Реферат: Травление меди с пробельных мест. Химическая и электрохимическая металлизация

1. ТРАВЛЕНИЕ МЕДИ С ПРОБЕЛЬНЫХ МЕСТ

Травление меди — сложный окислительно-восстановительный процесс, в котором окислителем является травильный раствор, переводящий медь из металлического состояния в ионное. Выбор травильных растворов зависит от следующих факторов: типа применяемого резиста; типа оборудования, обеспечивающего высокую производительность и экологическую защищенность процесса травления; допустимой величины коэффициента подтравливания; оптимальной скорости травления.

Промышленность использует травильные растворы на основе хлорного железа, персульфата аммония, хлорной меди, смеси хромового ангидрида и серной кислоты, перекиси водорода, хлорита натрия (щелочные растворы). Выбор травильного раствора определяется типом применяемого резиста (табл. 1), скоростью травления, величиной бокового подтравливания, сложностью оборудования, возможностью регенерации и экономичностью всех стадий процесса.

Таблица 1 - Совместимость травителей и применяемых резистов

Основной компонент травителя	Резист
	Трафаретная краска	Фоторезист	Sn—Pb	Sn	Au, Au—Ni	Ni, Sn—Ni	Ag
Хлорное железо	+	+	–	–	+	–	+
Персульфат аммония	+	+	´	–	+	–	+
Хлорная медь	+	+1	–	–	+	+	+
Перекись водорода	+	+	´	´	+	+	+
Хромовая кислота	+	+	´	+	+	–	+
Хлорит натрия	+2	+2	+	+	+	+	+
Хлорное железо и хлорная медь	+	+	–	–	+	–	+

В таблице приняты следующие обозначения: + — не взаимодействует с травителем; – — взаимодействует с образованием растворимых соединений; ´ — взаимодействует с образованием нерастворимых соединений, удаляемых впоследствии осветлением; 1—кроме фоторезиста на основе ПВС; 2 — кроме резистов, удаляемых щелочью.

Скорость травления оказывает существенное влияние на качество формируемых элементов ПП. При малых скоростях время травления увеличивается, что приводит к ухудшению диэлектрических свойств основания и увеличению бокового подтравливания. Оно возникает вследствие того, что травитель также взаимодействует с боковой поверхностью проводников. Вследствие этого уменьшается их токонесущая способность и прочность сцепления с диэлектриком.

Величина подтравливания характеризуется коэффициентом, представляющим собой отношение глубины травления h к боковому подтравливанию с :

.

Наибольшее применение получили травильные растворы на основе хлорного железа (плотностью 1,36 — 1,42 г/см² ) благодаря высокой и равномерной скорости травления, малой величине бокового подтравливания, низкой токсичности. Состав: 500 г/л FeCl₃ , 4—6 % HCl; режимы травления: T = 35—50 °C, перемешивание. Растворение меди идет по реакции

.

Скорость травления в свежем растворе до 40 мкм/мин, затем снижается до 5 мкм/мин. Недостатки — большое подтравливание, непригодность для металлических резистов типа Sn—Pb, сложность утилизации, трудность отмывки осадка на платах, высокая стоимость.

Технология регенерации хлорного железа достаточно сложна. Сначала из электролита удаляется медь путем контактного осаждения на стальные стружки. После этого вводится окислитель для перевода Fe²⁺ в Fe³⁺ и проводится корректировка содержания FeCl₃ до требуемого количества.

Травильный раствор на основе персульфата аммония легко приготавливается, дешевле хлорного железа на 30 — 40 %, не взаимодействует с металлическим резистом. Этот раствор является основным при травлении ПП, проводники которых защищены сплавом олово—свинец. Процесс травления описывается уравнением

.

Состав и режимы травителя: 200—300 г/л (NH₄ )₂ S₂ O₈ , H₂ SO₄ 60 г/л, T = (50—55) °C.

Реакция сопровождается выделением теплоты, что вызывает необходимость стабилизации температурного режима. При травлении происходит большое боковое подтравливание медных проводников. К недостаткам относятся также небольшая допустимая концентрация меди в растворе (35—40 кг/м³ ), образование смеси ядовитых газов и зубчатого края проводников, невысокая скорость травления (2,5 мкм/мин).

Регенерация осуществляется путем охлаждения травильного раствора. При этом CuSO₄ и (NH₄ )₂ SO₄ выпадают в осадок и отфильтровываются.

Предпочтительными для ПП с металлическими резистами являются медно-аммонийные растворы травления, в состав которых входят CuCl₂ , NH₄ Cl, NH₄ NO₃ , (NH₃ )₂ CO₃ и аммиак NH₃ , pH раствора составляет 9,0—9,5. Травление описывается реакцией

.

Травильный раствор на основе хлорной меди в 20 раз дешевле хлорного железа, характеризуется легкостью отмывки, простотой приготовления, возможностью регенерации, стабильными параметрами травления. Процесс травления описывается реакцией

.

Состав травителя и режимы: 150 г/л CuCl₂ , 5 % HCl, T = 40—60 °C. Недостатки: не применяется для резистов из сплава олово—свинец и блестящего лужения. Регенерация осуществляется либо продувкой газообразным хлором, что является экологически вредным процессом:

,

либо введением окислителя — перекиси водорода:

.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--