1.2. Процессы химического меднения в производстве мпп

Электрохимический способ получения печатных плат осуществляется посредством следующих основных операций: резки заготовок, сверления отверстий, подлежащих металлизации; подготовки поверхности; химического меднения; усиления меди гальваническим меднением; нанесения защитного рельефа на пробельные места гальванического меднения; гальванического покрытия сплавом олово—свинец; удаления защитного рельефа; травления меди с пробельных мест.

Процесс химического восстановления меди имеет каталитическую природу, т.е. осаждение металла начинается только на активной поверхности катализатора и продолжается автокаталитически уже на меди. Операция, в результате которой на диэлектрике создаются каталитические частицы, называется активированной.

В практике химического меднения полимерных материалов активирование осуществляют последовательной обработкой деталей вначале в растворе хлористого олова (SnCl₂·H₂O 20 — 25 г/л, NaCl 40 — 60 мл/л), а затем после промывки в воде детали погружают в раствор хлористого палладия, содержащий 0,5 — 1,0 г/л PlCl₂ и 12 — 18 мл/л HCl плотностью 1190 кг/м³ и снова промывают. Двухзарядные ионы олова, адсорбирующиеся на поверхности диэлектрика, восстанавливают ионы палладия на диэлектрике до металла по реакции:

Sn²⁺ + Pd²⁺ —— ” Sn⁴⁺ + Pd

Для осуществления процесса химического меднения рекомендуется много разнообразных растворов. Состоят они из соли двухвалентной меди (чаще всего сернокислой), комплексообразователя, восстановителя-формалина, стабилизирующих и ускоряющих добавок, гидроокиси натрия, регулирующей кислотность раствора.

В зависимости от комплексообразователя различают виннокислые, трилоновые (этилендиаминтетрауксуснокислые) и другие растворы. Наибольшие практическое применение получили первые из них. Они содержат виннокислый калий-натрий (называемый сегнетовой солью, или солью Рошеля), который образует с медью довольно прочный комплексный анион [CuC₄H₄O₆(OH)₂]²-. Значительное распространение получили трилоновые растворы, содержащие в качестве комплексообразователя трилон Б.

В качестве стабилизаторов процесса применяют различные тиосоединения (чаще всего тиосульфат натрия, тиомочевину, сульфид свинца, цистин, диэтилдитиокарбамат натрия, роданин, 2-меркаптобензтиазол), а также цианиды, роданиды, полисульфиды, фенантролины и их производные, соединения селена, ртути, различные высокомолекулярные вещества, некоторые окислители, в том числе кислород, и др.

Реакция восстановления меди в процессе химического меднения может быть выражена следующим уравнением:

2Н₂СО + Cu²⁺ + 4OH^¯ Cu + H₂ + 2HCOO^¯ + 2H₂O. (1)

Она протекает при комнатной температуре и в щелочной среде при pH>10,5. Одновременно с реакцией (1) происходит побочная реакция Канниццаро, вследствие которой формальдегид окисляется в формиат-ион и метиловый спирт:

2Н₂СО + OH^¯ HCOO^¯ + СH₃OН. (2)

Возможна также реакция восстановления Cu²⁺ до Cu⁺ с образованием закиси:

2 Cu²⁺ + 5OH^¯ + Н₂СО Cu₂O + HCOO^¯ + 3H₂O. (3)

В результате протекания приведенных реакций в растворе меднения уменьшается содержание Cu²⁺, формальдегида OH^¯, накапливаются Na₂SО₄, CH₃OH и HCOОNa (сернокислый натрий, метиловый спирт и формиат натрия – муравьино-кислый натрий).

На скорость осаждения меди, стабильность раствора и физические свойства покрытия (плотность, цвет, блеск и т.п.) влияют природа комплексообразователя и его концентрация в растворе. В большинстве случаев, чем прочнее образующееся комплексное соединение меди и больше концентрация комплексообразователя в растворе, тем меньше скорость восстановления Cu²⁺ и выше стабильность раствора. Повышение концентрации формальдегида в виннокислых растворах мало влияет на скорость меднения.

С повышением температуры растворов скорость восстановления меди и меднения возрастает с одновременным снижением их стабильности.

По опыту ряда предприятий достаточно хорошей стабильностью обладает раствор следующего состава:

Сернокислая медь 10—15 г/л; винограднокислый калий-натрий 60—70 г/л;

едкий натр 20—25 г/л; кальцинированная сода 20 г/л; хлористый никель 4 г/л; формальдегид (37 %-ный), 10—15 мл/л; диэтилдитиокарбомат, 50 мг/л;

pН 12,8 [2].