70. Характеристика операций гальваномеднения в производстве печатных плат. Требования к медному покрытию. Электролиты. Основные технологические параметры.

К слою электролитической меди предъявляют высокие требования: равномерность распределения по толщине, эластичность, что исключает образование трещин при термоударах, электропроводность.

К электролитам гальванического меднения предъявляются следу­ющие требования:

• высокая рассеивающая способность, позволяющая получать близкое к 1 отношение толщины покрытия в отверстиях и на поверх­ности плат;

• близкое к 100% значение катодного выхода по току; возможность применения высоких плотностей тока при осаждении;

• возможность получения мелкокристаллических, пластичных, бес­пористых покрытий, обладающих хорошими электрическими и термо­ударными характеристиками;

• высокая устойчивость к органическим загрязнениям;

• простота приготовления и контроля ванны;

• наличие методов анализа для различных компонентов;

• легкость корректировки;

• возможность регенерации и утилизации электролита.

Лучшими характеристиками по рассеивающей способности обла­дают комплексные щелочные электролиты: пирофосфатный - 62%, цианистый - 64%.

Борфтористоводородные электролиты.

медь борфтористоводородная 230-250;

кислота борфтористоводородная 5-15;

кислота борная 15-40.

Режим работы: температура электролита 15-20°С, катодная плот­ность тока 3-5 А/дм².

+: мелкокристаллические осадки, - : РС 17%, агрессивность к ПФ, сложность приготовления, анализа и корректировки, стоимость. Для ПП с низкой плотностью проводящего рисунка.

Сульфатные электролиты являются простыми по составу и очень стабильными в эксплуатации. Однако стандартный электролит, исполь­зуемый в гальваническом производстве и содержащий сернокислую медь (200-250 г/л) и серную кислоту (50-75 г/л) имеет плохую рассеива­ющую способность (=20%) и неудовлетворительное качество осадка меди. В производстве печатных плат для повышения рассеивающей спо­собности электролита и повышения катодной поляризации применяют электролиты, разбавленные по медному купоросу и концентрирован­ные по серной кислоте. В таком электролите медь находится в виде двухвалентных ионов Си²⁺. Однако в присутствии металлической меди, наряду с ионами Си²⁺, в электролите в незначительном количестве могут находиться и Си⁺ вследствие реакции диспропорционирования

Си + Си²⁺ →2Си⁺.

С повышением температуры и уменьшением кислотности равнове­сие сдвигается в сторону образования Си⁺, что способствует увеличе­нию этих ионов. При концентрации в растворе Си⁺ большей, чем равно­весная может выделяться металлическая медь в виде мелкого порошка.

При недостаточной кислотности раствора соль одновалентной меди легко подвергается гидролизу с образованием оксида меди (1)

Cu­₂SO₄+H₂O →Cu₂O+H₂SO₄

В результате электролит загрязняется взвешенными частицами по­рошкообразной меди или Си₂0, которые, перемещаясь к катоду, вклю­чаются в состав покрытия, качество медных осадков на катоде ухудшает­ся- они получаются темными, рыхлыми, шероховатыми. В присутствии достаточного количества кислоты Си₂S0₄ окисляет­ся кислородом воздуха с образованием СuS0₄

Си₂S0₄ + Н₂S0₄ + 0,5 0₂ →2СuS0₄ + Н₂0,

и таким образом исключается одна из причин шероховатости осадков меди. Таким образом, серная кислота в электролите меднения необходима: для предупреждения накопления и гидролиза одновалентной меди; увеличения электропроводности и рассеивающей способности электролита; уменьшения активности ионов меди, что способствует по­вышению катодной поляризации и образованию на катоде мелкозер­нистых осадков. Электродные процессы заключаются, главным образом, в разряде Сu²⁺ на катоде и ионизации меди на аноде. Разряд Сu²⁺протекает в две стадии по схеме: Сu²⁺ →Сu⁺ →Сu⁰, причем замедленной стадией в ка­тодном процессе является присоединение 1 -го электрона Сu²⁺+e ↔ Сu⁺

Адсорбируясь на границе раздела фаз металл - электро­лит, ПАВ изменяют условия протекания различных стадий процессов электроосаждения металлов - разряда, построения кристаллической решетки, вступают в химические взаимодействия с ионами осаждаемо­го металла и другими компонентами раствора.

ПАВ, включающие основные компоненты:

1. смачиватели - водорастворимые полиэфиры, содеращие не менее шести эфирных атомов кислорода. Наибольшее распространение получили полиэфиры с этиленоксидными или пропиленоксидными группами. Их концентрация в электролите изменяется в пределах от 0,05 до 0,5 г/л;

2. сульфированные органические сульфиды или полисульфиды, содержащие, по крайней мере, одну сульфогруппу (5*10^-4-1,0 г/л). В состав известных композиций добавок к электролитам меднения вхо­дит динатриевая соль дитиодиэтил- или дитиопропилдисульфокислоты (0,05-0,5 г/л);

3)выравнивающие агенты - органические красители (фталоцианиновые, азиновые, триарилметановые), гетероциклические соединения, содержащие в цикле азот и серу, амиды или полиамиды, продукты поли-алкилениминов с алкилирующими агентами (1 *10^-4 - 0,1 г/л)/ Необходимым условием правильной эксплуатации сульфатных элек­тролитов в производстве печатных плат является использование фос­форсодержащих медных анодов, поскольку при этом снижается шламо-. образование и пленка, образующаяся на анодах, препятствует окислению добавки. содержание фосфора в прокате от 0,07 до 0,10%), растворя­ющегося более равномерно без шламообразования. При более высоком содержании фосфора (0,13%) на аноде образуется пассивная пленка почти черного цвета, что сопровождается значительным увеличением переходного сопротивления на границе медь - электролит вплоть до прекращения процесса при / = 2,5 А/дм². При малом его содержании менее (0,07%) образующиеся при растворении одновалентные ионы меди не связываются фосфором, а в результате реакции 2Сu⁺ —» Сu⁰ + Сu²⁺ час­тицы меди образуют шламы, которые, включаясь в состав покрытия, создают шероховатость слоя меди

Основные виды брака при гальваническом меднении

Питтинг- дефект покрытия, характеризующийся наличием мел­ких точечных углублений, образовавшихся в процессе электрохимиче­ского получения покрытия.

Дендритные наросты- дефект покрытия в виде характерных кораллообразных наростов.

Вздутие покрытия - дефект куполообразной формы на покрытии, образующийся от потери прочности сцепления между покрытием и основным покрываемым металлом.

Нитевидные кристаллы - металлические нитевидные нарос­ты, образующиеся самопроизвольно при хранении, эксплуатации или во время электроосаждения.

Трещины в столбе металлизации возникают из-за низкой пластич­ности осадка гальванической меди.

Подгар - дефект покрытия,выражающийся в наличии шероховатостей и мелких наростов, образующихся при плотности тока выше

критической и загрязнении электролита

Отслаивание покрытия -отделение покрытия от основного покрываемого металла из-за некачественной подготовки поверхности