3.3. Химическое меднение.

Этот процесс очень широко применяется в производстве печатных плат.

Таблица 2.__ Типовые составы растворов и режимы химического меднения.

Компоненты и технологические характеристики	Замечания	Варианты составов ванн
		1	2	3
Медь сернокислая CuSO4·5H2O		10  15	25  35	25  35
Сегнетова соль KNaCuH4O6·2H2O		50  60	150  170	-
Трилон Б		-	-	80  90
Гидроокись натрия NaOH	Создают необходимый pH	10  15	40  50	30  40
Натрий углекислый Na2CO3		2  3	25  35	20  30
Формалин (40%) CHOH мл/л	Восстановитель	15  20	20  25	20  25
Трисульфат натрия Na2S2O3	Стабилизатор	0,001  0,0001	0,002  0,003	-
Никель хлористый NiCl2·12H2O	Сцепление	2  3	2  3	-
Роданин		-	-	0,003  0,005
Моющее средство “Прогресс”	ПАВ	-	0,5  1	-
Калий железосинеро-дистый		-	-	0,1  0,15

Скорость осаждения меди мкм/час от 0,8 до 4. Самая быстрая ванна №3 самая

медленная №1. Температура ванны от 20 до 50°C. pH ванн меняется от 11,5 до 12,5.

Процесс химического меднения основан на восстановлении формальдегидом ионов двухвалентной меди из её комплексных солей. Все растворы химического меднения содержат: соль двухвалентной меди; восстановитель – формальдегид и соединения, содержащие бор (другие восстановители менее эффективны); комплексообразователи (лиганды), вещества, регулирующие pH раствора, различные добавки, носящие ионы никеля, так как ионы никеля обеспечивают хорошее сцепление меди с диэлектриком; ПАВ, необходимые для облегчения удаления водорода в процессе меднения.

Комплексообразователи (лиганды) – это вещества предотвращающие выпадение гидроокиси меди в щелочном растворе.

В процессе приготовления раствора происходит взаимодействие катиона двухвалентной меди с сегнетовой солью и с добавкой щёлочи, описывается процесс взаимодействия вот такой химической реакцией:

CuSO₄ + + 2NaOH +Na₂SO₄ + 2H₂O

Полученное комплексное соединение окрашено в интенсивно синий цвет. Комплексные ионы более устойчивые системы, чем простые молекулы. Процесс взаимодействия тартрата меди с формалином в присутствии палладиевого катализатора схематически описывается следующей формулой:

+ 2NaOH + 2HCOH Cu + 2HCOONa + H₂ + +

Процесс сопровождается бурным выделением водорода. На скорость химического меднения существенно влияет концентрация двухвалентной меди в растворе. Меньше влияет концентрация формальдегида CH₂O. Скорость меднения возрастает при повышении температуры. Рекомендуемый диапазон температур от 30 до 60 C. Пассивация поверхности возможна по следующим причинам:

1) снижение pH раствора

2) контактирование меди с кислородом воздуха

3) слишком высокая температура, например выше 60C

Для удаления пассивной плёнки, если она образовалась, необходимо добавить щёлочь, чтобы повысить pH раствора. Применяемые лиганды¹ должны удовлетворять следующим требованиям:

1) образовывать прочный комплекс двухвалентной меди в щёлочи для предотвращения выпадения в осадок трудно растворимой Cu(OH)₂ – альтернатива лигандам.

2) не реагировать с формальдегидом

3) не тормозить процесс восстановления меди

Среди простых неорганических веществ нет ни одного, удовлетворяющего этим требованиям. Лучшими для этих целей являются органические вещества – тартраты или глицерин (тартратвиннокислый калий или натрий). Для придания большего pH раствора лучше использовать NaOH. Так как процесс химического меднения носит автокаталитический характер, то для предотвращения восстановления меди в растворе необходимо применять стабилизаторы. То есть, чтобы медь восстанавливалась не в растворе, а на поверхности диэлектрика. Стабилизаторами служат такие вещества: цианиды, триосульфат натрия, триомочевина. Присутствие ионов никеля в растворе меднения увеличивает сцепление меди с поверхностью, но несколько снижает скорость меднения. Чем выше скорость осаждения, тем хуже качество осаждённого слоя. Скорость осаждения можно варьировать с помощью температуры, состава раствора и т.д. Явное присутствие частиц никеля в плёнке меди заметить нельзя, так как частиц никеля совсем немного (от 3% до 4%), аналогично никелю могут действовать частицы кобальта. Процесс химического меднения требует тщательного соблюдения режимов и концентрации.

Недостатки химического меднения:

1) все растворы разового — действия и имеют низкую плотность загрузки

2) растворы очень нестабильны и требуют тщательной отработки процесса

3) получившийся слой меди – низкого качества (высокое электрическое сопротивление, плохая адгезия)

Размер кристаллов меди химически осаждённой плёнки 0,13мкм. Эти кристаллы имеют высокие внутренние напряжения и сравнительно низкую твёрдость. Напряжения химически осаждённой меди не снимаются термообработкой. Химические медные покрытия являются достаточно плотными только при толщине слоя меньше 10мкм(более толстые медные покрытия будут рыхлыми, станут отслаиваться и т.д.). Пластичность медных покрытий увеличивается при уменьшении скорости меднения, а также при повышении температуры раствора (главное не переусердствовать, а то могут разлагаться хим. реактивы). Электрическое сопротивление химических медных покрытий значительно превышает сопротивление чистой металлической меди, оно составляет 1,7·10^-6Ом/см.Сопротивление плёнки зависит от состава, используемого при меднении, от толщины покрытий и может достигать 26·10^-6Ом/см.