RU2773180C1 - Solution for etching copper and its alloys (options) - Google Patents

Solution for etching copper and its alloys (options) Download PDF

Info

Publication number
RU2773180C1
RU2773180C1 RU2021136164A RU2021136164A RU2773180C1 RU 2773180 C1 RU2773180 C1 RU 2773180C1 RU 2021136164 A RU2021136164 A RU 2021136164A RU 2021136164 A RU2021136164 A RU 2021136164A RU 2773180 C1 RU2773180 C1 RU 2773180C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
copper
etching
solution
alloys
gelatin
Prior art date
Application number
RU2021136164A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Петрович Чухманов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Application granted granted Critical
Publication of RU2773180C1 publication Critical patent/RU2773180C1/en

Links

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to the etching of copper and its alloys. Options of a solution for etching copper and its alloys are proposed. The solution for etching copper and its alloys, according to the first option, includes components in following amounts, g: 2-aqueous dichloride copper 42.9, ammonium chloride 35, gelatin 0.5, distilled water 140 ml. The solution for etching copper and its alloys, according to the second option, includes components in following amounts, g: 2-aqueous dichloride copper 42.9, sodium chloride 15.1, gelatin 0.5, distilled water 140 ml.
EFFECT: increase in the etching factor to values exceeding the average value of 2-2.5 achieved for most alkaline copper etchants, as well as ensuring the regeneration of the etching composition by the reagent method.
2 cl

Description

Изобретение относится к травителям и может быть использовано для травления меди и ее сплавов в щелочной или нейтральной средах.The invention relates to etchants and can be used for etching copper and its alloys in alkaline or neutral media.

Известно, что при производстве печатных плат часто возникает задача подбора щелочных или нейтральных травителей меди и ее сплавов, поскольку используемые современные органические фоторезисты разлагаются в кислой среде, отчего ухудшается качество получаемого топологического рисунка. Также с экономической точки зрения стоит задача возможности регенерации травящих составов.It is known that in the production of printed circuit boards, the problem often arises of selecting alkaline or neutral etchants for copper and its alloys, since the modern organic photoresists used decompose in an acidic environment, which degrades the quality of the resulting topological pattern. Also, from an economic point of view, the task is the possibility of regeneration of etching compositions.

Известны щелочные травители меди: травитель, получаемый смешиванием аммиачного раствора основного карбоната меди и 7%-ного водного раствора персульфата аммония [Патент СССР №109528, кл. C23F 1/34, 1957]; травитель, содержащий в своем составе дистиллированную воду, персульфат аммония, этиловый спирт, серную кислоту и пероксид водорода [Патент СССР №842097, кл. С09К 13/06, 1981]; травитель, содержащий в своем составе дистиллированную воду, хлорид меди (II), хлорид (или нитрат) аммония, карбонат аммония и щелочь NaOH или КОН [Патент СССР №910845, кл. C23F 1/04, 1982].Alkaline copper etchants are known: an etchant obtained by mixing an ammonia solution of basic copper carbonate and a 7% aqueous solution of ammonium persulfate [USSR Patent No. 109528, cl. C23F 1/34, 1957]; an etchant containing in its composition distilled water, ammonium persulfate, ethyl alcohol, sulfuric acid and hydrogen peroxide [USSR Patent No. 842097, class. C09K 13/06, 1981]; an etchant containing in its composition distilled water, copper (II) chloride, ammonium chloride (or nitrate), ammonium carbonate and alkali NaOH or KOH [USSR Patent No. 910845, class. C23F 1/04, 1982].

Данные составы характеризуются высокой скоростью травления меди, но обладают рядом существенных недостатков - малым значением фактора травления, неудовлетворительной химической стойкостью и невозможностью регенерации.These compositions are characterized by a high etching rate of copper, but they have a number of significant drawbacks - a low value of the etching factor, unsatisfactory chemical resistance and the impossibility of regeneration.

Также известен щелочной электролитически регенерируемый травитель, содержащий в своем составе аммиачный комплекс сульфата меди (II) - тетраамминсульфат меди, аммиак, сульфат аммония, хлорид аммония и катализатор - метаванадат аммония [Патент RU №2078850 С1, кл. C23F 1/18, 1997]. Данное техническое решение принято за прототип.Also known is an alkaline electrolytically regenerated etchant containing in its composition an ammonia complex of copper (II) sulfate - copper tetraammine sulfate, ammonia, ammonium sulfate, ammonium chloride and a catalyst - ammonium metavanadate [Patent RU No. 2078850 C1, cl. C23F 1/18, 1997]. This technical solution is taken as a prototype.

Этот травитель имеет ряд недостатков. Во-первых, применение аммиака снижает значение фактора травления до малых значений - не более 2,5. Во-вторых, сам травящий состав не регенерируется - из него можно лишь регенерировать медь электролитическим осаждением. В-третьих, после регенерации возникает задача утилизации или разделения компонентов отработанного электролита.This etchant has a number of disadvantages. Firstly, the use of ammonia reduces the value of the etching factor to small values - no more than 2.5. Secondly, the etching composition itself is not regenerated - copper can only be regenerated from it by electrolytic deposition. Thirdly, after regeneration, the problem arises of recycling or separating the components of the spent electrolyte.

Техническим результатом предлагаемого решения является увеличение фактора травления до величин, превышающих среднее значение 2-2,5, достигнутое для большинства щелочных травителей меди, а также легкость регенерации травящего состава реагентным методом.The technical result of the proposed solution is to increase the etching factor to values exceeding the average value of 2-2.5 achieved for most alkaline copper etchants, as well as the ease of regeneration of the etching composition by the reagent method.

Технический результат достигается тем, что в растворе для травления меди и ее сплавов, включающем дистиллированную воду, травящий агент, комплексообразователь, в качестве травящего агента выбран хлорид меди (II), в качестве комплексообразователей - желатин и хлорид аммония в следующих количествах:The technical result is achieved by the fact that in the solution for etching copper and its alloys, including distilled water, an etching agent, a complexing agent, copper (II) chloride is selected as an etching agent, gelatin and ammonium chloride are selected as complexing agents in the following quantities:

медь двухлористая 2-водная - 42,9 г,copper dichloride 2-water - 42.9 g,

хлорид аммония - 35 г,ammonium chloride - 35 g,

желатин - 0,5 г,gelatin - 0.5 g,

дистиллированная вода - 140 мл.distilled water - 140 ml.

Технический результат достигается тем, что в растворе для травления меди и ее сплавов, включающем травящий агент, комплексообразователь, в качестве травящего агента выбран хлорид меди (II), в качестве комплексообразователей - желатин и хлорид натрия в следующих количествах:The technical result is achieved by the fact that in a solution for etching copper and its alloys, including an etching agent, a complexing agent, copper (II) chloride is selected as an etching agent, gelatin and sodium chloride are selected as complexing agents in the following quantities:

медь двухлористая 2-водная - 42,9 г,copper dichloride 2-water - 42.9 g,

хлорид натрия - 15,1 г,sodium chloride - 15.1 g,

желатин - 0,5 г,gelatin - 0.5 g,

дистиллированная вода - 140 мл.distilled water - 140 ml.

Растворы готовят следующим образом.Solutions are prepared as follows.

В необходимом количестве воды при нагревании до 50-70°С при непрерывном перемешивании полностью растворяют отмеренное количество желатина. Затем добавляют отмеренные количества меди двухлористой 2-водной и хлорида аммония по первому варианту или хлорида натрия по второму варианту.In the required amount of water, when heated to 50-70°C with continuous stirring, the measured amount of gelatin is completely dissolved. Then add measured amounts of copper dichloride 2-aqueous and ammonium chloride according to the first option or sodium chloride according to the second option.

Перемешивают раствор до полного растворения компонентов.Stir the solution until the components are completely dissolved.

Рабочая концентрация ионов Cu2+ в травителе по первому и второму вариантам одинакова и составляет 107,2 г/л, величина рН близка к 7. Травление ведут при температуре Т=(45±5)°С. Травящий эффект достигается образованием комплексов (NH4)2[CuCl4] и Na2[CuCl4], которые растворяют медь согласно реакции:The working concentration of Cu 2+ ions in the etchant according to the first and second options is the same and is 107.2 g/l, the pH value is close to 7. Etching is carried out at a temperature of T=(45±5)°C. The etching effect is achieved by the formation of complexes (NH 4 ) 2 [CuCl 4 ] and Na 2 [CuCl 4 ], which dissolve copper according to the reaction:

[CuCl4]2-+Cu=2[CuCl2]-.[CuCl 4 ] 2- +Cu=2[CuCl 2 ] - .

Комплексы NH4[CuCl2] и Na[CuCl2] растворимы в воде, они окрашивают раствор в темно-зеленый цвет. По мере накопления ионов [CuCl2]- в травящем растворе происходит выделение осадка CuCl, не связанного хлоридами аммония или натрия. При этом, как правило, скорость травления сначала резко возрастает (в среднем по достижении суммарной концентрации ионов меди в растворе, равной 170 г/л), затем уменьшается более чем. в два раза. При резком снижении скорости травления необходима регенерация травящего раствора.Complexes NH 4 [CuCl 2 ] and Na[CuCl 2 ] are soluble in water, they color the solution dark green. As the [CuCl 2 ] - ions accumulate in the etching solution, a CuCl precipitate is released that is not bound by ammonium or sodium chlorides. In this case, as a rule, the etching rate first sharply increases (on average, upon reaching the total concentration of copper ions in the solution equal to 170 g/l), then decreases more than. twice. With a sharp decrease in the etching rate, regeneration of the etching solution is necessary.

Регенерацию проводят следующим образом.Regeneration is carried out as follows.

В отработанный травитель при постоянном перемешивании малыми порциями добавляют смесь пергидроля (30%-ный водный раствор пероксида водорода) и концентрированной соляной кислоты (36%-ный водный раствор хлороводорода) в объемном соотношении 2,1:1 до полного растворения осадка CuCl:A mixture of perhydrol (30% aqueous solution of hydrogen peroxide) and concentrated hydrochloric acid (36% aqueous solution of hydrogen chloride) in a volume ratio of 2.1:1 is added in small portions to the spent etchant with constant stirring until the CuCl precipitate is completely dissolved:

2CuCl+H2O2+2HCl=2CuCl2+2H2O.2CuCl + H 2 O 2 + 2HCl \u003d 2CuCl 2 + 2H 2 O.

Растворение ведут при комнатной температуре. Реакционная смесь меняет цвет с темно-зеленого на изумрудный. Замечают объем смеси пергидроля и соляной кислоты Vреген (мл), израсходованный на реакцию. Вычисляют количество меди М (Cu), г, перешедшей в раствор в результате травления, по формуле:The dissolution is carried out at room temperature. The reaction mixture changes color from dark green to emerald green. Note the volume of the mixture of perhydrol and hydrochloric acid V regen (ml) consumed in the reaction. Calculate the amount of copper M (Cu), g, passed into the solution as a result of etching, according to the formula:

M(Cu)=Vреген/8,41.M(Cu)=V regen / 8.41.

После полного растворения осадка избыток пероксида водорода разлагают нагреванием травящего раствора до 40-50°С:After complete dissolution of the precipitate, excess hydrogen peroxide is decomposed by heating the etching solution to 40-50°C:

2H2O2=2H2O+O2↑.2H 2 O 2 \u003d 2H 2 O + O 2 ↑.

Избыточный кислород удаляется из зоны реакции, а образующаяся вода переходит в травитель. Далее в нагретый раствор добавляют компоненты в граммах по первому варианту:Excess oxygen is removed from the reaction zone, and the resulting water passes into the etchant. Next, the components in grams are added to the heated solution according to the first option:

M(NH4Cl)=2,19M(Cu),M(NH 4 Cl) \u003d 2.19M (Cu),

М (желатин)=0,03 М (Cu),M (gelatin)=0.03 M (Cu),

по второму варианту:for the second option:

М (NaCl)=0.95 М (Cu),M (NaCl)=0.95 M (Cu),

М (желатин)=0,03 М (Cu), Поддерживают температуру на уровне 50-70°С и при постоянном перемешивании полностью растворяют сначала желатин, затем хлориды аммония или натрия.M (gelatin)=0.03 M (Cu), Maintain the temperature at 50-70°C and with constant stirring completely dissolve first gelatin, then ammonium or sodium chlorides.

Для предлагаемого травителя по первому и второму вариантам максимально достигнутые показатели фактора травления лежат в интервале 5.0-5,6, что более чем в два раза превышает значение, достигнутое для большинства щелочных травителей. Под микроскопом при 20-кратном увеличении края стравленных участков выглядят ровными, что говорит о высоком качестве процесса травления. Скорость травления (в зависимости от способа напыления меди) составляет 3,0-3,6 мкм/мин для состава травителя по первому и второму вариантам.For the proposed etchant according to the first and second options, the maximum achieved etching factor values are in the range of 5.0-5.6, which is more than twice the value achieved for most alkaline etchants. Under a microscope at 20x magnification, the edges of the etched areas look smooth, which indicates the high quality of the etching process. The etching rate (depending on the copper deposition method) is 3.0-3.6 μm/min for the etchant composition according to the first and second options.

Применение предлагаемого раствора в производстве печатных плат способом химического жидкостного травления обеспечивает хорошее качество травления поверхности, а также значительный экономический эффект за счет того, что нет необходимости постоянно выделять стравленную медь из раствора (как правило, дорогостоящим электролитическим методом), поскольку травитель полностью восстанавливает свои травящие свойства после регенерации реагентным методом.The use of the proposed solution in the production of printed circuit boards by chemical liquid etching provides a good surface etching quality, as well as a significant economic effect due to the fact that there is no need to constantly extract the etched copper from the solution (usually by an expensive electrolytic method), since the etchant completely restores its etching properties after regeneration by the reagent method.

Claims (4)

1. Раствор для травления меди и ее сплавов, включающий травящий агент, комплексообразователи и дистиллированную воду, отличающийся тем, что в качестве травящего агента выбрана медь двухлористая 2-водная, в качестве комплексообразователей - желатин и хлорид аммония, в следующих количествах:1. A solution for etching copper and its alloys, including an etching agent, complexing agents and distilled water, characterized in that copper dichloride 2-aqueous is selected as an etching agent, gelatin and ammonium chloride are selected as complexing agents, in the following quantities: медь двухлористая 2-воднаяcopper dichloride 2-water 42,9 г42.9 g хлорид аммонияammonium chloride 35 г35 g желатинgelatin 0,5 г0.5 g дистиллированная водаdistilled water 140 мл140 ml
2. Раствор для травления меди и ее сплавов, включающий травящий агент, комплексообразователи и дистиллированную воду, отличающийся тем, что в качестве травящего агента выбрана медь двухлористая 2-водная, в качестве комплексообразователей - желатин и хлорид натрия, в следующих количествах:2. A solution for etching copper and its alloys, including an etching agent, complexing agents and distilled water, characterized in that copper dichloride 2-aqueous is selected as an etching agent, gelatin and sodium chloride are selected as complexing agents, in the following quantities: медь двухлористая 2-воднаяcopper dichloride 2-water 42,9 г42.9 g хлорид натрияsodium chloride 15,1 г15.1 g желатинgelatin 0,5 г0.5 g дистиллированная водаdistilled water 140 мл140 ml
RU2021136164A 2021-12-07 Solution for etching copper and its alloys (options) RU2773180C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2773180C1 true RU2773180C1 (en) 2022-05-31

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU910845A1 (en) * 1977-02-15 1982-03-07 Горьковский Политехнический Институт Им. А.А.Жданова Copper pickling solution
SU950799A1 (en) * 1980-12-22 1982-08-15 Предприятие П/Я Г-4377 Solution for pickling metals
RU2078850C1 (en) * 1990-07-05 1997-05-10 Эло-Хем Этцтехник ГмбХ Electrolytically regenerated solution for etching of stamped plates and shaped articles of copper and its alloys
JP2009215639A (en) * 2008-03-13 2009-09-24 Mitsubishi Paper Mills Ltd Etching liquid for copper and copper alloy
RU2477029C2 (en) * 2011-01-12 2013-02-27 Евгений Васильевич Савлев Method for manufacturing printed circuit boards for light diodes

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU910845A1 (en) * 1977-02-15 1982-03-07 Горьковский Политехнический Институт Им. А.А.Жданова Copper pickling solution
SU950799A1 (en) * 1980-12-22 1982-08-15 Предприятие П/Я Г-4377 Solution for pickling metals
RU2078850C1 (en) * 1990-07-05 1997-05-10 Эло-Хем Этцтехник ГмбХ Electrolytically regenerated solution for etching of stamped plates and shaped articles of copper and its alloys
JP2009215639A (en) * 2008-03-13 2009-09-24 Mitsubishi Paper Mills Ltd Etching liquid for copper and copper alloy
RU2477029C2 (en) * 2011-01-12 2013-02-27 Евгений Васильевич Савлев Method for manufacturing printed circuit boards for light diodes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ИЛЬИН В.А. Технология изготовления печатных плат. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние. 1984, сс. 67-71. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0117068B1 (en) Method and apparatus for etching copper
US8236189B2 (en) Method for etching copper and recovery of the spent etching solution
EP0315677A1 (en) Etching of copper and copper bearing alloys
US4269678A (en) Method for regenerating a cupric chloride and/or ferric chloride containing etching solution in an electrolysis cell
US3756957A (en) Solutions for chemical dissolution treatment of metallic materials
US4192723A (en) Aqueous solution of monovalent gold and ammonium sulfite complex, process for the preparation thereof and electrolytic bath obtained therefrom for the plating of gold or gold alloys
US7833404B2 (en) Electrolytic phosphate chemical treatment method
RU2773180C1 (en) Solution for etching copper and its alloys (options)
CN106715763B (en) Fixture release agent for electrolytic
KR102190784B1 (en) Method for treating wiring substrate, and wiring substrate prepared by using the method
JPH03500186A (en) Copper etchant composition
JPS6363633B2 (en)
CN109790629B (en) Efficient and environment-friendly alkaline copper chloride etching solution for printed circuit board
US3837945A (en) Process of etching copper circuits with alkaline persulfate and compositions therefor
US3753818A (en) Ammoniacal etching solution and method utilizing same
US3919100A (en) Alkaline etchant compositions
JP2006265648A (en) Electroless gold plating liquid repreparation method, electroless gold plating method and gold ion-containing liquid
CA1194393A (en) Dissolution of metals utilizing epsilon-caprolactam
CN107012465A (en) A kind of copper etchant solution and its application
US3582415A (en) Method of etching cu with use of pb and sn layers as a mask
JP4747301B2 (en) Electroless nickel plating method
CA1050865A (en) Alkaline compositions and process for etching copper
CN110885993A (en) Neutral tin electroplating solution
JP2010138429A (en) Electrolytic copper plating method using insoluble anode
DE2030070C3 (en) Ammoniacal etching solution and etching method using such a solution