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金属蚀刻时的主要化学反应

点击:1980 日期:2012-11-16 选择字体大小:

三氯化铁蚀刻液对铜箔的蚀刻是一个氧化-还原过程。在铜表面Fe3+使铜氧化成氯化亚铜。同时Fe3+被还原成Fe2+。

  FeCl3+Cu →FeCl2+CuCl
  CuCl具有还原性,可以和FeCl3进一步发生反应生成氯化铜。
  FeCl3+CuCl →FeCl2+CuCl2
  Cu2+具有氧化性,与铜发生氧化反应:CuCl2+Cu →2CuCl
 所以,FeCl3金属蚀刻液对Cu的蚀刻时靠Fe3+和Cu2+共同完成的。其中Fe3+的蚀刻速率快,蚀刻质量好;而Cu2+的蚀刻速率慢,蚀刻质量差。新配制的蚀刻液中只有Fe3+,所以蚀刻速率较快。但是随着蚀刻反应的进行,Fe3+不断消耗,而Cu2+不断增加。当Fe3+消耗掉35%时,Cu2+已增加到相当大的浓度,这时Fe3+和Cu2+对Cu的蚀刻量几乎相等;当Fe3+消耗掉50%时,Cu2+的蚀刻作用由次要地位而跃居主要地位,此时蚀刻速率慢,即应考虑蚀刻液的更新。
 在实际生产中,表示蚀刻液的活度不是用Fe3+的消耗量来度量,而是用蚀刻液中的含铜量(g/l)来度量。因为在蚀刻铜的过程中,最初金属蚀刻时间是相对恒定的。然而,随着Fe3+的消耗,溶液中含铜量不断增长。当溶铜量达到60g/l时,蚀刻时间就会延长,当蚀刻液中的Fe3+消耗40%时,溶铜量达到82.40g/1时,蚀刻时间便急剧上升,表明此时的蚀刻液不能再继续使用,应考虑蚀刻液的再生或更新。
 一般工厂很少分析和测定蚀刻液中的含铜量,多以蚀刻时间和蚀刻质量来确定蚀刻液的再生与更新。经验数据为,采用动态蚀刻,温度为50℃左右,铜箔厚度为50μm,蚀刻时间5分钟左右最理想,8分钟左右仍可使用,若超过10分钟,侧蚀严重,蚀刻质量变差,应考虑金属蚀刻液的再生或更新。
  蚀刻铜箔的同时,还伴有一些副反应,就是CuCl2和FeCl3的水解反应:
  FeCl3+3H2O →Fe(OH)3↓+3HCl
  CuCl2+2H2O →Cu(OH)2↓+2HCl
  生成的氢氧化物很不稳定,受热后易分解:
  2Fe(OH)3 →Fe2O3↓+3H2O
  Cu(OH)2 →CuO↓+H2O
结果生成了红色的氧化铁和黑色的氧化铜微粒,悬浮于蚀刻液中,对抗蚀层有一定的破坏作用。