引言

化學蝕刻是通過與強化學溶液接觸來控制工件材料的溶解。該過程可以應用于任何材料。銅是利用化學腐蝕工藝制造微電子元件、微工程結構和精密零件中廣泛使用的工程材料之一。在這項研究中，銅在50℃用兩種不同的蝕刻劑(氯化鐵和氯化銅)進行化學蝕刻。研究了選擇的蝕刻劑和加工條件對蝕刻深度和表面粗糙度的影響。實驗研究表明，氯化鐵產生的化學腐蝕速率最快，但氯化銅產生的化學腐蝕速率最快最光滑的表面質量。

關鍵詞:化學蝕刻；銅；蝕刻深度；表面光潔度

介紹

制造工藝的進步集中在新工具和能源形式的使用上。這些發展產生了不同于傳統加工工藝的新加工工藝，它們被稱為“非傳統加工工藝”.自20世紀50年代以來，它們得到了廣泛而成功的應用。

在航空航天、電子和汽車等各種行業中，非傳統加工工藝被廣泛用于用先進材料制造復雜的高尺寸精密機械零件。此外，各種非傳統加工工藝已被用于微米級零件的生產。這種模式將形成必然的趨勢。

化學蝕刻是最古老的非傳統加工工藝之一。它使用被適用于從鋼到硅的任何工程材料。這個過程有時被稱為化學加工、化學研磨、濕法蝕刻、蝕刻等。

化學蝕刻不是新的工藝；大約在公元前2500年左右，它被用來在銅被檸檬酸腐蝕的地方塑造金屬，以制造珠寶。該工藝取代了手工工具雕刻工藝.在15世紀，無機酸被用于武器、頭盔和胸甲。在17世紀，它首次被用作鋼鐵零件的制造工藝。化學的發展提供了顯著的進步，在18和19世紀發現了各種類型的酸和抗蝕劑。

該工藝還用于去除鋁機翼蒙皮和其他機身部件的多余質量。工藝的進步導致了從微電子元件到醫療零件和裝飾物品的更廣泛的工業應用。該工藝相對于傳統加工工藝的優勢有：

a. 不需要特殊工具；

b. 必要的加工時間短；

c. 相當經濟的加工工藝；

d. 無塑性應變；

e. 高精度加工復雜的幾何形狀。

實驗

選用的銅材料為電解韌性瀝青高導電銅，化學成分為99.90%銅、0.005%鉛和0.001%鉍。材料硬度為55HV。試樣厚度為1毫米，切割尺寸為20毫米×100毫米。在超聲波清洗機中清洗樣品以去除化學和顆粒污染物，如油、蠟、油脂、鐵銹、氧化物和污垢。制備的清洗溶液是蒸餾水和添加的%1鹽酸的混合物。清洗過程在40℃下完成25分鐘。用自來水沖洗清潔過的樣品，隨后通過在清潔過的表面上滴水進行檢查。均勻、連續的水膜覆蓋在清潔過的表面上表明表面清潔是充分的。

氯化銅提供快速化學蝕刻。它具有易于再生的優點。銅的溶解能力也高于三氯化鐵，即。實際應用中約為150克/升。它不像三氯化鐵那樣產生污泥。因此，與三氯化鐵相比，這種蝕刻劑似乎是更經濟的銅蝕刻劑.文獻調查提到，盡管氯化銅的蝕刻速率低于三氯化鐵，但它更適合銅銅合金的蝕刻。

氨堿性蝕刻劑已于20世紀70年代初在工業上引入。這些蝕刻劑的化學反應比三氯化鐵和氯化銅蝕刻劑更復雜。它們可以溶解高達225克/升的銅，并提供更高的蝕刻速率。大多數蝕刻劑都是專有配方，細節很難獲得。蝕刻劑的穩定性至關重要。蝕刻過程是閉環系統，需要投資.可以回收生成的蝕刻劑和蝕刻的銅。

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圖。3.蝕刻劑對表面粗糙度的影響。

實驗結果

重要的是找到所選銅材料與蝕刻劑的化學反應。在化學蝕刻過程中，每種蝕刻劑的反應不同。銅與三氯化鐵的化學反應如下:

三氯化鐵+銅→二氯化鐵+氯化銅

銅被鐵離子氧化，形成氯化亞銅和氯化亞鐵。氯化亞銅在蝕刻劑溶液中進一步氧化生成氯化亞銅，如下所示:

氯化鐵+氯化亞銅→氯化鐵+氯化亞銅 生成的氯化銅本身也與銅反應，形成如下所示的氯化銅:

氯化銅+銅→氯化銅

氯化銅與銅的化學反應更簡單。當氯化亞銅形成時，銅表面受到氯化亞銅的侵蝕。蝕刻溶液在進一步的化學蝕刻過程中無效。

氯化銅+銅→氯化銅

使用三氯化鐵蝕刻劑進行銅的化學蝕刻會產生復雜的化學反應，并提供Fe2+、Cu2+和銅離子，但使用氯化銅只會產生銅離子。這是化學蝕刻工藝后廢蝕刻劑再生的主要因素。如果廢蝕刻劑簡單，那么任何廢蝕刻劑的再生都是容易且經濟的。從這一點來看，氯化銅似乎更適合化學蝕刻銅。

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圖。4.蝕刻銅質量的數量與。蝕刻時間。

結論

本研究調查了兩種廣泛使用的蝕刻劑(三氯化鐵和氯化銅)對銅的化學蝕刻。實驗結果可以歸納如下:

a.化學蝕刻速率是任何材料加工的重要因素。使用三氯化鐵獲得的最高化學蝕刻速率.這將使加工時間更長。

b.表面粗糙度是另一個需要考慮的因素，特別是在材料重量減輕的情況下。與三氯化鐵相比，氯化亞銅產生了最平滑的表面質量。

c.比較溶解的銅量，得出在相同的蝕刻劑體積和蝕刻時間下，三氯化鐵比氯化銅蝕刻更多的銅。這意味著用于銅蝕刻的三氯化鐵蝕刻劑的延長蝕刻時間會更長。

d.研究了銅與選定蝕刻劑的化學反應，結果表明氯化銅比三氯化鐵反應更簡單。該結論是舊蝕刻劑再生過程的有效參數。這將使再生過程更容易和更經濟。