一種電化學蝕刻液及蝕刻方法

2023-05-08 22:54:51 4

專利名稱：一種電化學蝕刻液及蝕刻方法
技術領域：
本發明是關於一種蝕刻液及蝕刻方法，尤其是關於一種電化學蝕刻液及 蝕刻方法。
背景技術：
蝕刻的原理是利用化學溶液對金屬的腐蝕作用將不需要的金屬快速溶 解除去。蝕刻的基本過程是將所需圖片攝製成底片後，在曝光臺經紫外線照 射曝光，將圖案印在塗有感光材料的絲網中，再用絲網漏印法將圖案印在金 屬表面上，用蝕刻液進行選擇性腐蝕，再經去膜、陽極氧化、清洗、乾燥後， 即得表面具有圖文的金屬材料，根據所需還可以進一步在金屬表面噴塗保護 膜。這種蝕刻的方法被廣泛用於製造業以及裝潢業中金屬表面的處理。例如， 可以用於手機面板的製作、廣告牌的製作以及刻花鋁板的製作等。目前，已有的蝕刻液主要是針對不鏽鋼、銅、鎳等金屬微細加工的化學 蝕刻液，而用於鋁以及鋁合金的化學蝕刻液比較少。以往使用由磷酸和硝酸 組成的水溶液作為蝕刻液，但是這種蝕刻液蝕刻速度慢，並且蝕刻中會形成 "黃煙"等有害氣體。CN 1058999A公開了一種鋁板表面的化學蝕刻方法，該方法選用了 0.2-0.6%的氫氟酸作為蝕刻液進行蝕刻。但是該方法中所使用的氫氟酸對環 境的影響較大，而且容易損害操作人員的健康。CN 1743507A中公開了一種用於鋁及鋁合金的化學蝕刻液，其特徵在 於，該蝕刻液由鹽酸、硫酸、磷酸和水所組成。該方法不存在對環境以及操 作人員的危害，但是，該方法的蝕刻速度仍然較慢，在工業化大批量生產時， 效率較低，而且用該蝕刻液進行蝕刻時，對於厚度較小的鋁板進行蝕刻時側
蝕現象較小，但是隨著鋁板厚度的增加，側蝕現象也相應變得嚴重。因此， 對厚度較大的鋁材處理起來比較困難，效果不佳。發明內容本發明的目的是為了克服現有電化學蝕刻液蝕刻速度慢、蝕刻厚度較大 的鋁材時側蝕現象嚴重的缺點，提供一種蝕刻速度快、側蝕現象小的電化學 蝕刻液。本發明的另外一個目的是提供一種鋁以及鋁合金的電化學蝕刻方法。 本發明的發明人經研究發現，通過在磷酸以及硫酸的混合水溶液中加入 適量的表面活性劑，得到蝕刻液，以該蝕刻液作為電解液，進行電化學蝕刻， 能使得蝕刻速度明顯加快，側蝕現象減小，尤其是對於厚度較大的鋁板。本發明提供了一種電化學蝕刻液，該蝕刻液含有硫酸、磷酸和水，以蝕刻液的總重量為基準，所述硫酸的含量為10-50重量％，所述磷酸的含量為 30-70重量％，餘量為水，其中，該蝕刻液還含有陰離子表面活性劑，以蝕 刻液的總重量為基準，所述陰離子表面活性劑的含量為重量0.1-3重量％。本發明還提供了一種鋁以及鋁合金的電化學蝕刻方法，其中，該方法以 鋁或鋁合金材料為陽極，以鉛板為陰極，將所述陽極和陰極置於蝕刻液中， 進行電解蝕刻，所述蝕刻液為本發明提供的蝕刻液。本發明提供的電化學蝕刻液以及蝕刻方法大大加快了蝕刻的速度，例 如，採用本發明的蝕刻液對鋁或鋁合金表面進行電化學蝕刻時，蝕刻速度達 到600微米/分鐘以上，而採用現有技術的蝕刻方法的蝕刻速度僅為50微米/ 分鐘。另外，採用本發明的蝕刻液進行電化學蝕刻時，側蝕現象較小，例如， 釆用現有技術的蝕刻方法進行蝕刻至深度為1.8毫米時，保留層由原寬度的 2釐米側蝕至1.58釐米，側蝕現象嚴重；而採用本發明提供的電化學蝕刻液 以及蝕刻方法，保留層均保持在1.94釐米以上。因此，採用本發明提供的蝕
刻液以及蝕刻方法能明顯減少側蝕現象的發生。 具體賣施方式根據本發明，所述蝕刻液為含有硫酸和磷酸的水溶液，其中，該蝕刻液 中還含有表面活性劑。所述表面活性劑可以是常規的各種表面活性劑。本發明優選為陰離子表 面活性劑。所述陰離子表面活性劑，例如可以是十二烷基苯磺酸鈉、十二垸 基苯磺酸、脂肪醇硫酸鈉、脂肪醇硫酸、十二烷基硫酸鈉、十二烷基硫酸中 的一種或幾種。所述陰離子表面活性劑進一步優選為十二垸基苯磺酸鈉和/ 或十二烷基苯磺酸。以蝕刻液的總量為基準，所述表面活性劑的含量為0.1-5重量％，優選為0.1-1重量％。本發明中，所述硫酸和磷酸均可商購得到。以蝕刻液的總量為基準，所述硫酸的含量可以是10-50重量％，優選為10-30重量。％。以蝕刻液的總重 量為基準，所述磷酸的含量可以是30-70重量％，優選為30-60重量％。優選情況下，所述蝕刻液還含有緩釋劑。所述緩釋劑為水溶性磷酸鹽和 /或水溶性草酸鹽。例如，可以是磷酸鈉、磷酸鉀、草酸鈉、草酸鉀中的一種 或幾種。以蝕刻液的總量為基準，所述緩釋劑的含量為1-10重量％，優選 為3-5重量％。所述緩釋劑能穩定蝕刻溶液的游離態氫離子濃度，從而平衡 溶液pH值，使得蝕刻更加穩定，減小側蝕。本發明提供的蝕刻液的製備方法包括將表面活性劑溶解在水中溶解，再 與硫酸以及磷酸混合均勻即可。由於硫酸與水接觸會產生大量的熱，因此， 優選將硫酸緩慢加入到含有表面活性劑的水溶液中。另外，優選情況下，還 包括在蝕刻液中加入緩釋劑，所述緩釋劑優選在加硫酸之前，先在水中溶解。根據本發明，所述電化學蝕刻的方法是以鋁或鋁合金材料為陽極，以鉛 板為陰極，將所述陽極和陰極置於蝕刻液中，進行電解蝕刻。其中，所述電
解蝕刻的電源為直流電源，電流可以是5.0A/dm、15.0A/dm2。所述蝕刻可以 在常溫下進行，但在加熱下進行蝕刻速度更快，因此，優選所述蝕刻的蝕刻 液溫度為40-70°C。所述蝕刻的時間根據所需蝕刻深度、蝕刻液溫度、蝕刻 劑的量的不同而不同， 一般蝕刻l-5分鐘即可。 下面通過實施例來詳細地描述本發明。本發明實施例以及對比例所用鋁板均為方圓廠產厚度為0.3釐米的鏡面 鋁板，裁減後試驗用鋁片長度為8釐米，寬度為6釐米。實施例1本實施例說明本發明提供的電化學蝕刻液以及蝕刻方法。將0.7克十二垸基磺酸鈉溶解到20毫升的水中，然後緩緩加入107克的 硫酸(濃度為98%，化學純)，573克的磷酸(濃度為55%，化學純)，混合均勻， 即得蝕刻液。該蝕刻液中硫酸的含量為15重量％，磷酸的含量為45重量Q^， 十二垸基磺酸鈉的含量為0.1重量％。將該蝕刻液置於電解槽中，用水浴加熱電解槽使蝕刻液保持在4(TC，以 鋁板為陽極，鉛板為陰極，將陽極和陰極置於蝕刻液中，將直流電源的電流 設置為10A/dm2，然後接通電源進行蝕刻，觀察並記錄鋁板蝕穿的時間，並 計算蝕刻速度，結果見表l所示。其中，蝕刻速度=鋁板厚度/蝕穿時間對比例1本對比例說明現有技術提供的電化學蝕刻液以及蝕刻方法。以CN 1743507A中的實施例1作為本發明的對比例，不同的是，所用的鋁板為本發明實施例l所用的鋁板。觀察並記錄鋁板蝕穿的時間，並計算蝕刻速度，結果見表l所示。 實施例2本實施例說明本發明提供的電化學蝕刻液以及蝕刻方法。 將2.1克十二垸基磺酸溶解到38毫升的水中，然後緩緩加入178克的硫 酸(濃度為98%,化學純)，382克的磷酸(濃度為55%，化學純)，混合均勻， 即得蝕刻液。該蝕刻液中硫酸的含量為25重量％，磷酸的含量為30重量％， 十二垸基磺酸的含量為0.3重量0%。將該蝕刻液置於電解槽中，用水浴加熱電解槽使蝕刻液保持在5(TC，以 鋁板為陽極，鉛板為陰極，將陽極和陰極置於蝕刻液中，將直流電源的電流 設置為12A/dm2，然後接通電源進行蝕刻，觀察並記錄鋁板蝕穿的時間，並 計算蝕刻速度，結果見表l所示。實施例3本實施例說明本發明提供的電化學蝕刻液以及蝕刻方法。 將3.5克十二烷基磺酸鈉溶解到20毫升的水中，然後緩緩加入200克的 硫酸(濃度為98%，化學純)，509克的磷酸(濃度為40%，化學純)，混合均勻， 即得蝕刻液。該蝕刻液中硫酸的含量為20重量％，磷酸的含量為40重量％， 十二烷基磺酸鈉的含量為0.5重量％。將該蝕刻液置於電解槽中，用水浴加熱電解槽使蝕刻液保持在60。C，以 鋁板為陽極，鉛板為陰極，將陽極和陰極置於蝕刻液中，將直流電源的電流 設置為8A/dm2，然後接通電源進行蝕刻，觀察並記錄鋁板蝕穿的時間，並 計算蝕刻速度，結果見表l所示。
表l實施例編號實施例1對比例1實施例2實施例3蝕穿時間(分鐘)5604.74.5蝕刻速度(微米/分鐘)60050638.3666.7從表1可以看出，實施例1-3的蝕刻方法的蝕刻速度要大大高於對比例1。實施例4本實施例說明本發明提供的的電化學蝕刻液以及蝕刻方法的抗側蝕性能。按照實施例1的方法進行蝕刻，不同的是在所述鋁板中間設置長度為3 釐米，寬度為2釐米的保留層，上面塗布抗酸層，然後置於蝕刻液中進行蝕 刻，蝕刻深度為0.6毫米。然後除去抗酸層，用遊標卡尺測量保留層寬度處 的最窄長度。再按照上述相同的方法，另取2個鋁板，蝕刻深度分別為1.2 毫米和1.8毫米，用遊標卡尺測量保留層寬度處的最窄長度。結果如表2所對比例2本實施例說明現有技術提供的的電化學蝕刻液以及蝕刻方法的抗側蝕 性能。按照對比例1的方法進行蝕刻，不同的是在所述鋁板中間設置長度為3 釐米，寬度為2釐米的保留層，上面塗布抗酸層，然後置於蝕刻液中進行蝕 刻，蝕刻時間為20分鐘。然後除去抗酸層，用遊標卡尺測量保留層寬度處 的最窄長度。再按照上述相同的方法，另取2個鋁板，分別蝕刻2分鐘，3 分鐘後，用遊標卡尺測量保留層寬度處的最窄長度。結果如表2所示。
實施例5本實施例說明本發明提供的的電化學蝕刻液以及蝕刻方法的抗側蝕性能。按照實施例2的方法進行蝕刻，不同的是在所述鋁板中間設置長度為3 釐米，寬度為2釐米的保留層，上面塗布抗酸層，然後置於蝕刻液中進行蝕 刻，蝕刻時間為2分鐘。然後除去抗酸層，用遊標卡尺測量保留層寬度處的 最窄長度。再按照上述相同的方法，另取2個鋁板，分別蝕刻2分鐘，3分 鍾後，用遊標卡尺測量保留層寬度處的最窄長度。結果如表2所示。實施例6本實施例說明本發明提供的的電化學蝕刻液以及蝕刻方法的抗側蝕性能。按照實施例3的方法進行蝕刻，不同的是在所述鋁板中間設置長度為3 釐米，寬度為2釐米的保留層，上面塗布抗酸層，然後置於蝕刻液中進行蝕 刻，蝕刻時間為2分鐘。然後除去抗酸層，用遊標卡尺測量保留層寬度處的 最窄長度。再按照上述相同的方法，另取2個鋁板，分別蝕刻2分鐘，3分 鍾後，用遊標卡尺測量保留層寬度處的最窄長度。結果如表2所示。表2實施例編號實施例4對比例2實施例5實施例6原寬度(釐米)2222蝕刻至深度為0.6毫米後 寬度處的最窄長度(釐米)1.981.711.991.99蝕刻至深度為1.2毫米後 寬度處的最窄長度(釐米)1.971.641.951.96蝕刻至深度為1.8毫米後 寬度處的最窄長度(釐米)1.951.581.941.95
從表2可以看出，當蝕刻深度為0.6毫米時，對比例2的保留層由原寬 度的2釐米側蝕至1.71釐米，而實施例4-6的保留層寬度均在1.98釐米以 上；噹噹蝕刻深度為1.2毫米時，對比例2的保留層由原寬度的2釐米側蝕 至1.64釐米，而實施例4-6的保留層寬度均在1.95釐米以上；當蝕刻深度 為1.8毫米時，對比例2的保留層由原寬度的2釐米側蝕至1.58釐米，而實 施例4-6的保留層寬度均在1.94釐米以上。因此，採用本發明提供的蝕刻液以及蝕刻方法能明顯減少側蝕現象的發生。
權利要求
1. 一種電化學蝕刻液，該蝕刻液為含有硫酸和磷酸的水溶液，其特徵在於，該蝕刻液中還含有表面活性劑。
2、 根據權利要求1所述的蝕刻液，其中，以蝕刻液的總量為基準，所 述硫酸的含量為10-50重量％，所述磷酸的含量為30-70重量％，所述表面 活性劑的含量為重量0.1-5重量％。
3、 根據權利要求2所述的蝕刻液，其中，以蝕刻液的總量為基準，所 述硫酸的含量為10-30重量％，所述磷酸的含量為30-60重量％，所述表面 活性劑的含量為0.1-1重量％。
4、 根據權利要求1-3中任意一項所述的蝕刻液，其中，所述表面活性 劑為陰離子表面活性劑。
5、 根據權利要求4所述的蝕刻液，其中，所述陰離子表面活性劑為十 二烷基苯磺酸鈉、十二烷基苯磺酸、脂肪醇硫酸鈉、脂肪醇硫酸、十二烷基 硫酸鈉、十二烷基硫酸中的一種或幾種。
6、 根據權利要求5所述的蝕刻液，其中，所述陰離子表面活性劑為十 二烷基苯磺酸鈉和/或十二烷基苯磺酸。
7、 根據權利要求1所述的蝕刻液，其中，所述蝕刻液還含有緩釋劑， 所述緩釋劑為水溶性磷酸鹽和/或水溶性草酸鹽，以蝕刻液的總量為基準，所 述緩釋劑的含量為1-10重量％。
8、 根據權利要求7所述的蝕刻液，其中，所述緩釋劑為磷酸鈉、磷酸 鉀、草酸鈉、草酸鉀中的一種或幾種。
9、 一種鋁以及鋁合金的電化學蝕刻方法，其特徵在於，該方法以鋁或 鋁合金材料為陽極，以鉛板為陰極，將所述陽極和陰極置於蝕刻液中，進行電解蝕刻，所述蝕刻液為權利1-8中任意一項所述的蝕刻液。
10、 根據權利要求9所述的方法，其中，所述電解蝕刻的電源為直流電 源，電流大小為5.0A/dm2-15.0A/dm2，所述蝕刻液溫度為40-70°C,蝕刻時 間為1-5分鐘。
全文摘要
一種電化學蝕刻液，該蝕刻液為含有硫酸和磷酸的水溶液，其中，該蝕刻液中還含有表面活性劑。本發明提供的電化學蝕刻液以及蝕刻方法大大加快了蝕刻的速度，減少了側蝕現象的發生。
文檔編號C25F3/04GK101210340SQ20061017261
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月30日 優先權日2006年12月30日
發明者清 宮, 學 秦, 梁 陳 申請人:比亞迪股份有限公司