Раствор для травления алюминия и его сплавов (варианты) Российский патент 2024 года по МПК C23F1/20 

Изобретение относится к растворам для травления (травителям) и может быть использовано для травления алюминия и его сплавов в широком интервале температур.

Производство часто сталкивается с задачей травления алюминия и его сплавов. Особая сложность травления алюминия обусловлена образованием раковин и неоднородностью процесса, вследствие чего получается неровный край. Раковины возникают чаще всего из-за разрушения фоторезиста по причине агрессивности среды используемого травителя. Поэтому при травлении алюминия необходимо использовать мягкие травители, не оказывающие разрушающего воздействия на фоторезистивную маску.

Известен травитель алюминия, содержащий в своем составе фосфорную кислоту, пероксид водорода и воду [Perrin Walker, William Н. Tarn, Handbook of metal etchants, 1991]. Пероксид водорода выступает в составе в качестве окислителя поверхности алюминия, а травящим компонентом является фосфорная кислота. Основными недостатками травителя являются небольшой интервал рабочей температуры (35-55°С) вследствие неустойчивости пероксида водорода и невысокая скорость травления (0,6 мкм/мин при 35°С).

Также известен травитель алюминия, содержащий в своем составе фосфорную, азотную кислоты и воду [Perrin Walker, William Н. Tarn, Handbook of metal etchants, 1991]. В данном составе азотная кислота выступает в роли окислителя поверхности алюминия и активного травящего компонента одновременно. Основным недостатком травителя является то, что при травлении азотная кислота очень быстро расходуется, объемная доля которой в травителе составляет от 4,8 до 5,9%, после чего в составе травителя остается только фосфорная кислота и вода. Раствор фосфорной кислоты травит в интервале температур 95-105°С (максимальный фактор травления 2,5), выше этой температуры образуются множественные раковины при травлении. Также к недостатку относится небольшая скорость травления (5 мкм/мин при 80°С и 10 мкм/мин при 100°С).

За прототип взят состав травителя, содержащий в своем составе азотную, соляную, фосфорную, уксусную кислоты, хлорид железа (III) [А.с. SU № 566866, кл. С09К 13/00, опубл. 30.07.77]. В качестве окислителя поверхности в травителе используется очень агрессивный компонент - смесь азотной, соляной кислот и хлорида железа (III), которые при смешивании выделяют активный хлор. Действие активного хлора частично нивелируется процессами хлорирования уксусной кислоты и окисления хлорида железа (II), который образуется из хлорида железа (III) при его реакции с алюминием. Однако, концентрация активного хлора в системе настолько велика, что уже при температуре 45°С современные фоторезисты (например, линейки ФН-11С) не выдерживают травления. Другим большим недостатком травителя является идущая при травлении побочная реакция образования мелкодисперсного железа, которое, хотя и растворяется в кислотах, расходует при этом активные компоненты травителя. Это уменьшает емкость травителя по отношению к алюминию.

Технический результат - увеличение диапазона рабочей температуры травителя, при котором большинство используемых современных фоторезистов гарантированно выдерживают травление, при одновременном увеличении скорости и высокой равномерности травления.

Технический результат достигается тем, что раствор для травления алюминия и его сплавов, включающий дистиллированную воду, концентрированные фосфорную, азотную, уксусную и (или) муравьиную кислоты, дополнительно содержит хлорид аммония в следующих количествах:

хлорид аммония 2,5-12 г,

азотная кислота 2,5-10 мл,

фосфорная кислота 35-80 мл,

дистиллированная вода 10-25 мл,

уксусная кислота до 50 мл,

и/или муравьиная кислота до 65 мл.

Технический результат достигается тем, что раствор для травления алюминия и его сплавов, включающий дистиллированную воду, концентрированные фосфорную, соляную, уксусную и (или) муравьиную кислоты, дополнительно содержит нитрат аммония в следующих количествах:

нитрат аммония 3,5-10 г,

соляная кислота 5-12,5 мл,

фосфорная кислота 35-80 мл,

дистиллированная вода 10-25 мл,

уксусная кислота до 50 мл,

и/или муравьиная кислота до 65 мл.

Растворы приготавливают следующим образом.

В дистиллированной воде при комнатной температуре растворяют максимальное количество соли аммония - хлорида по первому варианту и нитрата по второму варианту. Затем при непрерывном перемешивании последовательно добавляют концентрированные фосфорную, уксусную и (или) муравьиную кислоты, мешают до полного растворения оставшегося количества соли аммония. В полученный раствор добавляют

по первому варианту - концентрированную азотную кислоту,

по второму варианту - концентрированную соляную кислоту.

Травитель используют непосредственно после приготовления.

В приготовленных травителях окислитель состоит из хлорида аммония и азотной кислоты по первому варианту и из нитрата аммония и соляной кислоты по второму варианту, при этом травителем является фосфорная, уксусная и (или) муравьиная кислоты.

Перед травлением раствор рекомендуется нагреть до температуры 80±10°С и выдержать в течение 5-10 мин. В это время проходит множество реакций - выделение хлора и хлорсодержащих веществ, хлорирование уксусной кислоты, насыщение раствора активным хлором, - после чего система приходит к химическому равновесию. Невыполнение данной операции может привести к появлению неровности края при травлении (наличие данного дефекта также очень сильно зависит от качества используемой фосфорной кислоты).

Сравнительные данные, полученные при двустороннем травлении алюминиевой фольги ДПРХМ толщиной 50 мкм методом простого погружения в предложенном растворе состава «окислитель-фосфорная кислота - уксусная кислота - вода» и известном, приведены в таблице.

Использование муравьиной кислоты позволяет добиться еще больших скоростей травления по сравнению с табличными данными.

Применение предлагаемого раствора в производстве изделий из алюминия и его сплавов способом химического жидкостного травления обеспечивает хорошее качество травления поверхности.

Изобретение относится к вариантам растворов для травления алюминия и его сплавов. Раствор для травления алюминия и его сплавов по первому варианту содержит хлорид аммония 2,5-12 г, азотную кислоту 2,5-10 мл, фосфорную кислоту 35-80 мл, дистиллированную воду 10-25 мл, уксусную кислоту до 50 мл и/или муравьиную кислоту до 65 мл. Раствор для травления алюминия и его сплавов по второму варианту содержит нитрат аммония 3,5-10 г, соляную кислоту 5-12,5 мл, фосфорную кислоту 35-80 мл, дистиллированную воду 10-25 мл, уксусную кислоту до 50 мл и/или муравьиную кислоту до 65 мл. Технический результат изобретения - увеличение диапазона рабочей температуры травителя при одновременном увеличении скорости, фактора и равномерности травления. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

1. Раствор для травления алюминия и его сплавов, включающий дистиллированную воду, концентрированные фосфорную, азотную, уксусную и/или муравьиную кислоты, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хлорид аммония в следующих количествах:

хлорид аммония2,5-12 г хлорид аммония2,5-12 г азотная кислота2,5-10 мл азотная кислота2,5-10 мл фосфорная кислота35-80 мл, фосфорная кислота35-80 мл, дистиллированная вода10-25 мл ода10-25 мл уксусная кислота до 50 мл и/или муравьиная кислота до65 мл муравьиная кислота до65 мл

2. Раствор для травления алюминия и его сплавов, включающий дистиллированную воду, концентрированные фосфорную, соляную, уксусную и/или муравьиную кислоты, отличающийся тем, что он дополнительно содержит нитрат аммония в следующих количествах:

нитрат аммония3,5-10 г нитрат аммония3,5-10 г соляная кислота5 -12,5 мл соляная кислота5 -12,5 мл фосфорная кислота35-80 мл фосфорная кислота35-80 мл дистиллированная вода10-25 мл дистиллированная вода10-25 мл уксусная кислота до 50 мл и/или муравьиная кислота до 65 мл