10 为0.1g，最后用去离子水稀释到1L，得到酸含量为 7.5mol/L的选择性铁蚀刻液。

实施例 9：

按照实施例1的制备方法，不同的是蚀刻液中用到磷酸代替硫酸，磷酸（85%）用量为113ml，间硝基苯磺酸钠为100g，四乙五胺为 1.5g，OP-10 为1g，最后用去离子水稀释到1L得到酸含量为 5mol/L的选择性铁蚀刻液。

实施例 10 ：

按照实施例1的制备方法，将68ml浓硫酸（98%）用去离子水稀释到600ml，加入磷酸（85%）56ml，再加入100g间硝基苯磺酸钠使其充分溶解，然后加入2g四乙五胺和1g正辛醇，最后用去离子水稀释到1L，即得到酸含量为5mol/L的选择性铁蚀刻液。

测试结果：

分别取上述实施例1-10制备的选择性铁蚀刻液进行测试。其中：蚀铁速率的测试所用钢板为规格为50×50×2mm的冷轧碳钢（SPCC），蚀铜速率的测试铜板为覆铜板，其规格为40×50×3mm，测试采用测试浸渍方法，测试温度为30℃，测试时间为2min，测试过程无搅拌。测试的蚀刻后产品的图案区均匀，底纹较细，侧蚀小，边线整齐，具体的蚀铁速率和蚀铜速率结果见表1的测试数据。

表1：实施例1-10的测试数据

由该表1的测试数据结果可以看出：蚀铁速率大，蚀铜速率小，且蚀铁速率与蚀铜速率比在300-600之间，均大于200。

Claims (10)

1.一种选择性铁蚀刻液，可以选择性蚀刻铜基材表面的铁，蚀铁速率与蚀铜速率比≥200，其特征在于：所述选择性铁蚀刻液包括水溶性芳香族硝基化合物、无机酸、缓蚀剂和去离子水，所述水溶性芳香族硝基化合物的含量为4-220g/L，所述无机酸的含量为2-10mol/L，所述缓蚀剂的含量为0.1-2 g/L。

2.根据权利要求1所述的选择性铁蚀刻液，其特征在于：所述水溶性芳香族硝基化合物的含量为10-200g/L，所述无机酸的含量为2.5-7.5mol/L，所述缓蚀剂的含量为0.2-1.5 g/L。

3.根据权利要求1或2所述的选择性铁蚀刻液，其特征在于：所述水溶性芳香族的硝基化合物为苯环上带有硝基的芳香族化合物及其盐中的一种或者几种。

4.根据权利要求3所述的选择性铁蚀刻液，其特征在于：所述水溶性芳香族硝基化合物为间硝基苯磺酸钠。

5.根据权利要求1或2所述的选择性铁蚀刻液，其特征在于：所述无机酸至少为硫酸和磷酸其中之一。

6.根据权利要求1或2所述的选择性铁蚀刻液，其特征在于：所述缓蚀剂至少为六次甲基四胺、乙二胺、三乙醇胺和四乙烯五胺之一。

7.根据权利要求1所述的选择性铁蚀刻液，其特征在于：所述蚀刻液还包含有消泡剂，该消泡剂的含量为0.1-2 g/L。

8.根据权利要求7所述的选择性铁蚀刻液，其特征在于：所述消泡剂为OP-10、二甲基硅氧烷、正辛醇和硅氧烷二元醇中的至少一种，所述消泡剂的含量为0.5-1.5 g/L。

9.一种选择性铁蚀刻方法，其特征在于：将铁基材与蚀刻液接触进行蚀刻，控制蚀刻液的温度为15-40℃，所述蚀刻液为权利要求1-8中任一项所述的选择性铁蚀刻液。

10.根据权利要求9所述的不锈钢蚀刻方法，其特征在于：所述将铁基材与蚀刻液接触的方法为用浸渍的方法将铁基材放置在蚀刻液中或者用低压喷淋的方法将蚀刻液均匀的喷淋在铁基材的表面，其中所述低压喷淋的压力为0.05-0.15Mpa。