[发明专利]一种不产生氯气的酸性蚀刻液及其催化剂

说明书

【技术领域】

本发明用于印刷电路板制造行业中，高精度和密度线路蚀刻使用的酸性氯化铜蚀刻过程，具体涉及一种不产生氯气的酸性蚀刻液及其催化剂。

【背景技术】

目前电子产业的发展很快，作为承载电子产品的印刷电路板，也必须向能制作更精密的电路图形的方向发展，现在的精密线路最细的已经达到了25um线径和25um间距的水平，在其制造过程中，蚀刻是制造印刷电路板过程中必不可少的工序，通常采用蚀刻液对印刷电路板进行蚀刻，常用的蚀刻液分为碱性氯化铜蚀刻液和酸性氯化铜蚀刻液；而蚀刻过程中，蚀刻液需要再生循环使用，因此，为了使蚀刻液再生，需要不断地向蚀刻液中加入添加剂。

对于碱性氯化铜蚀刻液，可以利用空气中的氧气来完成一价铜离子向二价铜离子转换的过程，以使蚀刻液中的二价铜离子得到再生，同时也可以通过添加剂达到这一功效，例如，专利申请人菲布罗技术公司，申请的专利号为ZL94193307.5，发明名称为“铜蚀刻液用添加剂”的发明专利，通过添加剂来促进碱性氨性氯化铜蚀刻体系中铜单质的溶解；但与酸性氯化铜蚀刻液不同的是，大多数碱性氯化铜蚀刻液以氨为主要络合剂，不添加任何促进剂就可以利用空气中的氧气来完成一价铜离子向二价铜离子的转换过程，它的蚀刻过程是各向同性的，也就是说在蚀刻过程中，对线路侧壁水平方向和线路之间的底沟垂直方向的蚀刻速度是接近的，这就导致了较低的蚀刻系数和对线路侧面过度的蚀刻，比如在向下蚀刻掉35um铜箔的同时它也将蚀刻掉35um的侧壁，这使它最多只能完成100um线宽和100um线距以上的图形，使得碱性氯化铜蚀刻液无法完成50um线径和50um间距甚至25um线径和25um间距这样精密的线路图形的蚀刻过程。

对于酸性氯化铜蚀刻液，因为具有比碱性氯化铜蚀刻液更好的蚀刻系数，能够蚀刻出更精细的线路图形(比如0.5oz铜厚25um线径和25um间距的或着1oz铜厚50um线径和50um间距的精密线路)，正越来越多的被印刷电路板行业应用于高精度和高密度的印刷线路板的制作，常见酸性氯化铜蚀刻的自动控制原理如下：

在蚀刻过程中，反应的基本液被印刷电路板行业内俗称为母液，和用于补充的与基本液相比不含铜的补充液被行业内俗称为子液，酸性蚀刻母液被喷洒到印刷电路板的表面，蚀刻母液将不需要的铜除去。因为蚀刻母液与铜反应，蚀刻母液中二价铜离子被还原成一价铜离子，需用氧化剂将一价铜离子氧化成二价铜离子，母液中氧化剂的含量越来越低。当氧化剂含量低至一定值时，自动添加系统启动，将蚀刻子液加入到酸性蚀刻母液中，多余的母液被排掉，在此过程中，氧化剂含量迅速升高，当氧化剂含量达到一定值时，自动添加系统停止。此外，因为蚀刻母液与铜反应，蚀刻母液中溶入了铜，母液的比重越来越高。当比重达到一定值时，自动添加系统启动，将水加入到酸性蚀刻母液中，多余的母液被排掉，在此过程中，比重逐渐升高，当比重达到一定值时，自动添加系统停止。由于蚀刻子液中不含铜，因此母液的比重也部分由蚀刻子液调整。在蚀刻中，上述过程循环出现。

具体过程中，在酸性和高氯离子(CL^-)环境下，印刷电路板酸性氯化铜蚀刻液中的一价铜离子很难被空气中的氧氧化为二价铜离子，在现有的印刷电路板酸性蚀刻过程中，都是使用强氧化剂，例如双氧水、氯酸钠、过氧化物、硝酸以及他的盐类做为一价铜离子向二价铜离子转换的促进剂，这类强氧化剂不单会促进一价铜离子向二价铜离子转换，也会将蚀刻液中的氯离子(CL^-)氧化为氯气(Cl₂)，该副反应有时非常激烈，产生大量的氯气造成安全事故。

酸性蚀刻的反应历程如下：

蚀刻液中的二价铜离子(Cu²⁺)具有氧化性，能将铜单质氧化成一价铜离子(Cu¹⁺)，其反应如下：

蚀刻反应：Cu+CuCl₂→2CuCl，

形成的氯化亚铜(CuCl)是不易溶于水的，在有过量的氯离子(CL^-)存在的情况下，能形成可溶性的络合离子，其反应如下：

络合反应：CuCl+4Cl^-→2[CuCl₂]^-，