化学蚀刻的铜-ETP铜的实验分析

引言

化学蚀刻是通过与强化学溶液接触来控制工件材料的溶解。该过程可以应用于任何材料。铜是利用化学腐蚀工艺制造微电子元件、微工程结构和精密零件中广泛使用的工程材料之一。在这项研究中，铜在50℃用两种不同的蚀刻剂(氯化铁和氯化铜)进行化学蚀刻。研究了选择的蚀刻剂和加工条件对蚀刻深度和表面粗糙度的影响。实验研究表明，氯化铁产生的化学腐蚀速率最快，但氯化铜产生的化学腐蚀速率最快最光滑的表面质量。

关键词:化学蚀刻；铜；蚀刻深度；表面光洁度

介绍

制造工艺的进步集中在新工具和能源形式的使用上。这些发展产生了不同于传统加工工艺的新加工工艺，它们被称为“非传统加工工艺”.自20世纪50年代以来，它们得到了广泛而成功的应用。

在航空航天、电子和汽车等各种行业中，非传统加工工艺被广泛用于用先进材料制造复杂的高尺寸精密机械零件。此外，各种非传统加工工艺已被用于微米级零件的生产。这种模式将形成必然的趋势。

化学蚀刻是最古老的非传统加工工艺之一。它使用被适用于从钢到硅的任何工程材料。这个过程有时被称为化学加工、化学研磨、湿法蚀刻、蚀刻等。

化学蚀刻不是新的工艺；大约在公元前2500年左右，它被用来在铜被柠檬酸腐蚀的地方塑造金属，以制造珠宝。该工艺取代了手工工具雕刻工艺.在15世纪，无机酸被用于武器、头盔和胸甲。在17世纪，它首次被用作钢铁零件的制造工艺。化学的发展提供了显著的进步，在18和19世纪发现了各种类型的酸和抗蚀剂。

该工艺还用于去除铝机翼蒙皮和其他机身部件的多余质量。工艺的进步导致了从微电子元件到医疗零件和装饰物品的更广泛的工业应用。该工艺相对于传统加工工艺的优势有：

a. 不需要特殊工具；

b. 必要的加工时间短；

c. 相当经济的加工工艺；

d. 无塑性应变；

e. 高精度加工复杂的几何形状。

实验

选用的铜材料为电解韧性沥青高导电铜，化学成分为99.90%铜、0.005%铅和0.001%铋。材料硬度为55HV。试样厚度为1毫米，切割尺寸为20毫米×100毫米。在超声波清洗机中清洗样品以去除化学和颗粒污染物，如油、蜡、油脂、铁锈、氧化物和污垢。制备的清洗溶液是蒸馏水和添加的%1盐酸的混合物。清洗过程在40℃下完成25分钟。用自来水冲洗清洁过的样品，随后通过在清洁过的表面上滴水进行检查。均匀、连续的水膜覆盖在清洁过的表面上表明表面清洁是充分的。

氯化铜提供快速化学蚀刻。它具有易于再生的优点。铜的溶解能力也高于三氯化铁，即。实际应用中约为150克/升。它不像三氯化铁那样产生污泥。因此，与三氯化铁相比，这种蚀刻剂似乎是更经济的铜蚀刻剂.文献调查提到，尽管氯化铜的蚀刻速率低于三氯化铁，但它更适合铜铜合金的蚀刻。

氨碱性蚀刻剂已于20世纪70年代初在工业上引入。这些蚀刻剂的化学反应比三氯化铁和氯化铜蚀刻剂更复杂。它们可以溶解高达225克/升的铜，并提供更高的蚀刻速率。大多数蚀刻剂都是专有配方，细节很难获得。蚀刻剂的稳定性至关重要。蚀刻过程是闭环系统，需要投资.可以回收生成的蚀刻剂和蚀刻的铜。

 

图。3.蚀刻剂对表面粗糙度的影响。

实验结果

重要的是找到所选铜材料与蚀刻剂的化学反应。在化学蚀刻过程中，每种蚀刻剂的反应不同。铜与三氯化铁的化学反应如下:

三氯化铁+铜→二氯化铁+氯化铜

铜被铁离子氧化，形成氯化亚铜和氯化亚铁。氯化亚铜在蚀刻剂溶液中进一步氧化生成氯化亚铜，如下所示:

氯化铁+氯化亚铜→氯化铁+氯化亚铜 生成的氯化铜本身也与铜反应，形成如下所示的氯化铜:

氯化铜+铜→氯化铜

氯化铜与铜的化学反应更简单。当氯化亚铜形成时，铜表面受到氯化亚铜的侵蚀。蚀刻溶液在进一步的化学蚀刻过程中无效。

氯化铜+铜→氯化铜

使用三氯化铁蚀刻剂进行铜的化学蚀刻会产生复杂的化学反应，并提供Fe2+、Cu2+和铜离子，但使用氯化铜只会产生铜离子。这是化学蚀刻工艺后废蚀刻剂再生的主要因素。如果废蚀刻剂简单，那么任何废蚀刻剂的再生都是容易且经济的。从这一点来看，氯化铜似乎更适合化学蚀刻铜。

 

图。4.蚀刻铜质量的数量与。蚀刻时间。

结论

本研究调查了两种广泛使用的蚀刻剂(三氯化铁和氯化铜)对铜的化学蚀刻。实验结果可以归纳如下:

a.化学蚀刻速率是任何材料加工的重要因素。使用三氯化铁获得的最高化学蚀刻速率.这将使加工时间更长。

b.表面粗糙度是另一个需要考虑的因素，特别是在材料重量减轻的情况下。与三氯化铁相比，氯化亚铜产生了最平滑的表面质量。

c.比较溶解的铜量，得出在相同的蚀刻剂体积和蚀刻时间下，三氯化铁比氯化铜蚀刻更多的铜。这意味着用于铜蚀刻的三氯化铁蚀刻剂的延长蚀刻时间会更长。

d.研究了铜与选定蚀刻剂的化学反应，结果表明氯化铜比三氯化铁反应更简单。该结论是旧蚀刻剂再生过程的有效参数。这将使再生过程更容易和更经济。