DE4118764A1 - Verfahren zum aetzen von kupfer - Google Patents
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Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein neues Verfah
ren zum Ätzen von Kupfer mit sauren FeCl3-Lösungen.
Es ist bekannt, saure Ätzlösungen, welche als
Oxidationsmittel FeCl3 oder CuCl2 enthalten, zum Lösen von
metallischem Kupfer bei der Erzaufbereitung und insbeson
dere zum Abätzen von überschüssigem Kupfer von Leiterplat
ten zu verwenden. Das metallische Kupfer geht dabei als
CuCl in Lösung und die Oxidationsmittel werden zu FeCl2
bzw. CuCl reduziert. Es ist weiterhin bekannt, diese Reak
tion elektrolytisch in einem Regenerationsprozeß umzukehren
und Kupfer als reines Metall kathodisch abzuscheiden und
die Oxidationslösung anodisch wieder zu regenerieren. Der
Ätzvorgang bei Verwendung von FeCl3 als Oxidationsmittel
entspricht der folgenden Reaktionsgleichung:
FeCl₃ + Cu → FeCl₂ + CuCl (1)
Übliche Ätzlösungen enthalten FeCl3 in einer Menge von 80-110 g/l,
wobei 80 g/l der gebräuchlichste ist, mit einem
durch Salzsäure eingestellten pH-Wert von 2-3. Die übliche
Reaktionstemperatur beim Ätzvorgang liegt zwischen 40 und
60°C. Beim Ätzvorgang selbst können Kupfermengen bis zu
etwa 80 g/l in Lösung gehen.
Es ist bekannt, daß in einer Nebenreaktion Eisen-II-Ionen
bzw. Kupfer-I-Ionen durch Luftsauerstoff langsam zu
Fe(III)-Ionen und Cu(II)-Ionen oxidiert werden, was insbe
sondere beim Sprühätzen, wo die Lösung mit einer sehr
großen Oberfläche mit der Luft in Kontakt kommt, ein erheb
liches Ausmaß erreichen kann. Diese Reaktion entspricht der
folgenden Reaktionsgleichung:
4 CU⁺ + O₂ + 4 H⁺ → 4 Cu2+ + 2 H₂O (2)
Wie man sieht, werden gemäß dieser Reaktion Protonen ver
braucht, was zu einem Anstieg des pH-Werts der Reaktionslö
sung führt.
Es ist bekannt, daß insbesondere FeCl3 als Oxidationsmittel
enthaltende Ätzlösungen schon nach kurzer Benutzung dazu
neigen, beim Abkühlen der Lösung bzw. in strömungsberuhig
ten Bereichen einen feinteiligen Schlamm auszuscheiden.
Dieser Schlamm besteht vorwiegend aus Eisenhydroxid wech
selnder Zusammensetzung. Da als Folge dieser Schlammabscheidung
eine Verstopfung der Sprühdüsen sowie der Ablei
tung und der Vorratsgefäße eintreten kann, war es bisher
notwendig, durch eine aufwendige Filtration diesen sehr
feinteiligen Schlamm zu entfernen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Verfahren
zu finden, bei denen ein entsprechender Schlamm sich nicht
bildet und somit die genannten Probleme entfallen.
Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gegebenen
Merkmale gelöst und durch die in den Unteransprüchen aufge
führten Merkmale erfördert.
Aus der analytischen Chemie ist es bekannt, daß Komplexe
von Eisen-III-Ionen mit verschiedenen mehrwertigen organi
schen Säuren die Eisenionen soweit maskieren, daß sie in
ammoniakhaltiger Lösung nicht ausgefällt werden. Dabei ist
es möglich, andere nicht komplexbildende Zonen neben Eisen
analytisch nachzuweisen (vgl. Th. G. Spriro, Polynuclear
Complexes of Iron and their biological Implications, Jan
der, Blasius (Hirzel Verlag, Stuttgart 1979). Da anderer
seits Eisen-II-Verbindungen solcher organischen Säuren
häufig relativ schwer löslich in Wasser sind und
andererseits die Komplexbildung auch das Oxidationspo
tential der Eisen-III-Ionen herabsetzt, muß es als überra
schend angesehen werden, daß in den erfindungsgemäß zuge
setzten Konzentrationen diese organischen Säuren die
Schlammbildung wirksam verhindern, jedoch die
Oxidationswirkung der Ätzlösungen nicht signifikant verrin
gern.
Als komplexbildende organische Säuren können die für diesen
Zweck bekannten aliphatischen Di- und Tricarbonsäuren, ins
besondere aber auch Hydroxycarbonsäuren verwendet werden.
Insbesondere seien Weinsäure, Citronensäure, Glukonsäure
und andere Zuckersäuren, Äpfelsäure, Malonsäure, Bernstein
säure, Adipinsäure, Maleinsäure genannt. Oxalsäure ist
theoretisch ebenfalls brauchbar, jedoch wegen ihrer Giftig
keit nicht bevorzugt.
Die Lösung enthält weiterhin als komplexbildende Hilfs
stoffe Glucose, Saccharose oder andere übliche Zucker sowie
Polyglykole mit einem Molekulargewicht von etwa 1000 bis
10 000, insbesondere Polyglykol 4000 und Polyglykol 6000.
Die erfindungsgemäßen Zusätze bestehen zu 80-100% aus der
organischen Säure,
0-10% Zucker und
0-10% Polyglykol.
0-10% Zucker und
0-10% Polyglykol.
Besonders bevorzugt ist eine Mischung, welche 80-90% Wein
säure, 1-10% Citronensäure, 1-5% Glucose und 2-10% Poly
ethylenglykol enthält.
Der erfindungsgemäße Zusatz wird der Ätzlösung in einer
Menge von 5-50, insbesondere 10-20 g/l zugesetzt.
Selbst bei einer Erhöhung des pH-Wertes der Ätzlösung auf
über 4 wird überraschenderweise keine Ausfällung von Eisen
hydroxiden beobachtet. Auch relativ stark verbrauchte
Ätzlösungen mit Kupfergehalten bis circa 80 g/l ergeben
keine Ausfällungen, selbst wenn die Lösung auf Raumtempera
tur abgekühlt wird. Erst bei Kupfergehalten von circa
85 g/l erfolgt eine Auskristallisation der übersättigten
Lösungen, die durch Verdünnen mit Wasser und Salzsäure pro
blemlos wieder in Lösung gebracht werden kann. Auch durch
Abkühlen von solchen konzentrierten Lösungen erzeugte
Kristallisationen können durch Wiedererwärmen bzw. Verdün
nen ohne Probleme in Lösung gebracht werden.
Der erfindungsgemäße Zusatz zu der Ätzlösung stört überra
schenderweise die elektrolytische Regeneration dieser
Ätzlösungen nicht und wirkt sich höchstens vergleichmäßi
gend auf die Abscheidung des Kupfers aus, so daß gegebenen
falls kompakte Schichten anstelle von pulvrigem Kupfer
abgeschieden werden. Da die erfindungsgemäßen Mittel wäh
rend der Ätz- und Regenerationsphase fast nicht verbraucht
werden, genügt es, der Ätzlösung einmal eine entsprechende
Menge zuzusetzen.
Claims (8)
1. Verfahren zum Ätzen von metallischem Kupfer mit salz
sauren, FeCl3 als Oxidationsmittel enthaltenden Ätzlö
sungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösung eine
oder mehrere komplexbildende organische Säuren zuge
setzt sind.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die komplexbildende Säure eine Di- oder Tricarbon
säure oder eine Hydroxycarbonsäure ist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die organische Säure Weinsäure, Citronensäure,
Glukonsäure und andere Zuckersäuren, Äpfelsäure,
Malonsäure, Bernsteinsäure, Adipinsäure oder Malein
säure ist.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die organische Säure in einer
Menge von 5-50 g/l, vorzugsweise 10-20 g/l, Ätzlösung
enthalten ist.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lösung zusätzlich einen Zucker
und ein Polyglykol enthält.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lösung eine Mischung aus 80-95%
komplexbildender Säure
0-10% Zucker und
0-10% Polyethylenglykol
enthält.
0-10% Zucker und
0-10% Polyethylenglykol
enthält.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mischung 80-90% Weinsäure, 1-10% Citronen
säure, 1-5% Glucose und 2-10% Polyethylenglykol ent
hält.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mischung 90% Weinsäure, 3% Citronensäure,
3% Glucose und 4% Polyethylen-6000 enthält.
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