21 Вопрос Химическое меднение.

Это один из самых распространённых процессов. Раньше он применялся для создания зеркал, когда металлизировалось стекло. В настоящее время является основным процессом для нанесения первого слоя на поверхность диэлектрика как для изделий бытовой техники, так и изделий приборостроения, электроники и тому подобного. Первый медный слой позволяет уже по нему наносить нужные другие слои, включая многослойные покрытия (гальванические медь, никель, хром).

При химическом меднении используется дешёвый распространённый восстановитель формалин (40% формальдегид). Так как формалин реализует свои восстановительные свойства только в сильно щелочной среде, все растворы химического меднения работают при pH от 11 до 13 (сильно щелочные). Так как в сильно щелочной среде ионы меди будут быстро превращаться в нерастворимые гидроксиды, все растворы химического меднения должны содержать сильные лиганды (быть комплексными). Именно по названию комплекса (по лиганду) растворы и называются. Если лиганд – соль винной кислоты, тартрат, то раствор называется тартратным. Если трилон-б – триланатный. Если соли лимонной кислоты – цитратные.

Лекция 6. 09/12/15

24 Вопрос Тартратные растворы химического меднения.

Это самые распространённые растворы, т.к. являются самыми дешёвыми и простыми по составу. Они могут подвергаться корректировке, но являются малоскоростными. Примером состава может служить:

5-7 г/л

20-25 г/л

5-7 г/л

(формалин) 10-25 мл/л

pH 12,1 – 12,5; скорость меднения . Скорость небольшая, но достаточная для создания электропроводящего слоя на диэлектрике или для создания медного слоя в отверстиях печатных плат. Такой раствор может использоваться и однократно (его не жалко, концентрации компонентов очень малы). Скорость меднения прежде всего зависит от концентрации соли меди, в меньшей степени – от концентрации формалина.

Растворы тартратного меднения из-за относительно малой прочности комплекса () требуют стабилизаторов с целью устранения действия объёмных твёрдых частиц на стабильность раствора и его разложение в объёме. Скорость меднения оптимальна в заданном интервале pH, при больших значениях происходит пассивация медной поверхности и она уменьшает свои каталитические свойства, а при меньших значениях снижается восстановительная способность формалина. Чтобы заданная величина pH держалась в нужном интервале, часто вводят добавки, обладающие буферными свойствами, например обычный фосфат натрия 10-15 г/л. Если раствор работает долго, то продукты реакции дополнительно начинают буферировать раствор, и pH самостабилизируется в нужном диапазоне. Продукты реакции могут снижать скорость меднения примерно на 20-30%.

Такой раствор легко подвергается консервации, т.е. его можно перевести в нерабочее состояние и хранить относительно долгое время, для этого его закисляют до pH 7-8. Восстановитель теряет свою восстановительную способность и останавливаются как полезные, так и побочные объёмные реакции. Перед началом работы такой раствор подщелачивается и восстанавливает свою работоспособность.

Трилонатные растворы.

В качестве лиганда используется Трилон-Б, «ЭДТА», комплексообразователь для почти всех ионов металла, определяемых объёмным титрованием. У трилона , свободных ионов меди – 10^-21, и образование гидроксида меди здесь невозможно. Поэтому растворы стабильны, могут быть более концентрированными и являются более скоростными. Если обычные тартратные растворы работают при комнатной температуре 28-25 С, то растворы с трилоном можно греть до 30-40 С, увеличивая за счёт этого скорость меднения. Состав такого раствора может быть:

10-15 г/л

Трилон-Б 10-25 г/л

10-25 мл/л

10-15 г/л

pH 12,2-12,6; скорость металлизации , при нагревании , но таких толщин обычно не нужно.

Трилонатные растворы могут корректироваться по расходуемым компонентам, прежде всего – по соли меди и формалину, поддерживается и величина pH.

Трилонатные растворы могут использоваться при осаждении двухкомпонентных медных сплавов (медь-висмут, медь-сурьма). В условиях корректировки часто требуется введение стабилизаторов, обычно это серосодержащие вещества или азотосодержащие вещества.

Из-за высокой прочности комплексов, такой раствор часто немного раскомплексовывают для увеличения скорости процесса, например: если в трилонатный раствор ввести небольшое количество этилендиамина, то наряду с прочным трилонатным комплексом образуется менее прочный и положительно заряженный этилендиаминовый комплекс. Он разрежается более легко, и за счёт этого скорость меднения сильно увеличивается. Это используют при получении толстых слоёв при обычной комнатной температуре.

Цитратные растворы.

Их состав примерно такой же, как и тартратных, прочность цитратного (лимоннокислого) комплекса такая же, как и у тартрата, но этот раствор позволяет получать немного большую скорость по сравнению с тартратным (1,5-1,8 мкм/ч). Интервал pH в районе 12,6. Главное преимущество такого раствора – большая дешевизна, высокая стабильность и возможность многократной корректировки. Такие растворы без слива (утилизации) могут работать в течение нескольких месяцев.

Если сравнить все растворы химического меднения, то можно заметить, что самыми производительными являются трилонатные, а самыми простыми и дешёвыми – тартратные и цитратные. Но в трилонатных растворах слой меди получается микрошероховатым, а скорость определяется по привесу на единицу площади поверхности. Площадь шероховатого покрытия больше, чем гладкого, поэтому не исключается, что скорости химического меднения с учётом истинной поверхности остаются примерно одинаковыми.