DE1919820A1 - Mittel zum Aufloesen von Metallen - Google Patents
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23F1/16—Acidic compositions
Description
MÜNCHEN 5 ^
REICHENBACHSTR. 51
TEL 263251
A/13 4S9
Allled Chemical Corporation, Kfevf Yorkj, K1Y1, Ü.S.A.
Mittel zum Auflösen von Metallen
Die Erfindung betrifft ein Mittel sum Auflösen oder Beizen
von Metallen, insbesondere von Kupfer, das sich insbesondere
für die Herstellung gedruckter Schaltungen durch Abbeizen eines Tolles der Kupferauflage einer mit einem Kupferüberzug versehenen Platte eignet.
Beim Auflösen oder Abbeizen von Metallen bei der Herstellung
gedruckter Schaltungen müssen eine Anzahl Faktoren, wie Stabilität, Wirksamkeit und Zusammensetzung des Beizmittels,
Zeit und Temperatur sowie ggfs. der Angriff der Unterlage und des zum Abdecken des nicht abzubeizenden Teiles der
Kupferauflage verwendeten Materials durch das Beizmittel
berücksichtigt werden. Das Beizmittel mud insbesondere verhilltniemHÖig
groSe Meßgen an dem Metall zu lötnsn
bevor die Beizgeschwindigkeit zu stark absinkt.
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Es ist sohon bekannt, als Mittel &vm Äbb©isen von Net allen«
wie Kupfer, eine wäßrige F@rriohlo?idl5sung au verwenden.
Eine solche Lösung ist einerseits aia gutes Beizmittel und
hat andererseits keine unerwünschten N@henftlrkung®n«
Jedoch ist die Vernichtung der verbrauchten Lösung* dl©
sowohl Eisen als aueh Kupfer enthält, slesilieh
und auch di© Rückgewinnung des gelüsten Kupfers ist
Auch wäßrige Anßmonluaipersulf at lösungen sind schon als
mittel verwendet ff orden. Aus diesen Lösimgen kann das
Kupfer auf elektrolytisches Wege aurüokgefeomien trerdexi«
daß auoh die Vernichtung dieser Lösungen unpz°obl@isaatisch
ist. Jedoch hat Ammoniuinpersialfat nur geringes BeizversiSgen,
Von großem Xnteresse als Beiaisitt©! für Kupfer ist wäßriges
Wasserstoffperoxid, da ea einerseits v&rhäl^nis&iSSig 'billig
ist und andererseits die Wiedergewinnung des gelösten
Kupfers auf elektrolytisches Weg® gestattet. Auoh Wasser
etoffperoxyd hat jedoch ein© Anzahl von Nachteilen, wie
insbesondere den, daS saure Wasserstoffperoxydlusungeii
Kupfer nur mit geringer Geschwindigkeit und in geringen Mengen au lösen vermögen. Aus dsr üSA-Fatentsohrift
3 293 093 ist es bekannt, die Beiageschftindigkeit md das
Beizvermögen wäßrig-saurer Wasserstoffperosjrdlösung©!!
Zusatz von Phenacetin und baw. αάβν Swlfatbiajsol und
oder Silberionen, wie wasserlöslichen Silbersalzen^ zu
erhöhen. Solche Beizmittel werden für die Pralls aus
Konzentraten hergestellt. Mach der erfordoplioben VerdUnnuKis
verlieren sie jedoch mit der Zeit ihre Wirkung. Beispielsweise
sinkt die Wirkung innerhalb ig bis 36 Stunden um etwa
ab.
In der Patentanmeldung P 16 Sl 419.0 de? gleichen Anmelderin
sind Beizmittel« die längere Zeit gelagert werden können,
ohne ihre Wirkung zu verlieren, und große Mengen an Metall
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mit hoher Geschwindigkeit zu lösen vorwögen, beschrieben.
Diese Beizmittel enthalten neben Wasserstoffperoxyd und Säure noch Phenylharhstoff, Diphenylharnstoff, Benzoesäure
oder ein Salz davon oder Hydroxybenzoesäure oder ein
Salz davon als katalytischen Zusatz.
Es wurde nun gefunden« daß das Beizvermögen und die Beizgeschwindigkeit
wäßrig-saurer Wassersfcoffperoxydlösungen duroh Zusatz geringer Mengen an Thioharnstoffverbindungen
und anderen Harnstoffverbindungen als Phenylharnstoff und Dipheny!harnstoff beträchtlich erhöht werden können.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Beizmittel für Metalle,
wie Kupfer, Eisen, Nickel, Cadmium, Zink, Germanium, Blei,
Stahl, Aluminium oder Legierungen dieser Metalle, das aus einer angesäuerten wäSrigen Wasserstoffperoxydlöeung, die
0,45 bis 5,5 g/l Wasstretoffionen sowie einen Zusatz zur
Erhöhung der Beizgeschwindigkeit und des Beizverstttgens
enthält, besteht und dadurch gekennzeichnet 1st, dme der
Zusatz eine.Verbindung der Formel
- C - M
In der X Sauerstoff oder Schwefel und jeder der Reste R ,
R , Ir und H Wasserstoff, ein nicht-aromatischer Kohlenwasserstoff
rest, eine Acylgruppe oder ein ein- oder mehrkerniger aromatischer Kohlenwasserstoffrest, dessen
aromatischer Ring direkt oder Über eine Alkylen- oder eine
Carboxylgruppe an das Stickstoffatom gebunden ist 3 wobei
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die Kohlenwasserstoffreste bis zu etwa 18 Kohlenstoffatom
enthalten und ggfs. mit Halogenatomen oder Alkoxygruppen substituiert sind, mit der Maßgabe, daß wenigstens einer
1 2 "5 4
der Reste R , R , Ir und R kein Wasserstoff atom ist und
daß, wenn X Sauerstoff 1st und einer oder mehrere der Reste
1 2 "5 4
R , R , R-^ und R unsubstituierte Phtsnylrest® sind, nicht
alle übrigen Wasserstoffatome sind, ist.
Die Kohlenwasserstoffreste können geradkettige oder verzweigte al iphatisohe Kohlenwasserstoffreste oder al!cyclische
oder aromatische Kohlenwasserstoffreste sein und können
gesättigt oder ungesättigt sein. Sie enthalten vorzugsweise
bis zu etwa 12 Kohlenstoffatome. Die Verbindung soll in
der sauern Wasserstoffperoxydlösung in einer Menge von wenigstens etwa 20 und vorzugsweise wenigstens etwa 50 ppm
löslioh sein. Gegebenenfalls anwesende substltuenten sollen
derart sein» dafl sie die Beizgeschwindigkeit und das Beizvermögen des Mittels nicht beeinträchtigen.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zum Auflösen von Metallen, wie Kupfer, Eisen, Nickel, Cadmium,
Zink, Germanium, Blei, Stahl, Aluminium oder einer Legierung davon, das dadurch gekennzeichnet ist, dad man das Metall
* bei einer Temperatur von 40 bis 65Έ mit einer solchen
angesäuerten wäßrigen Wasserstoffperoxydlösung in Berührung bringt.
Die Gruppen R können beispielsweise Alkylreste, wie
Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, t-Butyl-,
Hoxyl- und Octylrestej Alkenylreste, beispielsweise Vinyl «·,
Allyl-, l-Propenyl-,3-Hexenyl- und 4°0ctenylreste$ Cycloalkylreste, beispielsweise Cyclbpropyl-, Cyclobutyl-, Cyclopentyl-*
Cyclohexyl« und 4-Methyloyolohexylrestei Arylreste,
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belepielswlese Phenyl-, p-ToluyX~, Xylyl-, Chlorphenyl-,
Alkoxyphenyl-, Naphthylreste; Aralkylreste, beispielsweise
Benzyl«·, Phenyläthyl- und Phenylpropylrsstei und Aoylrsste,
beispielsweise Acetyl- und Bensoylreste sein.
Phenylharnstoff und Dipheny!harnstoff sind ausgeschlossen,
da ihr® Verwendung Gegenstand, der oban erwähnten Patentanmeldung P 16 21 419.0 ist. Wenn beispielsweise einer
der Reste R oder mehrere dieser Reste unsubstituierte Phenylgruppen sind, ist wenigsten» einer der restlichen Gruppen R
ein anderer Rest, wie eine Alky!gruppe oder eine andere .
Arylgruppe►
Beispiele für Harnstoff- und Thioharnstoffverbindungen, die
gemHö der Erfindung verwendet werden können sind» Methy1-harnstoff, Äthy!harnstoff, Butylharnstoff, Cyclohexylharnetoff, Dimethylharnstoff, Diäthylharnstoff^ Trimethylharnotoff,
2etramethy!harnstoff, Allylharnstoff, Malonylharnstoff
(R und Ir oder R und R bilden zusammen mit den Stickstoffatomen Barbitursäuren Acetylharnstoff, Diaoetylharnstoff,
Benzoylharnßtoff, N-Aoetyl-N9Heethy!harnstoff, Acetonylharnstoff, Triphenylharnstoff, Tetraphenylharnstoff«
Toluylharnetoff, Chlorpheny!harnstoff, Phenetylharnstoff
(Xthoxyphenylharnstoff), Benzylhaitiatoff, Dibenzylharnetoff,
N-Alkyl-M9 -phenylharnstoff, M-Äthyl-N° -phenylharnstoff,
Carbanllld, N^^Dimethyloarbanilid, N^'-DlKthyloarbanilld,
Methylthioharnstoff, Diäthylthioharnatoff, Acety!thioharnstoff,
Allylthioharnstoff, Pheny!thioharnstoff, Diphenylthioharnotoff, Dltoluylthioharnstoff, N»Methyl-ditoluylthloharnstoff
und Naphthy!thioharnstoff.
Saure Wasserstoffperoxydlösungen, die diese Zusätze enthalten,
vermögen nicht nur Metalle, wie insbesondere Kupfer , mit hoher Geschwindigkeit zu lösen und besitzen ein hohes Lösungsvermögen, sondern haben auch eine gute LagerungsbeetXndigkelt,
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/to
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d.h. sie verlieren in einer Zeit von 4 bis iO Tagen ©der
mehr nicht wesentlich an Wirkung. Eb wurde weiterhin ge»
funden, daß Beizgeschwindigkeit und Baizvermögen saurer
wäßrlgsi· WastBeretoffperoxydlBsungen noch verbessert werden
können, wenn man ihnen außer einem oder mehreren der
obigen Zusätze noch eins geringe Menge an Sulfathiasol
und bzw. oder Phenaeetin und bsw. oder Silberionen und bzw*
oder einem wasserlöslichen Silbersalz susöt2t. Die Beiz·"
mittel gemäß der Erfindung körnen, beispielsweise bei der
Herstellung gedruckter Sohaltungen« zum genauen, gesteuerten
und wirksamen Abbeizen von Kupfer von seiner Unterlage verwendet werden.
Die Zusätze gemäß der Erfindung verbessern schon in Mengen
von nur 20 ppm wesentlich das Lösungsvermögen und die Belzgeschwindigkeit wäßrig-saurer Wasserstof fperoxydlösungen.
Vorzugsweise werden sie in einer Menge von etwa 50 bis 2000 ppm
und Insbesondere etwa 100 bis 1000 ppm verwendet. Die obere Grenze für die verwendete Menge ergibt sich hauptsächlich aus
wirtschaftlichen Gesichtspunkten, im allgemeinen werden
mit Mengen über etwa 5000 ppm keine zusätzlichen Vorteile mehr erzielt. ''
Wenn das Beizmittel noch Sulfathiazole Phenacetin und bzw.
oder Silberionen oder ein Silbersalz enthält« können geringe Mengen von nur SO ppm an einem solchen Zusatz verwendet
werden« und sogar noch geringere Mengen an freien Silberionen
sind von Einfluß, insbesondere beim Beizen durch Eintauchen, wobei sogar schon 10 ppm wirksam sind. Die
bevorzugte Gesamtmenge an Zusätzen beträgt zwischen etwa 100 oder 150 und 1500 ppm, die zweckmäßig aus etwa 50 bis
500 ppm an jedem der Zusätze bestehen.
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Wie in der USA-Patentschrift 3 S69 S8£ ausgeführt, sollen
angesäuerte WasseretoffpszOxyaloaurigeiii, die guas Beizen von
Kupfer bestimmt sind,, weniger als 2 ppm» vorzugsweise weniger
als 1 ppm an freien Chlor» und Br-omicnen zusammen enthalten.
Beispielsweise kann zur Herstellung eines Beizmittels
mit weniger als 2 ppm Chlor» und Bromionen entionieiertes
Wasser verwendet werden. Wenn gewöhnliches Wasser verwendet
wird, wird es zweckmäßig sussiniaon mit einem Material, das
freie Chlor- und Broraionen zu entferaen vermag, beispielsweise
einer geringen Menge an einem w&sserlösliüheri Silbersalz*
vorzugsweise Silbernitrat| verwendet. Das ausgefallene
Silberhalogenid kann in der Lösung bleiben, da es das Beigen
nicht stört. Durch Zugabe eines löslichen Silbersalzes im überschuh gelangen freie Silberionen in das Beizmittel, die
die oben beschriebene günstige und katalytisch« Wirkung auf
die Beizgeschwindigkeit und das Lösungsve mögen des Beizmittels haben.
Wenn als Zusatz Sulfathlazol verwendet wird, ist die Anwesenheit von Chlor- und Bro»ionen weniger nachteilig, und es
müssen keine besonderen Maßnahmen eu ihrer Entfernung getroffen werden. Vermutlich erhöht das Sulfathlazol nicht nur das
Lösungsvermögen von Peroxydlösungen, sondern wirkt außerdem
den nachteiligen Einfluß der Chlor- und Bromionen entgegen. Bei Verwendung von Sulfathiazol als Zusatz kann daher zur
Herstellung des Beizmittels gewöhnliches Leitungswasser verwendet werden. Das Sulfathlazol wird vorzugsweise in der Form
eines seiner Salze, die in der sauren Peroxydlösung leichter löslich sind als das Sulfathiazol selbst, zugesetzt. Vorzugsweise wird das Natriumsalz verwendet. Wenn Sulfathiazol in
Beizlösungen, die mit gewöhnlichem Leitungswasser hergestellt sind, verwendet wird, sind gewöhnlich etwa 150 bis 250 ppm
erforderlich, um die nachteilige Wirkung der freien Chlor- und Bromionen in dem Wasser aufzuheben. Das Vermögen von
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8 «
Sulfathiazole die nachteilig© Wirkung von Chlor«= und
aufzuheben* lafe jedoch nicht unbegrenzt, und Lö&yjagOTi, die
diese Ionen in verhältnismäßig hohen Konzentrationen«
beispielsweise in Mengen übsr 20 bis 30 pp» enthalten,,
müssen einer weiteren Behandlung« beispielsweise einer Entionisierung uaterworfsn werden oder @s muß ihnen ein
lösliches Silbersalz angesetzt werden.
Die Wasserstoffperoxydkonzentration kann in einem ziemlich
weiten Bereich variieren und beträgt vorzugsweise etwa
2 bis 12 Gew.-#. Bei Konzentrationen unter etwa 2$ 1st
die Lößungsgeschwindigkeit zu gering, während bei Konzentrationen
über IS^ zwar Kupfer gelöst wird, die in Lösung
gegangenen Kupferionen Jedoch eine Zersetzung des Peroxyds bewirken, so daß die Verwendung derart hoch konzentrierter
Beizen unwirtschaftlich ist. Die besten Ergebnisse werden mit einer Peroxydkonzentratlon von etwa 2 bis 10£ erzielt.
Durch das Auflösen von Metall beim Beizen wird Wasserst
off peroxy d verbraucht. Damit ein bestimmtes Werkstück
in annehmbarer Zelt, beispielsweise in 1 bis 2 Stunden, von einer Lösung abgebeizt wird, muß die Lösung zu Beginn
eine Wasseretoffperoxydkonzentration von wenigstens etwa
4# , vorzugsweise 5 his 1Q$, haben. Solche Wasserstoff»
peroxydlösungen können zum Beizen eines einzigen großen MetallstUckes oder einer Anzahl von Werkstücken, von
denen Jedes eine geringere Menge an Metall enthält, verwendet werden. Das Beizmittel vermag auch nach teilweiser
Erschöpfung und bei hohen Konzentrationen an gelöstem Metall, wie Kupfer, beispielsweise bsi Konzentrationen entsprechend
wenigstens 68 g Kupfer Je Liter und darüber, nooh mit guter Ge&ohwindlgkelt weiteres Metall zu lösen.
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Auch di® Säurekonzentration kann betipäohfclieh variieren.
Zweckmäßig beträgt die Wasserstoffionsakonaentrstion des
BaiziHlttels zwischen etwa 0,^5 und etwa 5*5 g/l# vorzugsweise
etwa 0*65 öle 4,5 g/l. Bsi einer Wasserstoff ionen·»
konzentration von etwa 0,^5 g/l ist dia ßeissgesohwlndigkeit
unerwünscht niedrig und di© FexOxydeereetsung hoch, insbesondere»
wenn das B©issnitt©l teilweise erschöpft ist.
Die obers Grenze für die zulässige Wasserstoffion©nkonzentratlon
kann von verschiedenen Faktoren* wie der verwendeten
Säur®, abhängen, soll im allgemeinen aber nicht Über etwa 5,5 g/l liegen, da bei höheren Wasserstoffionenkonxen«
trationen die Beizgeschwindigkeit wieder absinkt. Zur
Einstellung der Wasserstoffionenkon^entration in dem Beizmittel
können anorganische Säuren sowie die stärkeren organischen Säuren, wie Essigsäure, verwendist warden.
Beispiele für besonders geeignet® Säuren sind Schwefelsäure, Salpetersäure und Fluoborsäura« Die bevorzugte
Säure ist Schwefelsäure» Die Klenge an Schwefelsäure in
dem Beizmittel kann etwa 2 bis 2J$ betragen und beträgt
vorzugsweise etwa 5 bis 20 Gew. -Ji. Bei Sehwefelsäurekonzent
rat ionen Über etwa 2."5$ wird das Beizen uneinheitlich,
offensichtlich weil sich auf beträchtlichen Teilen der der Beiζlösung ausgesetzten KupferoberflKohe ein Schutzüberzug
ausbildet, der das Kupfer widerstandsfähig gegen den Angriff des Reizmittels macht,
Ber SinfluS öer Sltaretonseiitnation miff ü±@ Aufltteungege-
BQiminaigkett de® Kupfer® ist voa einiges Interesse. Wenn
el£@ aisgesÄtt«^® VaeeerstofflpsrOK^dlSeung η»?' goring Mengen
ea @3ä6et«s Iüpf®2? mtWiWe 1st äei3 Itefl^i den
g/I
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BAD
ίο
und die Konzentration an gelöstem Kupfer zuniamit, nimait
jedoch der Einfluß der Säurskonssntration beträchtlich zn»
Bsi den höheren Konzentrat ionon an gelöstem Kupfer bewirken
sowohl die niedrigeren als auch di® höheren Säur@kons©n~
trationen sin® Verlängerung der Bsissseit. Di© optical©
Beizgeschwindigkeit wird dann in uem mittleren Wasserstofflonenkonzentrationsbereioh
von"etwa 0,9 bis 1,4 g/l, d.h.
etwa 4 bis 6 Gew.-# Schwefelsäure, eraielt. Bsim Beisen
werden theoretisch das Wasserst of fpe roxyd und die Schwefel°
säure in äquimolaren Mengen, d.h. 1 Mol Schwefelsäure je
| MpI Peroxyd verbraucht« und die Säurekonssentration nimmt
mit zunehmender Konzentration an gelöstem Kupfer langsam ab.
Da die Säurakonssentration bei niedrigen Konzentrationen
an gelöstem Kupfer einen nur geringen EinfluB auf die Beizgesehwindigkeit hat, kann die Wasserstofflonenkonsen·»
tration des Beizmittels anfangs hoch sein, und die Beizgeschwindigkeit
nimmt dann nach teilweiser Ersohöpfung und
zunehmender Konzentration an gelöstem Kupfer nur verhSltnismäßig
wenig ab. Wenn die Beizgesohwlndigkeit durch Anwendung einer niedrigeren SHurekonsentration optimal
gehalten werden soll, so kann die Beizlösung anfänglich ™ " bei einer niedrigen oder mittleren Wasserstofflonenkonzen-
tratlon von beispielsweise etwa 0,45 bis 2-Λ g/l , entsprechend
etwa 2 bis 15 Gew.»£ Schwefelsäure, vorzugsweise
bei etwa 1,1 bis 2,6 g/l, entsprechend 5 bis 12 Gew.-^
Schwefelsäure, gehalten werden. Wenn dann-Salzlösung verbraucht wird und die Wasserstoffionenkonzentration a±nkt£,
kann weitere Säure zugesetzt werden, damit die lfeseeret©ff°
ionenkonssentratlon in dem optimalen Bereioh ^©n efewa' O99
bis 1,4 g/l, «QfcspreetiÄSÄ 4 fels β dew·-^ SefeiefelsEurei,
gehalten wird«» Di®s#r SHuresus^ss kann te®afeii£tsi©i?5Läo& ©cl<si?
in Eiiss®li5©a^!ia ν&ιά ©Efeweisp Es@i? &§m Isgiiao üqb loiseias
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-Ii-
oder nachdem die BeizÜLösuxig schon beträchtlich erschöpft let«
erfolgen. Wenn die Anfangswasssrstoffionenkonssntration
niedrig ist, beispielsweise etwa 0,45-bis i„i g/l, entsprechend 2 bis 5 Gew.-Si Schwefelsäure ,bet ragt« wird
vorzugsweise praktisch sofort nach Beginn des Beizens
und dann zweckmäßig mehr oder weniger kontinuierlich weitere Säure zugesetzt, bis die Wasserstoffionenkonzentratlon
bis gut in den Bereich von 0,9 bis 1,4 g/l
erhöht 1st. Wenn dagegen die Anfangswasserstoffionenkonzen*=·
tration mehr als etwa 1,1 g/l beträgt« wird weitere
Säure vorzugsweise in Einzelmengen und nur dann, wenn die Beizlösung soweit erschöpft 1st« daß die Wasserstoff»
ionenkonzentration auf unter etwa 1,1 g/l gesunken ist«
gewöhnlich unmittelbar nachdem sie auf unter etwa 0,9 g/l gesunken ist« zugesetzt.
Das Verhältnis Wasserstoffperoxyd zu Säure in der Beizlösung
ist von geringerer Bedeutung als die Säurekonzentration. Da bei der chemischen Umsetzung,auf der das Beizen von
Kupfer beruht« ein Mol Peroxyd und zwei NoI Wasserstoffionen
verbraucht werden, beträgt das Molverhältnis
ϊ H+ theoretisch IsS. Die Anwendung eines Holverhältnisses
ι H+ von weniger ale 1:2 sind daher im allgemeinen
unnötig und kann sogar die Bsisgeschwindigkeit, insbesondere
bei Verwendung höher konzentrierter Lösungen, verringern. Bei der praktischen Anwendung der Erfindung* wird das Wasserstoffperoxyd
selten zu mehr als etwa 75$ verbraucht;
so daß die Anwesenheit von etwas mehr als etwa 1,5 Mol
Wasserstoff ionen je Mol Peroxyd ausx*®iohend ist, vm eine
genügende Menge an Säure für eine vollständige Ausnützung
der Bsizlösung bereitzustellen. Da zudem ein Teil des
Peroxyde zersetzt wird und damit unwirksam ist, beträgt in
einem BeisetnlttQl» das eine ausreichende Menga an Säure
enthalten soll« . um ohne weiten Zugab© !"yon Säure vollständig
werden au können, dass Verhältnis von
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BAD ORIGINAL
Wasserstoffperoxid zu Wasscrstoffionen vorzugsweise nicht unter
etwa 1,Oi 1,6 und zweckmäßig zwischen etwa 1 #011,6 wad
l,0sl,0 . Wenn da» Beizmittel anfänglich"eine
geringe oder mittlere Säurekonzentration bssitst und während
«einer Verwendung weitere Säure zugesetzt wird« kenn das
Molverhältnis Peroxyd zu Wasserstoffionen natürlieh
anfänglich etwas größer sein und liegt dann vorzugsweise
zwischen etwa 1,0:0,2 und 1,0:1,0. Wenn Wasserstoffper«
oxyd verbraucht und weitere Säure zugesetzt wird, sinkt
das Molverhältnie und wird zu gegebener Zelt gleich dom-Jenigen* das vorzugsweise in Lösungen, die schon zu Beginn
die Gesamtmenge an Säure enthalten, angewandt wird» Auch
dann ist es, da das Peroxyd selten zu mehr als 13% genützt wird, aus praktischen Erwägungen zweckmäßig, nicht so viel
Säure zuzusetzen« daß das Molverhältnie von Peroxyd zu Wasserstoffionen auf unter etwa 1,0:1,6 sinkt.
Ein weiterer wesentlicher Faktor beim Abbeizen von Kupfer mit dem Beizmittel der Erfindung 1st die Temperatur. Die
Anwendung von Zimmertemperatur oder darunter ist nicht zweckmäßig, da die Beizlösung bei diesen Temperaturen mehr eine
polierende oder oxydierende Wirkung hat. Damit das Mittel 'J
eine gute Beizwirkung hat, muß seine Temperatur, wenn es mit dem Metall In Kontakt steht, wenigstens etwa 401C
betragen. Die Temperatur des Mittels hat einen wesentlichen Einfluß auf die Beizgeschwindigkeit, d.h. eine Erhöhung der
Temperatur bis in den bevorzugten Bereich von etwa 50
bis 62T erhöht die Belzgesohwindigkeit in weit stärkerem
Maße, als bisher bei Verwendung von Ammoniumpersulfatbeizfflitteln bei den hierfür empfohlenen Temperaturen festgestellt wurde. Bei Temperaturen über etwa 650C steigt die
Beizgeschwindigkeit jedoch nur noch wenig weiter an, und solche Temperaturen sind schon darum unerwünscht, weil sie
zu einer zu raschen Zersetzung des Peroxide führen. Ebenso
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BAD ORIGINAL
wie der Einfluß der Säur-ekoftsentratlos ist; auch der Einfluß
der Temperatur auf die Beizgeschwindigkeit am größten, wenn da3 Beizmittel teilweise erschöpft ist und di© Konzentration
an gelöstem Kupfer steigt. Gewünschtenfalls kann mit dera
Beizen bei den niedrigeren Temperaturen* beispieIsweis©
zwischen etwa 4O"£ und 55*ü begonnen und die TeBsperafctn3
UBV Lösung dann allmählioh bis su etwa 55 bis 62% erhöht
werden, wenn das Mittel weiter erschöpft wird. Da das
Beizen auf einer mäflig exothermen umsetzung beruht, kommt
es während der ■ Einwirkung des Beizmittels au einem
gewissen Temperaturanstieg. Ss kann aber vorteilhaft sein, die Temperatur des Beizmittel© allmählich zu erhöhen, um
die Beizgeschwindigkeit auf einen mehr oder weniger konstanten Wert einzustellen, wenn in der gleichen Lösung
eine Anzahl von Werkstücken gebeist werden sollen, beispielsweise
wenn die Herstellung gedruckter Schaltungen automatisch erfolgt.
Das Beizmittel der Erfindung kann durch einfaches Vermischen der Bestandteile hergestellt werden. Am zweckmäßigsten und
einfachsten werden es aus einem wHßrigen Wasserstoffperoxydkonzentrat mit etwa 20 bis 70#, vorzugsweise 30 bis
60 Oew.-% Wasserstoffperoxyd,und etwa 200 bis 20000 ppm,
vorzugsweise 500 bis 5000 ppm, an dem gewünschten Zusatz hergestellt. Silberionen werden vorzugsweise durch Zugabe
von Silbernitrat in einer Menge von etwa 300 bis 7000 ppm,
gewöhnlich 750 bis 3500 ppm,in das Konzentrat eingebracht.
Aus den Konzentraten werden dann die Beizlösungen hergestellt, indem man einfach Säure und Wasser und etwaig® weitere
Zusätze/ wie Sulfathiazol, zugibt. Die Wasserstoffperoxydkonzentrate
können leicht und gefahrlos transportiert werden und haben den weiteren Vorteil, daß sie längere Zeit bei
Zimmertemperatur und darüber gelagert werden können, ohne einer wesentlichen Zersetzung zu unterliegen.
009826/2090
BAD ORIGINAL
Das Beizmittel der Erfindung eignet sich außerordentlich
gut zum Beizen von Kupfer und anderen Metallen, kann aber
auch für anders übliche Lö"sungsverfahrenfl wie chemisches
Mahlen (milling), Körnen und Polieren, verwendet werden«
Bei slnsr solchen Anwendung kann die Temperatur der sauren
Wasserstoffperoxydlösung gewünschtanfalls auch außerhalb
des für das Beizen von. Kupfer vorgeschriebenen Bereiches liegen. Beispielsweise kann ein Polieren bei Zimmertemperatur
oder wenig darüber erfolgen. Die gersäS der Erfindung verwendeten Zusätze sind nieht nur in Gegenwart von Kupfer,, sondern
* auch in Gegenwart anderer Metallionen von Vorteil. So können
die sauren Lösungen, die dieee Zusätze enthalten* auoh .
für die Auflösung anderer Metalle, wie Eisen, Nickel, Cadmium, Zink, Gemanium, Blei, Stahl, Aluminium wad
Legierungen, die vorwiegend solche Metalle enthalten?
verwendet werden. Metallisches Aluminium wird wirksamer
gelöst, wenn als Säure Salpetersäure odei» Fluoborsäure,
insbesondere Fluoboreäure verwendet wird. Die Lösungen
sind jedoch bei gewissen anderen Metallen, wie Gold, Zinnß
Chrom, rostfreie«! Stahl und Titan, von geringerer Wirkung«,
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung veranschaulichen. Angaben in Teilen und Prozent beziehen sich auf das Gewichte
Die in den Beispielen verwendeten, mit Kupfer überzogenen
Kunststoffplatten wurden zu Stücken von 5*7 s 11,4 cm
zugeschnitten. Jede Platte wies eine 0,07 mm dicke Kupfer«:
schicht (610 g/m ) auf. Die Beizzeit wurde mit einer Stoppuhr
bestimmt, und die Beizgeaohwindigkelt wurde aus dem
Gewicht jedes Prüfstückes vor und nach dar Behandlung berechnet.
009826/209 0
Eine Anzahl von Beizmitteln wurden hergestellt;, die
HgOg, i7J$ H2SO1^, 267 ppm AgNO3 und auß
der zu prüfenden Verbindimg enthielten
i7J$ H2SO1^, 267 ppm AgNO3 und außerdem etwa 2000 ppm
Zunächst wurde durch Vennisohen von etwa 355
Wasserstoffperoxid mit.etwa 250 ecm Schwefelsäure
ElektxOlytscfcwefelsäuralund etwa io35 ecm Leitungswasser
eine Lösung hergestellt. Zu je 500 g dieser Lösung (445 wl) wurde etwa 1,0 g der zu prüfenden Verbindung augesetzt,
so daß deren Konzentration in dem Beizmittel etwa 2000 ppm betrug. Von den Platten wurde zu einer Zeit
jeweils nur eine bei einer Temperatur von 60^C durch Eintauchen gebeizt. Das Auflösevermögen filr Kupfer in g
gelöstes Kupfer je Liter Ätzmittel wurde nach 10-minütigem Beizen bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle Ϊ zusammengestellt:
Tabelle I
Konzent rat ion | Auflösevermögen | |
Zusatz | des Zusatzes, ppm | für Kupfer., g/l |
kein | 47,9 - 50,2 | |
Methylharnstoff | 2000 | 70,4 |
Äthylharnstoff | 2000 | 67,4 |
Sym -N,Nc-diäthyl- | ||
harnstoff | 2000 | 67,4 |
Butylharnstoff | 2000 | 71, i |
Allylharnstoff | 2000 | 73,4 |
1,3-Dimethy!harnstoff | 2000 | 69,7 |
Acety!harnstoff | 2000 | 68,9 |
1-Acetyl-3-fnethyl=
harnstoff 2000 68,9
009826/2090
BAD
- 16 -
Eine zweite Reihe von Ansätzen wurde unter Verwendung einer Beizlösung der gleichen Zusammensetzung wie der von
Beispiel 1, jedoch unter "Verwendung von ent ionisiertem Wasser, durchgeführt. Etwa 0,5 g der zu prüfenden Verbindung
wurden su etwa 500 g (445 ml) dieser Lösung zugesetzt,
so daß ihre Konzentration etwa 1000 ppm betrug. Einige der zu prüfenden Zusätze lösten sich nicht vollständig*
und in diesen Fällen wurde die Lösung wenigstens etwa Minuten heiß gerührt und dann filtriert. Der Kupfergehalt
jedes der Beizmittel (Auflösungsvermögen für Kupfer) und die prozentuale Menge des ursprünglich anwesenden
Wasserstoffperoxyds, die sich beim Abbeizen von 270 bis
285 g Kupfer zersetzt hatte, wurde nach 10-minütigem Beizen
bestimmt. Das Beizen erfolgte bei 600C. Die Ergebnisse
sind in Tabelle ZI zusammengestellt:
0098 26/2090
11
T a b @ I I β
nögea *
Kteofos? .
β? ρ 4
' ' " 89^9
tof f £01,1
$SiiöbarQS^®f f 9?, 4
88,4 | 16 |
88,4 | 17 |
86,9 | 18 |
75,4 | 18 |
N, N' -Dlmethylö&rbanilKi 97,
Bsnzoylhar^ßtoff
Benzylharnstoff 3,3f-DiiBethyloarbanilld
2,2*-DimetbyXcarbanllid 1,3-DioyclohexylharnBtoff
Bai allen in Tabelle ZX zusammengestellten Ansätzen wurde
der Punkt erreioht, an dem 270 bis 285 g Kupfer abgebeizt waren. Zu diesem Zeltpunkt waren etwa 40£» des anfänglich
anwesenden Wasserstoffperoxids sum Beisen d®@ Kupfers
genützt worden, etwa 40 bis 55% blieben sum Beließ von
weiterem Kupfer in der LSsimg^ während der» Hesfe durch
!©rsetzung verlorenging» Wie aus den Vierten voa Tabell® ΪΪ
«araiohtlich 1st, gingen In dem Vergleiehsbeismitt©! 21^
durch SSersetasuisg ν©2·1©Γ®κιβ während das
für Kupfer 255 S betriig» Di© geringere
des Wasserstoffperaxyds in den Bsiasnitteln der
Erf indiing kann die Verwendbarkaitsdanas· d©r Beizmittel im
bis %u ^0% erhöhen, fesw, In gegabsß-sr 2®it köne.©» 15 bis 2S g
Kupfer j Q Litar mohr abge-beis^.
009828/2090
Claims (11)
- JLJtJj J» β JL g JJL^rdiessr- Metall©j, ls@sröQli(SfcM aias @1&©2? aagoiliSiSciag ait Qsk§ him 5ΰ5^Eelt« und des &etm®mfä^m9 ü & ü u s» ®R1in der X Sauerstoff oder Schwefel und jeder der Reste R ,2 3 4
R , R^ und R Wasserstoff, ein nicht-aromatischer Kohlen=» wasserstoffrest, eine Acylgruppe oder ein ein- oder mehrkerniger aromatischer Rest, dessen aromatischer Ring direkt oder über eine Alkylsn- oder eine Garbonylgruppe an das Stickstoffatom gebunden ist^ wobei die Kohlenwasserstoff« rest ο bis zu etwa 18 Kohlenstoff atome enthalten und ggfa» mit Halogenatomen oder Alkostygruppen substituiert sind,, mit der Maßgabe, daß wenigstens ainer der Reste R , R * « und R kein Wasfierstoffatom ist ηηύ da0j, wenn X Sauerstoff ist und einer oder mehrere der Bes^s B^9 B2„ H"5 und R1-uiisubstitulsrfee Phenylreste a±näs niaht all« übrigen Wasserstoffatome Βίηύ, let.009826/2090 BAD ORIGINALP 191982Q - 19 - - 2. Mittel nach Anspruch lr d β d u r.c h gekennzeichnet v daß es 20 bia 5C00, yorsugsweiss 50 bis 2000 ppm, an dem Zusatz enthält.
- 3. Mittel nach Anspruch 1 und 2t dadurch gekennzeichnet, daß es als Zusatz p-Chlorphenyl·= harnstoff, Toluy!harnstoff, Phen'etylh&rastoff, K»N°*Diäthyle&rbanllid« H,KD-Dißi9thylparkfinil£d.. Benzoylharnstoff oder Biberizoylharnstoff enthält.
- 4 ο Mittel nach den Ansprüchen 1 und 2t dadurch gekennzeichnet „ daß es als Zusatz Phenylthlo» harnstoff, Dipheny!thioharnstoff oder Naphthy!thioharnstoff enthült.
- 3. Mittel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Zusatz jeder der Reste R4 R , Br und R Waeseretoff, ein nicht-aromatischer Kohlenwaeeerstoffrest mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen oder ein Acylderivat eines solchen Kohlenwasserstoffreetes ist.
- 6. Mittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche» dadurch gekennzeichnet« daß es als Katalysator noch Sulfabhlaziol und bzw, oder Phenncetin und bzw*oder Silberionen oder wasserlösliche Silbersalze enthält
- 7. Mittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmenge an freien Chlor- und Bronilon&n darin nicht mehr als 2 ppm beträgt.
- 8„ Mittel nach einem der vorhersehenden Ansprüche* dadurch gekennzeichnet, daß es009826/2090 BAD ORIGINAL2 bis 12 Gewe-# Wasseratoffp@roxyd und 2 bis 23 Schwefelsäure enthält.
- 9· Verfahren sum Aufläsen von Metallen« wie Kupfer* Eisen, Nickel, Cadmium« Zink« Germanium, Blei« Stahl, Aluminium oder einer Legierung dieser Metalle, dadurch gekennzeichnet , daß roan das Metall mit dem in den Ansprüchen i bis 8 beanspruchten Mittel bei einer Temperatur von 4-0 bis 65<€ in Berührung bringt.
- 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daS das Metall abgebeizt wird,
- 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Kupfers einer mit Kupfer überzogenen Platte unter Bildung einer gedruckten Schaltung abgebeizt wird.Ό09826/2090
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