TW201533270A

TW201533270A - 用蝕刻液處理金屬表面的設備及方法

Info

Publication number: TW201533270A
Application number: TW103137630A
Authority: TW
Inventors: Marcus Lang
Original assignee: Schmid Holger Manfred
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2015-09-01
Also published as: WO2015063080A1; DE102013112045A1

Abstract

一種用蝕刻液處理金屬表面的設備及方法被提供，其包含一被設計來供應該蝕刻液的第一埠口、一被設計來供應氣體狀的氧化劑的第二埠口、及一混合噴嘴，其被連接至該第一埠口及該第二埠口，用以在該混合噴嘴的出口開口將混合了該氧化劑的該蝕刻液排放於該待處理的金屬表面的方向上，其中該混合物的一第一部分圍繞該混合物的第二部分且該內含物的尺寸可被該第二埠口內的一限流器調整。

Description

用蝕刻液處理金屬表面的設備及方法

本發明係有關於一種用蝕刻液處理金屬表面的設備及用蝕刻液處理金屬表面的方法。本發明尤其是關於用蝕刻液將金屬表面弄濕以進行金屬表面(譬如，電路板或類此者)的圖案化，以及進行金屬表面的清潔或活化。

在工業技術中，譬如在印刷電路板的製造中，金屬表面通常係藉由適當的蝕刻劑來予以圖案化。因此，藉由一蝕刻處理來例如製造最細微的結構作為導電跡線是可能的，使得用於印刷電路板的導電跡線可被產生。該等導電跡線通常是藉由蝕刻用細的銅跡線來形成。在蝕刻處理期間，蝕刻劑係以一富含銅離子的水溶液出現，使得該蝕刻劑的效果會隨著時間而減弱。例如，氯化鐵可被用作為一蝕刻劑，然而其它蝕刻劑對於熟習此技藝者亦是習知的。

因為蝕刻劑的遞減效果讓蝕刻處理及印刷路板的製造愈來愈不經濟，在業界對於解決此問題已努力了一段時間。

因此，在一般的先前技術中已知的是，在蝕刻設備中，必須提供蝕刻劑的再生成，其中該再生成在此已知的例子中是發生在該蝕刻槽內。

從德國專利197 00 470 A1號中可知一種用於蝕刻劑的再生成的方法，UV光及臭氧氣體被使用於此方法中。在此例子中，一種再生成設備被提供，在此設備中被消耗掉的蝕刻劑藉由UV照射及藉由添加臭氧而被再生成。

德國專利35 39 886 A1號揭露一種用來蝕刻一金屬材料的方法，在此方法中一酸液藉由在實際蝕刻處理開始之前添加氧化劑而被用來攻擊該金屬。氧化劑的添加量係稍微超過消融(ablate)所需的量，使得在該蝕刻劑中留有小量的蝕刻劑殘留量，其從該蝕刻材料滴下來。殘留的氧化劑然後在一特殊設備中從該蝕刻劑中被移除，該特殊的設備過度地容納可被該蝕刻劑蝕刻的金屬。

從歐洲專利0665309 A1號中可知一種用錫或錫/鉛電鍍的電路板來去除銅的方法，其中該被剝離的銅被氧化劑氧化且銅氧化物被一磷酸溶液分離，其中為了至少不時地再生該蝕刻溶液，臭氧被添加至該蝕刻溶液，使得一部分的水被轉變成過氧化氫或至少一部分的該蝕刻溶液的磷酸藉由陽極氧化而被轉變成過磷酸。

從德國專利第30 46 477 A1號可知一種蝕刻金屬表面的方法，在此方法中在電路上的金屬藉由包含磷酸及過氧化氫的溶液蝕刻掉。該過氧化氫係用來把該將被去除掉的金屬氧化，而該磷酸則將該被氧化的金屬去除掉。在此已知的方法中，在每一次應用之前都會將個別的蝕刻處理需要的過氧化氫的數量添加至蝕刻溶液中。

因此，先前技術中已經有習知的系統或方法，在這些系統或方法中蝕刻劑的再生成是在專屬的設施中或用過氧化氫來實施。

然而，提供這些設施或加入過氧化氫須要一些額外的工作，而這使得用於金屬表面圖案化的製造設施變得複雜，並導致各部件的製造成本增加。

因此，本發明的目的是要提供一種用來製造圖案化的金屬表面的設備及方法，其中蝕刻劑的再生成可用一簡單的方式來達成。

此目的可透過申請專利範圍請求項1、11及12的特徵來達成。本發明的其它有利的實施例是附屬請求項的發明特徵。這些特徵可用技術上適合的方式加以結合。該描述，尤其是結合圖式的描述，進一步界定本發明。

依據本發明，一種用蝕刻液處理金屬表面的設備被描述，其包含一被設計來供應該蝕刻液的第一埠口、一被設計來供應氣體狀的氧化劑的第二埠口、及一混合噴嘴，其被連接至該第一埠口及該第二埠口，用以在該混合噴嘴的出口開口將混合了該氧化劑的該蝕刻液排放於該待處理的金屬表面的方向上，其中該混合物的一第一部分圍繞該混合物的第二部分且內含物(inclusion)的尺寸是可被該第二埠口內的一限流器調整的。

在此例子中，該蝕刻液係使用氣膠粒子以氣膠形式被提供或以具有氣泡的液體形式被提供於該待處理的表面的方向上。在第一種例子中，該內含物的尺寸對應於該氣膠粒子的液滴尺寸且在第二種例子中係對應於該氣泡的尺寸。這兩個例子是互補的實施例，即，它們是由一被液體包圍的氣體形成，或是由一被氣體包圍的液體形成。除非有作出不同的說明，否則下面的描述永遠都是指這兩種版本，而無需特別指明是內含物或混合物。本發明因而適合噴灑一液滴形的蝕刻液體，其被一氣體狀的氧化劑所包圍，或適合使用在浸入槽內，其中該蝕刻液包括氣體狀的氧化劑的氣泡。

因此，該蝕刻劑是透過該混合噴嘴來噴灑，使得具有氣膠粒子的氣膠形式的該蝕刻液被配送於該待處理的表面的方向上。在此例子中，一氣體狀的氧化劑被用作為一噴霧，其因而和該蝕刻液一起撞擊在該待處理的材料上。一旦該蝕刻液體開始一蝕刻處理，該同時存在的氧化劑即造成該蝕刻處理的反應產物的氧化作用。

如果例如一塗上銅的板子被用作為該待處理的金屬表面的話，則一使用Cu(II)氯化物的蝕刻即被實施。在用Cu(II)氯化物蝕刻該塗了銅的板子的蝕刻期間形成的Cu(I)氯化物在再生成期間藉由使用該混合噴嘴添加氧化劑而再度被氧化成Cu(II)氯化物。

因此，蝕刻液的再生成於該蝕刻處理期間已發生在緊鄰該待蝕刻的產物的附近，不是像先前技術般地是發生在一沼澤工廠中(in a swamp plant)。因此，蝕刻率保持實質恆定，這可以有一較簡單的處理管理並改善蝕刻期間的精確性。尤其是，最後一點在蝕刻細微結構時特別重要，因為一控制性很差的蝕刻率會造成底切(undercut)，這例如在印刷電路的跡線製造中將造成缺陷。再者，該等氣膠粒子的液滴尺寸可被對應於將被製造的產品，其中尤其是液滴尺寸和所想要的結構的解析度可相互關聯。本發明的設備亦可被用於表面活化或表面清潔，因為在這些應用中亦必須用一蝕刻劑實施濕潤。如上所示，本發明亦可應用在一裝滿了蝕刻液的浸入槽中，一待處理的產品將被沉浸在該浸入槽內。

依據本發明的一實施例，該限流器是可調整的，使得該氣膠粒子的液滴尺寸或該氧化劑的氣泡尺寸在輸送期間係實質恆定的。

因此，該氣膠粒子的液滴尺寸在輸送期間被調整至一預定的數值，使得均一的蝕刻率可被達成。相同地，該氧化劑的氣泡尺寸在配送期間可被設定至一預定的數值。

依據本發明的另一實施例，該限流器可被控制，使得該氣膠粒子的液滴尺寸或該氧化劑的氣泡尺寸在蝕刻流體的輸送期間會改變，尤其是週期性地上下移動或在兩個極端值之間交替地改變。

在此實施例中，該氣膠粒子的液滴尺寸或該氣體狀的氧化劑的氣泡尺寸在該蝕刻液體的輸送期間被改變，使得特徵尺寸的處理可在一很大的範圍內被實施。

依據本發明的另一實施例，氧或臭氧在第二終端被饋送作為氧化劑。

使用氧或臭氧或氧-臭氧混合物可以一簡單的方式造成反應產物的氧化或支持此氧化。

依據本發明的另一實施例，鹽酸或硫酸可在第一埠口被供應作為蝕刻流體。

這些酸通常被使用在工業的製造中且提供一簡單且具成本效益的蝕刻劑輸送。

依據本發明的另一實施例，多個混合噴嘴被提供，其施加液滴狀的蝕刻液體或具有氣泡之蝕刻液體於一將被蝕刻以形成結構的金屬表面上，其中該蝕刻劑的再生成發生在該金屬表面的一蝕刻通道內。

亦可使用多個混合噴嘴，其能夠以連續模式實施大面積處理。

依據本發明的另一實施例，該等混合噴嘴被提供一可界定的發射方向，其被選擇為垂直於該將被蝕刻的材料的表面或傾斜於該表面。

因此，可以有不同的組態。該發射方向不只可被選擇為逆著該製造設施的方向，還可以是在操作方向上或來自不同的方向，使得於每一應用而言都可用具有氣膠粒子的蝕刻劑或用具有氣體狀的氧化劑氣泡的蝕刻劑提供最適化的濕潤作用。

依據本發明的另一實施例，一光源被額外地提供，其適合發出在一小於300奈米的波長範圍內的光。

在紫外線範圍內的光的照射額外地支持氧化作用，以獲得一改善的蝕刻劑再生成的結果。該光源可被設置成緊鄰該待蝕刻的物件的表面，其中，為了同時處理上側及下側可提供兩個或更多個光源。

依據本發明的另一實施例，該液滴狀的蝕刻劑或富含氣體狀的氧化劑的氣泡的蝕刻劑的曝照時間是可調整的。

該液滴狀的蝕刻劑或富含氣體狀的氧化劑的氣泡的蝕刻劑的曝照時間可例如藉由經由該第一埠口添加或移除蝕刻流來實施，這可允許容易的控制及產生一可靠的處理控制。

依據本發明的另一實施例，該蝕刻液體和另一氧化劑相混合，該另一氧化劑和該氣體狀的氧化劑起反應。

因此，另一氧化劑可被提供。藉由和該氣體狀的氧化劑起反應，其後跟著該被還原的氧化劑的氧化作用，使得該已被使用的氧化劑被復原。例如，被提到的例子有過氧化氫和硫酸或過氧化氫和硝酸或鹽酸一起使用。為了要達到更好的蝕刻率，可以有一第二液體氧化劑或可以被添加至該氣體狀的氧化劑，其係藉由該氣體狀的氧化劑在一個循環內被再生成且已準備好進行另一氧化循環。

在本發明的另一態樣中，一種用蝕刻液來處理金屬表面的方法被提供，在此方法中，下面的步驟被實施：提供一混合噴嘴，其被設計來將一氣體狀的氧化劑噴灑穿過一具有可調整的液滴尺寸的蝕刻液成為一氣膠且噴灑在待蝕刻的材料的方向上，其中該氣膠的液滴尺寸可透過限制該氣體狀的氧化劑的流量來調整。

在本發明的又另一態樣中，一種用蝕刻液來處理金屬表面的方法被提供，在此方法中，下面的步驟被實施：提供一混合噴嘴，其被設計來將具有尺寸可調整的氣泡的氣體狀的氧化劑在該待蝕刻的材料的方向上噴灑進入一蝕刻液中，其中該氧化劑的氣泡尺寸可透過限制該氣體狀的氧化劑的流量來調整。

上述的方法可例如被用於蝕刻印刷電路板、用於表面活化或用於表面清潔。在這些應用中，處理係用一蝕刻劑來實施，噴灑或浸泡的應用可被區別。

MD‧‧‧混合噴嘴

EA‧‧‧第一終端(埠口)

ZA‧‧‧第二終端(埠口)

DB‧‧‧限流器

OM‧‧‧氧化劑

FL‧‧‧蝕刻液

AE‧‧‧氣膠

AP‧‧‧氣膠粒子(液滴)

TG‧‧‧液滴尺寸

OE‧‧‧出口開口

BE‧‧‧容器

LQ‧‧‧光源

LE‧‧‧印刷電路板

LS‧‧‧互連結構

RE‧‧‧光阻

AK‧‧‧蝕刻通道

OB‧‧‧金屬表面

在下文中，一些實施例被圖式所例示，其中：圖1是一依據本發明的設備的側視圖，圖2(A)至(C)是圖1的本發明的設備的剖面圖，其顯示液滴尺寸的不同發展階段，圖3(A)至(D)是剖面圖，其顯示具有圖1的本發明的設備的不同系統，及圖4是一將用圖1的本發明的設備蝕刻的材料的剖面圖。

在這些圖中，相同的或功能等效的構件具有相同的標號。

在下文中，本發明的第一實施例將參考圖1被更詳細地加以說明，此實施例例如適合圖案的金屬表面的製造或適合金屬表面的清潔或活化。

本發明的設備包含一混合噴嘴MD，其設置有一第一終端EA及一第二終端ZA。蝕刻液(其在圖1中以符號FL標示)透過該第一埠口EA被供應至該混合噴嘴MD。一氣體狀的成分經由該混合噴嘴MD的第二埠口ZA被供應，其中一限流器DB被設置在該第二終端ZA內，其調節該氣體狀氧化劑OM的流入。該氣體狀氧化劑OM例如可以氧、臭氧或氧-臭氧混合物來提供。

該蝕刻液FL和該氣體狀氧化劑OM經由一專屬的出口開口OE從該混合噴嘴MD被排出，使得該蝕刻液FL不是以一液流的形式而是以霧化或噴霧的形式被排出。這可產生一具有氣膠粒子或液滴AP的氣膠AE，其被朝向該待處理的表面OB射出。

該等氣膠粒子AP的液滴尺寸TG可藉由在該第二埠口ZA中的限流器DB來調整。因此，一液滴狀的蝕刻液FL被排放(這在圖1中係以符號AP來標示)。液滴AP(其為氣膠AE中的蝕刻劑FL)經由出口開口OE被輸送於該待蝕刻的材料(譬如，一印刷電路板)或待清潔或活化的物件的方向上。

液滴尺寸TG係透過限流器DB來設定。被預見的是，根據該應用，液滴尺寸TG的不同的暫時發展是可調整的。

參考圖1，蝕刻液FL係以氣膠AE的形式被輸送於待處理的表面的方向上。該液滴尺寸TG可大致上被描述為一圍體(enclosure)的尺寸。但在互補例中可被想要的是，該蝕刻液FL係被混以該氣體狀的氧化劑OM的氣泡，其係被輸送於該待處理的表面OB的方向上。此施用尤其是被實施於一浸入槽中，該浸入槽中裝滿了蝕刻液體FL且該混合噴嘴MD將該氣體狀氧化劑OM送入該浸入槽中。該液滴尺寸TG在此例子中將相當於氣泡的泡泡尺寸。依據本發明，這兩種施用都是可被想到的。

如圖2(A)所示，液滴尺寸TG可被選擇為是可調整的，但也可以是恆定的。因此，該液滴尺寸TG有一時間曲線，其為一線性曲線。該液滴尺寸TG被調整，用以例如改變於高與低之間亦是可能的，如圖2(B)所示。例如，液滴尺寸TG有一正弦波的變化。然而，亦可被想到的是可以改變上下擺動的週期。

再者，如圖2(C)所示，該液滴AP的液滴尺寸TG改變於兩個改變的極端值之間亦是可能的。例如，該液滴AP的液滴尺寸TG的矩形改變可週期性地發生。

使用依據圖1的本發明的設備的不同的工廠係參考圖3(A)至3(D)於下文中被描述。

如圖3(A)所示，多個混合噴嘴MD被提供，它們被設置在一容器BE內。待處理的工件被移動於該等混合噴嘴MD的上方及下方，該等混合噴嘴例如是以彼此相距一固定的距離被設置，其中，如圖3(A)所示，一垂直的濕潤處理藉由氣膠粒子AP的噴灑而被提供。

在圖3(B)的實施例中，多個混合噴嘴MD亦被提供，它們被設置在該容器BE內。待處理的工件被引導通過該等混合噴嘴MD的上方及下方且在垂直的方向上被氣膠粒子AP的噴灑弄濕。多個光源LQ被設置在混合噴嘴MD之間，該等光源發射出紫外線範圍的光，其中根據所使用的燈的種類，單色光是在185奈米或254奈米，但該等光源LQ亦可發出連續的光譜。

在圖3(C)的實施例中，多個混合噴嘴MD被提供。待處理的工件被引導通過該等混合噴嘴MD的上方及下方且在一方向上被氣膠粒子AP的噴灑弄濕，該方向被選擇成該等工件的前進方向成一角度。

圖3(D)的實施例相當於圖3(C)的實施例，此外，光源LQ如參考圖3(B)所討論地被額外地提供。

作為一個例子，依據圖1至3的設備在蝕刻處理中的用途將參考圖4來說明。在此處，一印刷電路板LE被示出，其包含一在被圖案化的光阻RE底下的互連結構LS且其被作為蝕刻劑的液滴AP圖案化。該互連結構LS的中間區域可被視為一蝕刻通道AK。用一塗了銅的電路板LE作為該待處理的金屬表面，該互連線結構LS是用Cu(II)氯化物蝕刻來形成的。在用Cu(II)氯化物來蝕刻該互連線結構LS的期間所形成的Cu(I)氯化物在藉由添加氧化劑至OM的再生成期間被氧化成Cu(II)氯化物。

在上文中及在申請專利範圍中被指出的特徵以及顯示於圖中的特徵可被獨立地及以各種組合的方式被有利地實現。本發明並不侷限於被揭示的實施例，而是可在熟習此技藝者的知識範圍內用各種方式加以修改。