用于電解蝕刻銅的蝕刻設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及用于在蝕刻材料上電解蝕刻銅的蝕刻設(shè)備，包括第一混合設(shè)備，其被設(shè)計(jì)成接收包含銅離子的酸性電解質(zhì)和氧氣或臭氧氣體，以便形成第一液體-氣體混合物，該混合物可從所述第一混合設(shè)備的第一出口被引導(dǎo)進(jìn)入與其耦合的連接線路；容器，其含有容器液體；第二混合設(shè)備，其被布置在所述容器內(nèi)并且被所述容器液體環(huán)繞，其中所述第二混合設(shè)備具有抽吸孔口以便抽吸存在于所述抽吸孔口的區(qū)域中的所述容器液體，其中所述第二混合設(shè)備被連接至所述連接線路并被設(shè)計(jì)成將所述第一液體/氣體混合物和所抽吸的所述容器液體引導(dǎo)至所述第二混合設(shè)備的收縮區(qū)中，使得所抽吸的所述容器液體能夠與所述第一液體/氣體混合物混合并由此形成第二液體/氣體混合物，其中所述第二混合設(shè)備具有第二出口，所述第二液體/氣體混合物能夠通過(guò)所述第二出口流出并與存在于所述第二出口的區(qū)域中的所述容器液體混合；以及容器出口線路，其被設(shè)計(jì)成將其中存在的所述容器液體供應(yīng)至設(shè)置在蝕刻模塊中的所述蝕刻材料。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于電解蝕刻銅的蝕刻設(shè)備
[0001 ] 本發(fā)明涉及用于在蝕刻材料上電解蝕刻銅的蝕刻設(shè)備，例如印刷電路或電路板。
[0002]為了在印刷電路或印刷電路板上電解蝕刻銅，可以使用含銅的蝕刻流體。如果是那樣的話，則蝕刻流體包括，例如，氯化銅(II)，其在與電路或電路板上的銅接觸時(shí)被還原為氯化亞銅(I)。此反應(yīng)產(chǎn)物幾乎根本就不侵蝕銅并且，因而如果要重復(fù)使用蝕刻流體，則反應(yīng)產(chǎn)物必須被再生回到氯化銅(II)。這樣的再生可借助于鹽酸和過(guò)氧化氫來(lái)實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生了氯氣?？蛇x擇地，銅的蝕刻還可基于硫酸電解質(zhì)而獲得。為此目的，硫酸銅(II)被溶解于硫酸并在與待蝕刻掉的銅反應(yīng)后被還原而得到硫酸亞銅(I)。添加過(guò)氧化氫后，可以再次生成硫酸銅(II)，使得以此方式再生的蝕刻流體能夠再次被提供給蝕刻材料。
[0003]已發(fā)現(xiàn)上述的蝕刻方法在實(shí)踐中難以管理，因?yàn)殂~在酸溶液中對(duì)過(guò)氧化氫起催化作用并將其分解，并因此過(guò)氧化氫的消耗相對(duì)較高。此外，發(fā)生大量放熱，并因此需要能量密集的冷卻。
[0004]另一途徑是不使用過(guò)氧化氫而使用臭氧氣體作為電解質(zhì)中銅(I)離子的氧化劑。二價(jià)銅與待蝕刻掉的銅在硫酸電解質(zhì)中按照下式反應(yīng)而得到硫酸亞銅(I):
[0005]Cu+CuS04 — Cu2SO4.[0006]然后，獲得的硫酸亞銅(I)按照下式用硫酸和臭氧氣體被氧化回硫酸銅(II):
[0007]Cu2SO4+H2S04+03 — 2CuS04+H20+02
[0008]這里產(chǎn)生相對(duì)很少的反應(yīng)熱，并因此對(duì)冷卻的耗費(fèi)顯著較低。此外，沒(méi)有形成氯氣，代替的是氧氣，這與蝕刻設(shè)備中較低的風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)聯(lián)。
[0009]以此方法工作的蝕刻設(shè)備是已知的。然而，隨著對(duì)在印刷電路或印刷電路板上的導(dǎo)體印刷線(conductor track)的小型化的不斷增長(zhǎng)的需求，已發(fā)現(xiàn)，通過(guò)延長(zhǎng)的加工時(shí)間連續(xù)蝕刻難以在導(dǎo)體印刷線之間獲得窄的且邊界明確的中間空間。
[0010]因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種蝕刻設(shè)備，采用該蝕刻設(shè)備可以用少量蝕刻流體連續(xù)蝕刻大量的銅，并且還可以獲得具有高的側(cè)面陸度(flank steepness)的導(dǎo)體印刷線的細(xì)的且鮮明的輪廓。
[0011]此目的通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求1的主題獲得。本發(fā)明的有利的發(fā)展是從屬權(quán)利要求的主題。
[0012]本發(fā)明的用于在蝕刻材料上電解蝕刻銅的蝕刻設(shè)備包括:
[0013]-第一混合設(shè)備，其被設(shè)置成接收包含銅離子的酸性電解質(zhì)和氧氣或臭氧氣體，以便形成第一液體/氣體混合物，該混合物可被傳輸離開(kāi)所述第一混合設(shè)備的第一出口進(jìn)入與其耦合的連接線路，
[0014]-容器，其容納容器液體，
[0015]-第二混合設(shè)備，其被布置在所述容器內(nèi)并且被所述容器液體環(huán)繞，所述第二混合設(shè)備具有抽吸孔口以便抽吸存在于所述抽吸孔口的區(qū)域中的所述容器液體，并且所述第二混合設(shè)備被連接至所述連接線路并被設(shè)置成將所述第一液體/氣體混合物和所抽吸的所述容器液體傳輸至所述第二混合設(shè)備的收縮區(qū)中，使得所抽吸的所述容器液體能夠與所述第一液體/氣體混合物混合并由此形成第二液體/氣體混合物，并且所述第二混合設(shè)備具有第二出口，所述第二液體/氣體混合物能夠通過(guò)所述第二出口流出并與存在于所述第二出口的區(qū)域中的所述容器液體混合，以及
[0016]-容器出口線路，其被設(shè)置成將其中存在的所述容器液體供應(yīng)至設(shè)置在蝕刻模塊中的所述蝕刻材料。
[0017]發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到，將含有銅⑴離子和銅(II)離子的酸性電解質(zhì)與氧氣、臭氧氣體或氧氣/臭氧氣體混合物混合不是足夠簡(jiǎn)單的。盡管理論上會(huì)發(fā)生銅(I)離子氧化成銅
(II)離子，但在現(xiàn)有蝕刻設(shè)備中的二價(jià)銅的量隨著電解質(zhì)循環(huán)的增加而減少。之后，電解質(zhì)的蝕刻作用不斷減弱至甚至更大的程度，直到蝕刻操作的結(jié)果不再符合要求。這是本發(fā)明的起始點(diǎn):在本發(fā)明的蝕刻設(shè)備中，存在所供應(yīng)的氧氣或臭氧氣體與酸性電解質(zhì)的非常緊密的混合，使得形成了高濃度的氧氣或臭氧氣體的氣體微泡。這樣的效果是大量的銅(I)離子能夠在電解質(zhì)中被氧化回銅(II)離子，這是僅一次運(yùn)行通過(guò)蝕刻設(shè)備后就實(shí)現(xiàn)了。因此首先可獲得高效率的電解質(zhì)再生。其次，采用具有連續(xù)高濃度的銅(II)離子的上述蝕刻設(shè)備，可以獲得快速且輪廓鮮明的蝕刻，即便是在銅導(dǎo)體印刷線之間的非常窄的凹進(jìn)處。
[0018]氣體與電解質(zhì)的混合首先借助于第一混合設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述第一混合設(shè)備被設(shè)置成接收包含銅離子的酸性電解質(zhì)和氧氣或臭氧氣體，以便形成第一液體/氣體混合物。這導(dǎo)致銅(I)離子與氧氣或臭氧氣體之間的第一次接觸，使得銅(I)離子的一部分能夠在此早期階段被氧化。
[0019]為了氧化足夠量的一價(jià)銅，借助于本發(fā)明的蝕刻設(shè)備，第一混合設(shè)備通過(guò)連接線路被連接至第二混合設(shè)備，第一液體/氣體混合物被供給至該第二混合設(shè)備。第二混合設(shè)備被布置在容器內(nèi)并且被存在于此容器中的液體環(huán)繞。第二混合設(shè)備具有抽吸孔口以便抽吸存在于抽吸孔口的區(qū)域中的容器液體。根據(jù)本發(fā)明，第二混合設(shè)備被設(shè)置成使得第一液體/氣體混合物與所抽吸的容器液體被傳輸至收縮區(qū)，使得所抽吸的容器液體與第一液體/氣體混合物緊密接觸并且這兩者彼此混合,形成第二液體/氣體混合物。
[0020]第二液體/氣體混合物在因此設(shè)想的出口處離開(kāi)第二混合設(shè)備，并且第二液體/氣體混合物在穿過(guò)收縮區(qū)之后被減壓并根據(jù)伯努利方程以高速度離開(kāi)。在這種情況下，其夾帶了一部分存在于出口區(qū)域中的容器液體，導(dǎo)致第二液體/氣體混合物與在出口區(qū)域中存在的容器液體混合。容器液體是包含銅離子的酸性電解質(zhì)。在第二混合設(shè)備中的收縮區(qū)和在第二混合設(shè)備的出口區(qū)域中的減壓再次導(dǎo)致電解質(zhì)與氣體之間的有效混合，使得大量的氣體微泡能夠形成。氣體微泡實(shí)現(xiàn)了大量銅(I)離子與酸性電解質(zhì)氧化得到銅(II)離子。
[0021]然后，以此方式形成的并富含銅(II)離子的液體/氣體混合物能夠在容器出口線路處流出并被供給至待蝕刻的材料。
[0022]優(yōu)選地，第一混合設(shè)備是文丘里噴嘴且更優(yōu)選地是液體噴射氣體壓縮機(jī)(liquidjet gas compressor)。在這樣的噴嘴或這樣的壓縮機(jī)的情況下，電解質(zhì)能夠作為活動(dòng)流被供給而氧氣或臭氧氣體作為抽吸流?；旌鲜蔷o密的而沒(méi)有移動(dòng)部分，使得低維護(hù)的混合設(shè)備是可能的。另外，文丘里噴嘴或液體噴射氣體壓縮機(jī)作為可購(gòu)買(mǎi)組件是相對(duì)便宜的。
[0023] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中,第二混合設(shè)備被布置在容器的下半部并且容器出口線路被布置在第二混合設(shè)備之上。這獲得了下述效果:第二液體/氣體混合物與存在于第二混合設(shè)備的出口處的容器液體的混合物能夠通過(guò)第二混合設(shè)備的抽吸孔口被再次抽吸并在第二混合設(shè)備中被再次混合一次。在多次重復(fù)此操作的情況下，存在非常緊密的且延長(zhǎng)的流體混合，使得形成了甚至更多的氧氣或臭氧氣體的氣體微泡。然后僅相對(duì)少部分的氣體最終到達(dá)容器出口線路處，這能夠使混合物傳輸至待蝕刻的材料。
[0024]優(yōu)選地，在容器出口線路與第二混合設(shè)備之間存在至少I(mǎi)米的距離。因此可以可靠地獲得容器液體穿過(guò)第二混合設(shè)備的多次循環(huán)。更優(yōu)選地，容器具有至少1.5米的高度以及至少400升容器液體的體積。這樣的結(jié)果是，容器液體重復(fù)流過(guò)第二混合設(shè)備并在容器中循環(huán)至少兩分鐘，使得產(chǎn)生大量的氣體微泡。
[0025]在另外的實(shí)施方案中，所述第一混合設(shè)備能夠容納至少100升每分鐘的酸性電解質(zhì)和至少50升每分鐘的氧氣或臭氧氣體。因此，假如是通常尺寸的電路板和蝕刻模塊，其中形成的足夠量的銅(I)離子能夠在單次循環(huán)中被氧化回銅(II)離子。
[0026]參照以下附圖解 釋了本發(fā)明的另外的優(yōu)勢(shì)和特征，附圖顯示了:
[0027]圖1，本發(fā)明的蝕刻設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖；和
[0028]圖2，在根據(jù)圖1的蝕刻設(shè)備的容器中的流動(dòng)條件的示意圖。
[0029]圖1以大大簡(jiǎn)化的形式且以示意圖來(lái)顯示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的蝕刻設(shè)備100。蝕刻設(shè)備100具有第一混合設(shè)備1，其具有第一入口 2以接收包含銅離子的酸性電解質(zhì)3。借助于第二入口 4，呈氧氣、臭氧氣體或氧氣/臭氧氣體混合物形式的氣體5能夠被傳輸至第一混合設(shè)備中，以便實(shí)現(xiàn)與電解質(zhì)3的混合。此混合操作的結(jié)果是第一液體/氣體混合物6,其能夠在第一出口 7離開(kāi)第一混合設(shè)備I。
[0030]然后使第一液體/氣體混合物6穿過(guò)連接線路8至布置在容器11中的第二混合設(shè)備10。該容器填充有容器液體12，其是包含銅離子的酸性電解質(zhì)。第二混合設(shè)備10具有至少一個(gè)抽吸孔口 13。通過(guò)此抽吸孔口 13，可以抽吸存在于抽吸孔口的區(qū)域中的容器液體14。在第二混合設(shè)備10中，設(shè)置了區(qū)15，其中存在流動(dòng)橫截面的收縮，這導(dǎo)致第一液體/氣體混合物6與容器液體14的良好混合，使得第二液體/氣體混合物16被形成。在第二混合設(shè)備10的第二出口 17處，第二液體/氣體混合物16隨后以高速度離開(kāi)。在這種情況下，其夾帶了存在于第二出口 17的區(qū)域中的容器液體18并與該液體混合。
[0031]圖2以簡(jiǎn)化的且高度示意性的視圖顯示了第二出口 17周?chē)嬖诘牡诙后w/氣體混合物16與容器液體18之間的此種類(lèi)型的混合操作。流動(dòng)箭頭表示，大部分的容器液體朝向第二混合設(shè)備10的抽吸孔口 13流動(dòng)若干次，以便在抽吸孔口 13處與流出連接線路8的第一液體/氣體混合物6混合。這導(dǎo)致大量氣體微泡分布于容器液體12中。僅相對(duì)少部分的緊密混合并以此種方式提供有氣體微泡的容器液體12在容器的邊緣向上流動(dòng)至被布置在第二混合設(shè)備10之上的容器出口線路19。
[0032]從圖1中清楚的是，容器出口線路19隨后將液體/氣體混合物傳輸至蝕刻模塊30，在該處，諸如電路板31的蝕刻材料能夠被蝕刻。這涉及銅(II)離子還原至銅(I)離子。存在于蝕刻模塊30中的包含銅(I)離子和銅(II)離子的液體然后傳輸至返回線路32中，在其中，由泵33支持的液體被供給回到第一混合設(shè)備1，使得混合操作和蝕刻液體的再生能夠再次開(kāi)始。
[0033]參考數(shù)字的列表
[0034]I 第一混合設(shè)備
[0035]2 第一入口[0036]3電解質(zhì)
[0037]4第二入口
[0038]5氧氣或臭氧氣體
[0039]6第一液體/氣體混合物
[0040]7第一出口
[0041]8連接線路
[0042]10第二混合設(shè)備
[0043]11容器
[0044]12容器液體
[0045]13抽吸孔口
[0046]14在抽吸孔口的區(qū)域中的容器液體
[0047]15收縮區(qū)
[0048]16第二液體/氣體混合物
[0049]17第二出口
[0050]18在出口區(qū)域中的容器液體
[0051]19容器出口線路
[0052]30蝕刻模塊
[0053]31電路板
[0054]32返回線路
[0055]33泵
[0056]100蝕刻設(shè)備
【權(quán)利要求】
1.一種用于在蝕刻材料上電解蝕刻銅的蝕刻設(shè)備，包括: -第一混合設(shè)備，其被設(shè)置成接收包含銅離子的酸性電解質(zhì)和氧氣或臭氧氣體，以便形成第一液體/氣體混合物，所述第一液體/氣體混合物能夠被傳輸離開(kāi)所述第一混合設(shè)備的第一出口進(jìn)入與其耦合的連接線路， -容器，其容納容器液體， -第二混合設(shè)備，其被布置在所述容器內(nèi)并且被所述容器液體環(huán)繞，所述第二混合設(shè)備具有抽吸孔口以便抽吸存在于所述抽吸孔口的區(qū)域中的所述容器液體，并且所述第二混合設(shè)備被連接至所述連接線路并被設(shè)置成將所述第一液體/氣體混合物和所抽吸的所述容器液體傳輸至所述第二混合設(shè)備的收縮區(qū)中，使得所抽吸的所述容器液體能夠與所述第一液體/氣體混合物混合并由此形成第二液體/氣體混合物，并且所述第二混合設(shè)備具有第二出口，所述第二液體/氣體混合物能夠通過(guò)所述第二出口流出并與存在于所述第二出口的區(qū)域中的所述容器液體混合，以及 -容器出口線路，其被設(shè)置成將其中存在的所述容器液體供應(yīng)至設(shè)置在蝕刻模塊中的所述蝕刻材料。
2.如權(quán) 利要求1中所述的蝕刻設(shè)備，其中所述第一混合設(shè)備是文丘里噴嘴或液體噴射氣體壓縮機(jī)。
3.如權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)所述的蝕刻設(shè)備，其中所述第二混合設(shè)備被布置在所述容器的下半部并且所述容器出口線路被布置在所述第二混合設(shè)備之上。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蝕刻設(shè)備，其中在所述容器出口線路與所述第二混合設(shè)備之間存在至少一米的距離。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蝕刻設(shè)備，其中所述容器具有至少1.5米的高度以及至少400升容器液體的體積。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蝕刻設(shè)備，其中所述第一混合設(shè)備能夠容納至少100升每分鐘的酸性電解質(zhì)和至少50升每分鐘的氧氣或臭氧氣體。
【文檔編號(hào)】C23F1/46GK103975096SQ201180075364
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月8日
【發(fā)明者】克里斯托夫·赫克里 申請(qǐng)人:克里斯托夫·赫克里