Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Химическая и электрохимическая металлизация



 

Химическая металлизация ПП ис­пользуется в качестве подслоя для на­несения основного слоя токопроводящего рисунка гальваническим спосо­бом при субтрактивном полуаддитив­ном методе или основного слоя при изготовлении плат аддитивным мето­дом. Толщина слоя химической меди должна составлять 0, 25 – 1, 0 мкм, по­крытие должно быть однородным, пластичным, хорошо сцепленным с диэлектриком.

Для придания диэлектрику способ­ности к металлизации проводят такие подготовительные операции, как сен­сибилизация и активация поверхности.

Сенсибилизация (от лат. sensibilis – чувствительный) имеет целью форми­рование на поверхности диэлектрика пленки ионов двухвалентного олова Sn2+, являющихся восстановителем для ионов активатора металлизации. Платы обрабатывают в растворе двухлористого олова и соляной кислоты в соот­ношении 1: 4 в течение 5 – 7 мин и промывают в деионизованной воде. Образование гидроксида олова проис­ходит по реакциям:

 

SnCl2 + Н2О = Sn(OH)Cl + HC1, Sn(OH)Cl + Н2О = Sn(OH)2 + НС1.

 

Электронно-микроскопические ис­следования показали, что гидроксид двухвалентного олова адсорбируется в виде отдельных участков размером порядка 10 нм на расстоянии

20 – 30 мкм друг от друга так, что им по­крывается вся поверхность диэлек­трика. Гидроксид двухвалентного оло­ва обладает сильными восстанови­тельными свойствами.

Активация поверхности диэлектри­ка проводится в растворах солей бла­городных металлов, преимущественно палладия, и способствует последую­щему осаждению меди. Активирую­щий раствор имеет следующий состав:

– 3, 5 – 4, 0 г/л PdCl2,

– 10 – 20 мл/л НС1,

– остальное – вода,

процесс осущест­вляют при температуре 40 – 50°С (рН = 3, 5 – 0, 5) в течение 5 – 7 мин.

 

Реакция восстановления палладия на диэлектрике:

 

Sn(OH)2 + PdCl2 = Pd + SnO2 + 2HC1,

 

в ионном виде: Sn2+ + Pb2+ = Sn4+ + Pb°,

на торцах контактных площадок:

 

Cu + PbCl2 = Pb + CuCl2.

 

На поверхности изоляционного ма­териала вследствие адсорбции и вос­становления палладия образуется тон­кая сетка частиц размером порядка 10 нм. Связь частиц палладия с подложкой определяется их внедрением в поры диэлектрика, а также образова­нием ковалентных связей между металлом и материалом подложки. Для хорошего сцепления необходимо, что­бы на поверхности диэлектрика было не менее 1·10 - 6 кг/см2 палладия. Пленка палладия, образующаяся на торцах контактных площадок, является не­желательной, так как приводит к снижению прочности химически оса­жденной меди в результате образова­ния гидридов палладия при захваты­вании палладием водорода. Кроме то­го, это приводит к образованию высо­кого и неравномерного переходного электрического сопротивления.

Химическое осаждение меди – окис­лительно-восстановительный процесс, который происходит вследствие вос­становления ионов двухвалентной ме­ди на активированных поверхностях из ее комплексных солей. Основными компонентами раствора химического меднения являются:

– 15–20 г/л сернокислой меди CuSO4 источника катионов Сu2+;

– 2 – 4 г/л солей никеля N1CI2 для большей прочности сцепления меди с диэлектриком;

– 10 – 15 г/л щелочи NaOH для создания рН = 10 – 13;

– 2 – 4 г/л Na2CO3 для увеличения скорости химического меднения и как буферная добавка;

– 4 – 16 г/л восстановителя – 33 %-го раствора формалина (СНОН);

– комплексообразователь – калий виннокислый как стабилизатор раствора – 50 – 60 г/л.

При введении формалина в раствор реакция восстановления меди при ком­натной температуре становится авто­каталитической. Процесс химического меднения представляет собой сумму электрохимических реакций катодного восстановления металла и анодного окисления восстановителя. Основная катодная реакция восстановления ме­ди выражается уравнением:

 

Сu2++2НСОН + 4OH- → Сu + Н2 + 2НСОО- + 2Н2О.

 

Анодная реакция заключается в окис­лении формалина при рН = 12 – 13 и потенциале +0, 80В. Время осаждения подслоя меди толщиной 0, 5 мкм при температуре 20 °С составляет 15 – 20 мин. Для облегчения удаления во­дорода и лучшего омывания раство­ром отверстий малого диаметра про­цесс ведется с плавным покачиванием плат (8 – 10 качаний в минуту при ам­плитуде 50 – 100 мм).

 

Гальваническую металлизацию в производстве ПП применяют:

– для об­разования проводящего рисунка схе­мы с толщиной меди в отверстиях не менее 25 мкм;

– для предварительного увеличения тонкого слоя химической меди до толщины 5 – 8 мкм с целью последующего формирования рисунка схемы;

– для нанесения металлического резиста, например олово – свинец, тол­щиной 10 – 20 мкм либо специальных покрытий золотом, серебром толщи­ной 2 – 5 мкм.

 

Гальванический метод нанесения металлических покрытий был изобре­тен в 1837 г. в России электротехни­ком Б.С. Якоби и заключается в том, что деталь, подлежащая покрытию, помещается в электролитно-водный раствор солей металла в качестве ка­тода, а анодом является осаждаемый металл (медь). Необходимые для вос­становления электроны поступают от внешнего источника постоянного то­ка. Под действием напряжения ионы металла движутся к катоду, присоеди­няют электроны и осаждаются на нем как нейтральные атомы (рис. 2.14. )

 

Рис. 2.14. Схема гальванической металлизации.

 

Реакция восстановления меди:

 

Сu2+ + = Сu

 

Количественно процессы гальвани­ческой металлизации описываются первым законом Фарадея, согласно кото­рому, масса выделяемого вещества при электролизе пропорциональна про­шедшему количеству электричества I:

 

т = kIt,

 

где k – теоретический электрохими­ческий эквивалент, пропорциональ­ный молярной массе М и обратно пропорциональный химической ва­лентности металла п (второй закон Фарадея): k = M/(Fn);

F – постоян­ная Фарадея: F≈ 96 500 г/(А·с).

Для двухвалентной меди k = 1, 186 г/(А·с), однако на практике теоретическое значение электрохими­ческого эквивалента не достигается из-за побочных процессов, например осаждения водорода. Поэтому второй, не менее важной, характеристикой процесса гальванической металлиза­ции является выход металла по току:

 

Время для нанесения покрытия за­данной толщиной δ, считая, что масса

 

 

(где ρ м – плотность металла; SK – площадь катода), определяется так:

 

 

 


Поделиться:



Популярное:

Последнее изменение этой страницы: 2016-05-30; Просмотров: 980; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.02 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь