DE1255443B - Verfahren zum chemischen AEtzen von gedruckten Schaltungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT:;

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C23f

Deutsche KL:_:. 48dl -1/02',-../ .

Nummer: ' . ,1255 443

Aktenzeichen:. D 45262 VI b/48 dl

Anmeldetag: 22. August 1964

Auslegetag: -30. November 1967

Gegenstand der Erfindung ist das Ätzen der nicht mit Druckfarbe geschützten Teile des Kupfers von gedruckten Schaltungen.

Bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen wird das Basismaterial, das eine Kupferauflage von 35 oder 70 μτη Cu [besitzt, zunächst mit einer 'ätzbeständigen Druckfarbe an den Stellen bedruckt, die nach dem Ätzprozeß als Leiterzüge erhalten bleiben sollen. Nach dem Bedrucken wird die :Ätzung in der Weise vorgenommen, daß man die Platten mit dem Ätzbad besprüht oder die Platten in die Ätzflüssigkeit eintaucht. Dabei wird.das ungeschützte Kupfer aufgelöst.

Übliche Ätzflüssigkeiten sind starke Mineralsäuren, wie H₂SO₄ und HNO₃, sowie Chromsäure-, Eisenchlorid- oder Ammoniumpersulfatlösungen. Die Anwendung dieser Stoffe bringen Nachteile mit sich.

Um den Ätzprozeß in kurzer Zeit durchführen zu können, müssen die Mineralsäuren in hoher Konzentration eingesetzt werden, wofür man korrosionsfeste Apparaturen benötigt. Auch bei Eisenchlorid und Chromsäure ist das der Fall. Da zumeist bei höheren Temperaturen gearbeitet werden muß, stellen die entstehenden Dämpfe eine Belästigung für das Bedienungspersonal dar.

Bei Eisenchlorid, das in einer Konzentration von 42° Be verwendet wird, entstehen unlösliche Reaktionsprodukte, die sich schlammartig absetzen und beim Versprühen das Pumpen- oder Düsensystem verstopfen können. Da die Sedimente zudem abrasiv auf die schützenden Deckschichten einwirken, werden derartige Bäder nur bis zu 60% ihrer theoretischen Cu-Kapazität ausgenutzt.

Eine Wiedergewinnung des Kupfers oder die abwassergerechte Aufarbeitung der verbrauchten Ätzlösung ist insbesondere bei Eisenchlorid und Chromsäure sehr aufwendig.

Durch Verwendung von Ammoniumpersulfat konnten zwar einige Nachteile beseitigt werden. Da Ammoniumpersulfat das Kupfer nur langsam angreift, werden Aktivatoren zugesetzt oder das Bad durch Wärme aktiviert. Trotzdem sind die Ätzzeiten, wenn auch nicht sehr erheblich, länger als z. B. bei Eisenchlorid. Ammoniumpersulfatlösungen können wirksam nur in einem Konzentrationsbereich von 150 bis 250 g/l Wasser verwendet werden. Das Cu-Aufnahmevermögen ist dementsprechend geringer als bei Eisenchlorid. Die Entfernung des Kupfers aus gebrauchten Ammoniumpersulfatbädern ist zwar einfacher als z. B. bei Eisenchlorid- oder Chromsäurebädern durch Zementieren mit Aluminium oder durch Elektrolyse durchzuführen, jedoch erfordert die Entfernung des Verfahren zum chemischen Ätzen
von gedruckten Schaltungen

Anmelder:

Deutsche Gold- und Silber-Scheideanstalt

vormals Roessler,

Frankfurt/M., Weißfrauenstr. 9

Als Erfinder benannt:

Karl Achenbach, Frankfurt/M.

verbleibenden Ammoniumions zusätzliche Maßnahmen. ■

Da verdünnte Mineralsäuren, z. B. verdünnte Schwefelsäure oder verdünnte Salpetersäure, das Kupfer nur langsam angreifen,; kommen sie für den Ätzprozeß, wo eine vollständige .Auflösung des Kupfers in kürzester Zeit verlangt wird, nicht in Frage. Erst durch Zugabe eines Oxydationsmittels, z. B. H₂O₂ oder andere Perverbindungen, wie Percarbamid, läßt sich der Ätzprozeß bei Verwendung verdünnter Säuren beschleunigen. Bäder dieser Art sind in der Literatur zur Oberflächenbehandlung von Metallen, insbesondere zum Glänzen der Oberfläche, bereits beschrieben (»Surface Treatment of Metals with Peroxygen Compounds«, Plating 42 [1955], S. 561 bis 566). Bei der Oberflächenbehandlung gehen Metallionen in Lösung, die den aktiven Sauerstoff katalytisch zersetzen und die Wirksamkeit des Bades in kurzer Zeit stark herabsetzen. Das gilt insbesondere dann, wenn bei höheren Temperaturen, z. B. 40 bis 6O⁰C, gearbeitet wird. Eine Übertragung dieser Badzusammensetzungen auf das Ätzen von gedruckten Schaltungen schien somit gänzlich ausgeschlossen, da man bei diesem Prozeß, insbesondere im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit solcher Verfahren, mit erheblich höheren Kupferkonzentrationen in der Lösung rechnen muß. Um die Wirkstoffe dieser Bäder optimal zu nutzen, sind Kupferkonzentrationen von 40 bis 60 g Cu pro Liter keine Seltenheit. Ein wirksamer Schutz von H₂O₂ enthaltenden Bädern gegen die zersetzende Wirkung von Cu-Ionen in dieser Konzentration war unbekannt. Deshalb erschien es bisher unmöglich, H₂O₂-haltige mineralsaure Bäder für das Ätzen von gedruckten Schaltungen zu verwenden.

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Es wurde nun gefunden, daß man solche Bäder zum Ätzen von Kupferfolien oder -platten zwecks Herstellung gedruckter Schaltungen, die aus H₂O₂-haltigen mineralsauren Lösungen, vorzugsweise schwefelsauren Lösungen, bestehen, trotz des Vorliegens der zersetzenden Cu-Ionen dann verwenden kann, wenn diesen Lösungen Harnstoff oder Harnstoffabkömmlinge zugesetzt werden.

Falls die Ätzgeschwindigkeit noch weiter beschleunigt werden soll, können Aktivatoren zugesetzt werden. Hierfür eignen sich Schwermetallsalze, deren Kationen edler als Kupfer sind, z. B. HgCl₂, und deren Wirksamkeit von den Ätzverfahren mit Ammoniumpersulfat her bekannt sind. Auch in Gegenwart dieser Aktivatoren zeigen die Bäder gemäß der Erfindung eine für den Ätzprozeß ausreichende Stabilität, obwohl sie eigentlich eine beschleunigte' Zersetzung des Bades erwarten ließen.

Ein für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ätzen von gedruckten Schaltungen geeignetes Bad hat beispielsweise folgende Zusammensetzung je Liter:

0,14 kg H₂SO₄ konzentriert (D. = 1,84),

0,15 kg H₂O₂ (35 Gewichtsprozent),

0,05 kg Harnstoff,

1 ml HgCl₂-Lösung (6,8 g HgCl₂ pro Liter)

[entsprechend 5 ppm Hg],
Rest Wasser.

Dieses Bad wurde in einem Tauchbad zum Ätzen von Druckschaltungen bei einer Temperatur von 49 ⁰C verwendet. Die Ätzzeit betrug zu Beginn 3 Minuten 45 Sekunden. Ein Ammoniumpersulfatbad der üblichen Zusammensetzung von 250 g/l Wasser besitzt eine Ätzzeit von 6 Minuten. Bei Verfolgung der Ätzgeschwindigkeit zeigte sich, daß das H₂O₂-haltige Bad auch bei höheren Kupferkonzentrationen einwandfreie Ätzungen in kürzeren Zeiten als bei dem normalen Ammoniumpersulfatbad liefert. Das ergibt sich einwandfrei aus der folgenden Tabelle:

	Ätzzeit in Minuten/Sekunden	Ammonium
Gramm Cu pro Liter	Bad nach obigem	persulfatbad
	Beispiel	6'
0	3'45"	6'
10	3Ί5"	6'40"
20	3'25"	9'25"
30	4'20"	18'
40	6'	33'
50	9'

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ätzen von Kupferfolien oder -platten zwecks Herstellung gedruckter Schaltungen mit H₂O₂-haltigen mineralsauren Lösungen, vorzugsweise schwefelsauren Lösungen, dadurch gekennzeichnet, daß diesen Lösungen Harnstoff oder Harnstoffabkömmlinge zugesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Lösungen Aktivatoren in Form von Schwermetallsalzen zugesetzt werden, deren Kationen edler als Kupfer sind.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Lösungen verwendet werden, die aus 1,5 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise 3,5 bis 7,0 Gewichtsprozent, H₂O₂ (lOOgewichtsprozentig), 1 bis 15 Gewichtsprozent Harnstoff oder Harnstoffabkömmlinge, vorzugsweise 3 bis 7 Gewichtsprozent Harnstoff, und 1 bis 50 ppm, vorzugsweise 5 bis 10 ppm, eines Schwermetallsalzes enthalten.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 211 400, 2 428 804;
W. M a c h u , »Oberflächenvorbehandlung von Eisen- und Nichteisenmetallen«, 1957, S. 511.,

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