专利名称：一种电化学蚀刻液及蚀刻方法
技术领域：
本发明是关于一种蚀刻液及蚀刻方法，尤其是关于一种电化学蚀刻液及 蚀刻方法。
背景技术：
蚀刻的原理是利用化学溶液对金属的腐蚀作用将不需要的金属快速溶 解除去。蚀刻的基本过程是将所需图片摄制成底片后，在曝光台经紫外线照 射曝光，将图案印在涂有感光材料的丝网中，再用丝网漏印法将图案印在金 属表面上，用蚀刻液进行选择性腐蚀，再经去膜、阳极氧化、清洗、干燥后， 即得表面具有图文的金属材料，根据所需还可以进一步在金属表面喷涂保护 膜。这种蚀刻的方法被广泛用于制造业以及装潢业中金属表面的处理。例如， 可以用于手机面板的制作、广告牌的制作以及刻花铝板的制作等。目前，已有的蚀刻液主要是针对不锈钢、铜、镍等金属微细加工的化学 蚀刻液，而用于铝以及铝合金的化学蚀刻液比较少。以往使用由磷酸和硝酸 组成的水溶液作为蚀刻液，但是这种蚀刻液蚀刻速度慢，并且蚀刻中会形成 "黄烟"等有害气体。CN 1058999A公开了一种铝板表面的化学蚀刻方法，该方法选用了 0.2-0.6%的氢氟酸作为蚀刻液进行蚀刻。但是该方法中所使用的氢氟酸对环 境的影响较大，而且容易损害操作人员的健康。CN 1743507A中公开了一种用于铝及铝合金的化学蚀刻液，其特征在 于，该蚀刻液由盐酸、硫酸、磷酸和水所组成。该方法不存在对环境以及操 作人员的危害，但是，该方法的蚀刻速度仍然较慢，在工业化大批量生产时， 效率较低，而且用该蚀刻液进行蚀刻时，对于厚度较小的铝板进行蚀刻时侧
蚀现象较小，但是随着铝板厚度的增加，侧蚀现象也相应变得严重。因此， 对厚度较大的铝材处理起来比较困难，效果不佳。发明内容本发明的目的是为了克服现有电化学蚀刻液蚀刻速度慢、蚀刻厚度较大 的铝材时侧蚀现象严重的缺点，提供一种蚀刻速度快、侧蚀现象小的电化学 蚀刻液。本发明的另外一个目的是提供一种铝以及铝合金的电化学蚀刻方法。 本发明的发明人经研究发现，通过在磷酸以及硫酸的混合水溶液中加入 适量的表面活性剂，得到蚀刻液，以该蚀刻液作为电解液，进行电化学蚀刻， 能使得蚀刻速度明显加快，侧蚀现象减小，尤其是对于厚度较大的铝板。本发明提供了一种电化学蚀刻液，该蚀刻液含有硫酸、磷酸和水，以蚀刻液的总重量为基准，所述硫酸的含量为10-50重量％，所述磷酸的含量为 30-70重量％，余量为水，其中，该蚀刻液还含有阴离子表面活性剂，以蚀 刻液的总重量为基准，所述阴离子表面活性剂的含量为重量0.1-3重量％。本发明还提供了一种铝以及铝合金的电化学蚀刻方法，其中，该方法以 铝或铝合金材料为阳极，以铅板为阴极，将所述阳极和阴极置于蚀刻液中， 进行电解蚀刻，所述蚀刻液为本发明提供的蚀刻液。本发明提供的电化学蚀刻液以及蚀刻方法大大加快了蚀刻的速度，例 如，采用本发明的蚀刻液对铝或铝合金表面进行电化学蚀刻时，蚀刻速度达 到600微米/分钟以上，而采用现有技术的蚀刻方法的蚀刻速度仅为50微米/ 分钟。另外，采用本发明的蚀刻液进行电化学蚀刻时，侧蚀现象较小，例如， 釆用现有技术的蚀刻方法进行蚀刻至深度为1.8毫米时，保留层由原宽度的 2厘米侧蚀至1.58厘米，侧蚀现象严重；而采用本发明提供的电化学蚀刻液 以及蚀刻方法，保留层均保持在1.94厘米以上。因此，采用本发明提供的蚀
刻液以及蚀刻方法能明显减少侧蚀现象的发生。 具体卖施方式根据本发明，所述蚀刻液为含有硫酸和磷酸的水溶液，其中，该蚀刻液 中还含有表面活性剂。所述表面活性剂可以是常规的各种表面活性剂。本发明优选为阴离子表 面活性剂。所述阴离子表面活性剂，例如可以是十二烷基苯磺酸钠、十二垸 基苯磺酸、脂肪醇硫酸钠、脂肪醇硫酸、十二烷基硫酸钠、十二烷基硫酸中 的一种或几种。所述阴离子表面活性剂进一步优选为十二垸基苯磺酸钠和/ 或十二烷基苯磺酸。以蚀刻液的总量为基准，所述表面活性剂的含量为0.1-5重量％，优选为0.1-1重量％。本发明中，所述硫酸和磷酸均可商购得到。以蚀刻液的总量为基准，所述硫酸的含量可以是10-50重量％，优选为10-30重量。％。以蚀刻液的总重 量为基准，所述磷酸的含量可以是30-70重量％，优选为30-60重量％。优选情况下，所述蚀刻液还含有缓释剂。所述缓释剂为水溶性磷酸盐和 /或水溶性草酸盐。例如，可以是磷酸钠、磷酸钾、草酸钠、草酸钾中的一种 或几种。以蚀刻液的总量为基准，所述缓释剂的含量为1-10重量％，优选 为3-5重量％。所述缓释剂能稳定蚀刻溶液的游离态氢离子浓度，从而平衡 溶液pH值，使得蚀刻更加稳定，减小侧蚀。本发明提供的蚀刻液的制备方法包括将表面活性剂溶解在水中溶解，再 与硫酸以及磷酸混合均匀即可。由于硫酸与水接触会产生大量的热，因此， 优选将硫酸缓慢加入到含有表面活性剂的水溶液中。另外，优选情况下，还 包括在蚀刻液中加入缓释剂，所述缓释剂优选在加硫酸之前，先在水中溶解。根据本发明，所述电化学蚀刻的方法是以铝或铝合金材料为阳极，以铅 板为阴极，将所述阳极和阴极置于蚀刻液中，进行电解蚀刻。其中，所述电
解蚀刻的电源为直流电源，电流可以是5.0A/dm、15.0A/dm2。所述蚀刻可以 在常温下进行，但在加热下进行蚀刻速度更快，因此，优选所述蚀刻的蚀刻 液温度为40-70°C。所述蚀刻的时间根据所需蚀刻深度、蚀刻液温度、蚀刻 剂的量的不同而不同， 一般蚀刻l-5分钟即可。 下面通过实施例来详细地描述本发明。本发明实施例以及对比例所用铝板均为方圆厂产厚度为0.3厘米的镜面 铝板，裁减后试验用铝片长度为8厘米，宽度为6厘米。实施例1本实施例说明本发明提供的电化学蚀刻液以及蚀刻方法。将0.7克十二垸基磺酸钠溶解到20毫升的水中，然后缓缓加入107克的 硫酸(浓度为98%，化学纯)，573克的磷酸(浓度为55%，化学纯)，混合均匀， 即得蚀刻液。该蚀刻液中硫酸的含量为15重量％，磷酸的含量为45重量Q^， 十二垸基磺酸钠的含量为0.1重量％。将该蚀刻液置于电解槽中，用水浴加热电解槽使蚀刻液保持在4(TC，以 铝板为阳极，铅板为阴极，将阳极和阴极置于蚀刻液中，将直流电源的电流 设置为10A/dm2，然后接通电源进行蚀刻，观察并记录铝板蚀穿的时间，并 计算蚀刻速度，结果见表l所示。其中，蚀刻速度=铝板厚度/蚀穿时间对比例1本对比例说明现有技术提供的电化学蚀刻液以及蚀刻方法。以CN 1743507A中的实施例1作为本发明的对比例，不同的是，所用的铝板为本发明实施例l所用的铝板。观察并记录铝板蚀穿的时间，并计算蚀刻速度，结果见表l所示。 实施例2本实施例说明本发明提供的电化学蚀刻液以及蚀刻方法。 将2.1克十二垸基磺酸溶解到38毫升的水中，然后缓缓加入178克的硫 酸(浓度为98%,化学纯)，382克的磷酸(浓度为55%，化学纯)，混合均匀， 即得蚀刻液。该蚀刻液中硫酸的含量为25重量％，磷酸的含量为30重量％， 十二垸基磺酸的含量为0.3重量0%。将该蚀刻液置于电解槽中，用水浴加热电解槽使蚀刻液保持在5(TC，以 铝板为阳极，铅板为阴极，将阳极和阴极置于蚀刻液中，将直流电源的电流 设置为12A/dm2，然后接通电源进行蚀刻，观察并记录铝板蚀穿的时间，并 计算蚀刻速度，结果见表l所示。实施例3本实施例说明本发明提供的电化学蚀刻液以及蚀刻方法。 将3.5克十二烷基磺酸钠溶解到20毫升的水中，然后缓缓加入200克的 硫酸(浓度为98%，化学纯)，509克的磷酸(浓度为40%，化学纯)，混合均匀， 即得蚀刻液。该蚀刻液中硫酸的含量为20重量％，磷酸的含量为40重量％， 十二烷基磺酸钠的含量为0.5重量％。将该蚀刻液置于电解槽中，用水浴加热电解槽使蚀刻液保持在60。C，以 铝板为阳极，铅板为阴极，将阳极和阴极置于蚀刻液中，将直流电源的电流 设置为8A/dm2，然后接通电源进行蚀刻，观察并记录铝板蚀穿的时间，并 计算蚀刻速度，结果见表l所示。
表l实施例编号实施例1对比例1实施例2实施例3蚀穿时间(分钟)5604.74.5蚀刻速度(微米/分钟)60050638.3666.7从表1可以看出，实施例1-3的蚀刻方法的蚀刻速度要大大高于对比例1。实施例4本实施例说明本发明提供的的电化学蚀刻液以及蚀刻方法的抗侧蚀性能。按照实施例1的方法进行蚀刻，不同的是在所述铝板中间设置长度为3 厘米，宽度为2厘米的保留层，上面涂布抗酸层，然后置于蚀刻液中进行蚀 刻，蚀刻深度为0.6毫米。然后除去抗酸层，用游标卡尺测量保留层宽度处 的最窄长度。再按照上述相同的方法，另取2个铝板，蚀刻深度分别为1.2 毫米和1.8毫米，用游标卡尺测量保留层宽度处的最窄长度。结果如表2所对比例2本实施例说明现有技术提供的的电化学蚀刻液以及蚀刻方法的抗侧蚀 性能。按照对比例1的方法进行蚀刻，不同的是在所述铝板中间设置长度为3 厘米，宽度为2厘米的保留层，上面涂布抗酸层，然后置于蚀刻液中进行蚀 刻，蚀刻时间为20分钟。然后除去抗酸层，用游标卡尺测量保留层宽度处 的最窄长度。再按照上述相同的方法，另取2个铝板，分别蚀刻2分钟，3 分钟后，用游标卡尺测量保留层宽度处的最窄长度。结果如表2所示。
实施例5本实施例说明本发明提供的的电化学蚀刻液以及蚀刻方法的抗侧蚀性能。按照实施例2的方法进行蚀刻，不同的是在所述铝板中间设置长度为3 厘米，宽度为2厘米的保留层，上面涂布抗酸层，然后置于蚀刻液中进行蚀 刻，蚀刻时间为2分钟。然后除去抗酸层，用游标卡尺测量保留层宽度处的 最窄长度。再按照上述相同的方法，另取2个铝板，分别蚀刻2分钟，3分 钟后，用游标卡尺测量保留层宽度处的最窄长度。结果如表2所示。实施例6本实施例说明本发明提供的的电化学蚀刻液以及蚀刻方法的抗侧蚀性能。按照实施例3的方法进行蚀刻，不同的是在所述铝板中间设置长度为3 厘米，宽度为2厘米的保留层，上面涂布抗酸层，然后置于蚀刻液中进行蚀 刻，蚀刻时间为2分钟。然后除去抗酸层，用游标卡尺测量保留层宽度处的 最窄长度。再按照上述相同的方法，另取2个铝板，分别蚀刻2分钟，3分 钟后，用游标卡尺测量保留层宽度处的最窄长度。结果如表2所示。表2实施例编号实施例4对比例2实施例5实施例6原宽度(厘米)2222蚀刻至深度为0.6毫米后 宽度处的最窄长度(厘米)1.981.711.991.99蚀刻至深度为1.2毫米后 宽度处的最窄长度(厘米)1.971.641.951.96蚀刻至深度为1.8毫米后 宽度处的最窄长度(厘米)1.951.581.941.95
从表2可以看出，当蚀刻深度为0.6毫米时，对比例2的保留层由原宽 度的2厘米侧蚀至1.71厘米，而实施例4-6的保留层宽度均在1.98厘米以 上；当当蚀刻深度为1.2毫米时，对比例2的保留层由原宽度的2厘米侧蚀 至1.64厘米，而实施例4-6的保留层宽度均在1.95厘米以上；当蚀刻深度 为1.8毫米时，对比例2的保留层由原宽度的2厘米侧蚀至1.58厘米，而实 施例4-6的保留层宽度均在1.94厘米以上。因此，采用本发明提供的蚀刻液以及蚀刻方法能明显减少侧蚀现象的发生。
权利要求
1. 一种电化学蚀刻液，该蚀刻液为含有硫酸和磷酸的水溶液，其特征在于，该蚀刻液中还含有表面活性剂。
2、 根据权利要求1所述的蚀刻液，其中，以蚀刻液的总量为基准，所 述硫酸的含量为10-50重量％，所述磷酸的含量为30-70重量％，所述表面 活性剂的含量为重量0.1-5重量％。
3、 根据权利要求2所述的蚀刻液，其中，以蚀刻液的总量为基准，所 述硫酸的含量为10-30重量％，所述磷酸的含量为30-60重量％，所述表面 活性剂的含量为0.1-1重量％。
4、 根据权利要求1-3中任意一项所述的蚀刻液，其中，所述表面活性 剂为阴离子表面活性剂。
5、 根据权利要求4所述的蚀刻液，其中，所述阴离子表面活性剂为十 二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸、脂肪醇硫酸钠、脂肪醇硫酸、十二烷基 硫酸钠、十二烷基硫酸中的一种或几种。
6、 根据权利要求5所述的蚀刻液，其中，所述阴离子表面活性剂为十 二烷基苯磺酸钠和/或十二烷基苯磺酸。
7、 根据权利要求1所述的蚀刻液，其中，所述蚀刻液还含有缓释剂， 所述缓释剂为水溶性磷酸盐和/或水溶性草酸盐，以蚀刻液的总量为基准，所 述缓释剂的含量为1-10重量％。
8、 根据权利要求7所述的蚀刻液，其中，所述缓释剂为磷酸钠、磷酸 钾、草酸钠、草酸钾中的一种或几种。
9、 一种铝以及铝合金的电化学蚀刻方法，其特征在于，该方法以铝或 铝合金材料为阳极，以铅板为阴极，将所述阳极和阴极置于蚀刻液中，进行电解蚀刻，所述蚀刻液为权利1-8中任意一项所述的蚀刻液。
10、 根据权利要求9所述的方法，其中，所述电解蚀刻的电源为直流电 源，电流大小为5.0A/dm2-15.0A/dm2，所述蚀刻液温度为40-70°C,蚀刻时 间为1-5分钟。
全文摘要
一种电化学蚀刻液，该蚀刻液为含有硫酸和磷酸的水溶液，其中，该蚀刻液中还含有表面活性剂。本发明提供的电化学蚀刻液以及蚀刻方法大大加快了蚀刻的速度，减少了侧蚀现象的发生。
文档编号C25F3/04GK101210340SQ20061017261
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月30日 优先权日2006年12月30日
发明者清 宫, 学 秦, 梁 陈 申请人:比亚迪股份有限公司