Текст ФХОТЭС часть 1-2 для 2015 (1245610), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Пергидролевые травители представляют собой смеси пероксида водорода Н₂О₂ с водой различных концентра­ций (обычно от 5 до 30 % Н₂О₂ ). Травление проводят при темпе­ратуре кипения. После обработки в таком травителе пластины германия имеют матовую поверхность.

Щелочные травители в основном используются для увеличения скорости травления и состоят из смеси пероксида водорода и щелочи (КОН, NaOH).

Кислотные травители, наиболее широко применяе­мые для травления германия, состоят из определенного количе­ства азотной, плавиковой (фтористоводородной) и уксусной кислот, а также различных добавок. Так, для обработки поверх­ности пластин германия, имеющих кристаллографическую ориентацию (100), применяют травильную смесь из 10 мл азотной, 5 мл плавиковой и 10 мл уксусной кислот. Для получе­ния полированной (зеркальной) поверхности используют смесь, состоящую из 25 мл азотной, 15 мл плавиковой, 15 мл уксусной кислот и 0,3 мл раствора брома. Для выявления p-n-перехода или дислокаций используют смесь из азотной и плавиковой кислот, взятых в соотношении 3:1. При обработке пластин, имеющих ориентацию (111), применяют травитель, состоящий из 50 мл азотной, 10 мл плавиковой кислот, 5 мл воды и 200 мг AgN0₃. Зеркальную поверхность германия получают также, используя травильную смесь, содержащую азотную и плавико­вую кислоты, смешанные с 10%-ным раствором Сu(NО₃)_2.

Травители для кремния бывают щелочными и кислотными. Разновидностью их являются анизотропные травители.

Щелочные травители (смеси водных растворов КОН и NaOH, имеющие концентрацию от 1 до 30 %) используют для получения шероховатой (матовой) поверхности и анизо­тропного (избирательного) травления.

Кислотные травители (смесь азотной и плавико­вой кислот) обладают полирующим действием и создают зер­кальную поверхность. Максимальную скорость травления полу­чают при соотношениях НNО₃ : HF = 2:9. Для замедления ско­рости травления кремния в такую травильную смесь вводят ук­сусную кислоту. Для выявления дислокаций используют смесь азотной, плавиковой и уксусной кислот в соотношении 2:9:4.

Анизотропный травитель, состоящий из 250 г гидроокиси калия, 800 мл воды, 25 мл пропанола, 25 мл бутанола и 0,5 г кремния, обладает высокой, низкой и промежуточной скоростями травления соответственно в направлениях кристал­лографических плоскостей (100), (111) и (110). Добавка крем­ния в этот травитель позволяет контролировать процесс. Финиш­ную обработку пластин кремния непосредственно перед процес­сом окисления или эпитаксиального наращивания проводят, ис­пользуя следующие смеси: Н₂О₂ : Н₂SО₄ : Н₂О = 1:1:3; Н₂О₂ : NН₃ : NН₄ОH : Н₂О = 1:1:2; Н₂О₂ : NН₄ОH : Н₂О = 1:1:3.

Травители для материалов типа А^ШВ^V представляют собой смеси кислот. Так, для травления арсенида галлия используют смесь азотной, соляной кислот и воды, взятых в соотношении 1: 2:2, а антимонида галлия - смесь азотной и плавиковой кис­лот, взятых в соотношении 9:5. Обработку арсенида индия про­водят в смеси азотной, плавиковой и уксусной кислот, взятых в соотношении 10:3:3.

Травители для материалов типа А^IIВ^VI представляют собой смеси различных химических веществ. Так, для обработки CdS используют смесь из 1 мл серной кислоты, 100 мл воды и 0-08 г оксида хрома СгО₃, а для обработки ZnS можно применять ки­пящий раствор концентрированной азотной кислоты.

Травители для защитных SiO₂ и Si₃N₄ и тонких металли­ческих пленок имеют различные составы. Так, пленки SiO₂ хорошо травятся в плавиковой кислоте, однако ее не применяют из-за малого содержания ионов фтора, а используют буферные травители, состоящие из HF, NH₄F и Н₂О, взятых в соотноше­нии 2:9:2. Пленки Si₃N₄ хорошо травятся в кипящей фосфор­ной кислоте, концентрированной плавиковой кислоте и буфер­ном травителе.

Пленки меди травят в смеси серной, азотной кислот и хлор­ного железа. Кислоты берут в соотношении от 2 :1 до 1 : 2. При этом следует учитывать, что азотная кислота ускоряет процесс травления, а серная - замедляет.

Пленки алюминия можно травить в 10-20 %-ных щелочных растворах КОН и NaOH с добавками NaCl, NaNO₃, Na₃PO₄, Na₂CO₃. Для кислотного травления пленок алюминия использу­ют составы на основе серной, ортофосфорной и плавиковой кислот, например травитель, содержащий 65 г СrО₃, 350 г Н₂S0₄ и 1000 г воды. Для травления алюминиевых пленок используют также смеси на основе хлорного железа: FеС1₃ : НCl = 10:1.

Пленки серебра хорошо травятся в концентрированных азот­ной и серной кислотах. В качестве сильного травителя приме­няют смеси азотной и серной кислот, взятых в соотношении 1:1. Более мягкие травители для серебра - 10-30%-ные растворы соляной кислоты, а также следующая смесь: СrО₃ : Н₂S0₄ : Н₂0 = 2 : 1 : 100.

Пленки золота травят в царской водке - смеси азотной и соляной кислот, взятых в соотношении 1 : 3.

Пленки хрома травят в смеси Н₂S0₄ : Н₂0 = 1 :1, а молиб­дена - в смеси Н₂S0₄ : НN0₃ : Н₂0 = 1 : 2 : 300.

Пленки вольфрама при комнатной температуре в соляной, азотной, серной и плавиковой кислотах не травятся. Интенсив­ное их травление происходит в смеси азотной и плавиковой кис­лот, взятых в соотношении 1:1.

Пленки никеля травят в 50 %-ной азотной кислоте, а также в следующей смеси НN0₃ : Н₂S0₄ : NaCl = 2 : 2 : 1.

Пленки тантала устойчивы к действию азотной кислоты, хромовой смеси, фосфорной и соляной кислот. Однако плави­ковая кислота и ее соли энергично реагируют с танталом.

Пленки ниобия лучше всего растворяются в смеси азотной и плавиковой кислот.

Пленки свинца растворяются в концентрированной соляной кислоте практически с постоянной скоростью. Азотная кислота реагирует со свинцом более энергично в виде разбавленных растворов.

ХИМИЧЕСКИЕ ЖИДКИЕ СМЕСИ ДЛЯ ТРАВЛЕНИЯ

(применяемые в производстве печатных плат)

Особенности жидкостного травления печатных плат

Травление печатных плат — это процесс удаления с поверхности меди окислов, что необходимо для качественного проведения последующих операций, например, покрытия. При этом происходит также выявление структуры основного металла.

Для повторения. Химическое травление металлов является окислительно-восстановительным процессом. Существует электрохимический ряд активности металлов:

K, Na, Ca, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Cr, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pt, Au

Положение металла в этом ряду характеризует его окислительно-восстановительные свойства. Чем левее расположен металл в ряду активности, тем он: а) химически более активен — легче окисляется (отдает электроны); б) обладает большими восстановительными свойствами. Каждый металл этого ряда “вытесняет” все металлы, расположенные правее его, из растворов их солей.

Любой металл, расположенный левее водорода в ряду активности, может растворяться в кислотах, т.е. восстанавливать водород:

Fe ^o + H ₂ ²⁺SO ₄^2-  Fe ²⁺ (SO ₄) ₂^2- + H ₂ ^o 

Металлы, образующие амфотерный окисел, могут растворяться в щелочах (например, это алюминий). Те вещества, которые не могут восстанавливать водород из кислот, требуют для растворения предварительного окисления. Следовательно, вопрос о растворении материалов сводится к вопросу об окислителях для них, так как травление большинства окислов не представляет трудности.

В качестве окислителей могут быть использованы кислород, галогены, ионы металлов Ме ⁿ⁺ , ионы водорода Н⁺, сложные анионы (CrO₄)^2-; (NO₃)^- и др., перекись водорода H₂O₂.

Травление окислов представляет собой обычные реакции обмена, важную роль в которых играют температура и присутствие катализаторов.

При повышении температуры уменьшается энергия активации химических процессов и становятся возможными взаимодействия, которые при рассмотрении с позиции активности металлов не должны произойти. Продукты реакции могут быть газообразными, жидкими и твердыми нерастворимыми. В последнем случае для протекания процесса травления необходимо вводить добавки, растворяющие основной продукт реакции. Удаление газообразных, жидких и твердых продуктов осуществляется простым перемешиванием раствора. Скорость процесса травления рассчитывают по формуле:

_ Е

kT

 = К С  е , где

— К - константа скорости;

— С - концентрация молекул травителя;

— Е - энергия активации процесса травления;

— k - постоянная Больцмана;

— Т - абсолютная температура, К.

В этом случае скорость травления определяется в основном, энергией активации Е. Поверхность меди и других металлов имеет нарушения и неоднородности структуры, как и полупроводники, поэтому процесс травления пойдет по типу селективного. В печатных платах это может привести к растравливанию меди, что недопустимо. Поэтому процесс переводят в полирующее травления, для чего искусственно затрудняют отвод продуктов реакции и подход ионов травителя. Тогда скорость травления становится:

_ Е

kT

_диф. = К  (С - С ₁)  е,

где — С₁ - концентрация молекул травителя у поверхности детали.

Скорость травления в этом случае ограничивается скоростью диффузии молекул травителя через разделительный слой, и избирательного растравливания материала не происходит. Так обеспечивается процесс химического полирования меди и других металлов.

Травильные растворы на основе хлорного железа

Растворы хлорного железа находят широкое применение в качестве травильных растворов для меди, медных сплавов, ковара и стали, в печатных схемах, фотогравировке и полировке металлов.

Если печатные платы имеют защитное покрытие сплавом олово-свинец, то хлорное железо применять нельзя, так как оно разрушает покрытие.

Травильный раствор на основе хлорного железа представляет собой водный раствор хлорного железа с концентрацией 400  500 г/л. Температура травления Т = 40 ^С. В травильном растворе в результате реакции гидролиза образуется свободная соляная кислота:

FeCl ₃ + 3 H ₂O = Fe (OH) ₃ + 3 HCl.

Для предотвращения образования нерастворимых осадков Fe (OH)₃ в травильный раствор обычно добавляют до 5% соляной кислоты. Добавляют также вещества, способствующие смачиванию и исключающие вспенивание травителя.

Химия процесса травления. На поверхности меди, соприкасающейся с трехвалентным железом, ион Fe ³⁺ окисляет медь до хлористой меди с образованием зеленого хлористого железа:

FeCl ₃ + Cu  FeCl ₂ + CuCl

В массе раствора хлористая медь (CuCl) далее окисляется до хлорной меди (CuCl ₂ ):

FeCl ₃ + CuCl  FeCl ₂ +CuCl ₂

Поскольку в травильном растворе образуется хлорная медь, динамическое равновесие реакции нарушается:

CuCl ₂ + Cu  2 CuCl

По мере использования, травильный раствор истощается и скорость травления резко уменьшается. Практика показала, что когда раствор содержит 60 г/л или более растворенной меди, травление настолько замедляется, что травильный раствор необходими заменить (см. рис. 2.5).

Теоретическое истощение, %

20 10 20 30 40 50 60 70

О тносительное

время травления,

мин

Характеристики

Список файлов учебной работы