Главная Автоматизация производственных процессов



Таблица 13. Состав фторборатных электролитов

Компоненты и режим работы

Концентрация, г/л

Цля «затяжки» хи мичсской меди

Для металлизации

Фторбордтиая медь Борфтористоводородная кислота Борная кислота

Катодная плотность тока, А/дм Температура электролита, °С

60-70 150-160 15-20

1-2 15-20

230-250 5-15 15-40 До 5 15-20

Преимуществом фторборатного электролита по сравнению с другими электролитами является наиболее высокая скорость осаждения меди вследствие применения повышенных плотностей тока, недостатки электролита - низкая рассеивающая способность (толщина покрытия в отверстиях при тех же условиях составляет 40- 50 % от толщины меди иа проводниках) и неэластичность осадков меди (относительное удлинение е = 2ч-3%). Хрупкость меди резко возрастает при попадании органических примесей и особенно продуктов выщелачивания пленочных фоторезистов.

Фторборат меди готовится в ванне посредством растворения основной углекислой соли меди в борфтористоводородной кислоте по реакции

Си(ОН)2-СиСОз + 4НВр4 - 2Си(Вр4)2 + ЗН20 + С02.

Расчетное количество основной углекислой меди засыпается в ванну и в нее небольшими порциями вливается борфтористоводородная кислота до прекращения выделения углекислого газа. В полученный раствор вводится оставшаяся борфтористоводородная кислота и приготовленный в отдельной порции раствор борной кислоты.

Электролит после отстаивания декантируется в рабочую ванну и доливается до уровня дистиллированной водой.

Кремиефторидиый электролит. Кислота поставляется химической промышленностью по ТУ 6-09-2774-73 и является более дешевым продуктом, чем борфтористоводородная кислота. Электролит состоит из 10-15 г/л крем нефтористо водородной кислоты и 250-300 г/л кремпефторида меди. Температура электролита - 18-25 °С, катодная плотность тока 5 А/дм1

Кремнефторидный электролит меднения по своим свойствам, преимуществам и недостаткам аналогичен фторборатному электролиту.

Сульфатный электролит. Эти электролиты наиболее просты в приготовлении н эксплуатации. Однако стандартный электролит, содержащий сернокислую медь (200-250 г/л) и серную кислоту (50-75 г/л), не получил расл ростра нения из-за плохой рассеивающей способности и малой производительности, так как осаждение меди происходит при ллотности тока менее.2 А/дм Введение в состав электролитов разработанной Ленинградским.Технологическим институтом им. Ленсовета блерквобразующей добавки «ЛТИ» позволило значительно улучшить характеристики сульфатных электролитов, что послужило основанием для широкого распространения их в промышленности. Аналогичные по составу электролиты с фирменными

добавками «Купрацид», «Новостар», «Кубас-1» и др., а также электролиты с добавкой «Меданит», или Б-7211 заслужили хорошую репутацию у изготовителей печатных плат, так как они обеспечивают очень равномерное распределение меди на плате. Состав сульфатных, электролитов приведен в табл. 14.

Электролит 1 рекомендуется для металлизации печатных плат, имеющих отношение толщины платы к диаметру металлизируемых отверстий 2,5 и менее. Электролит характеризуется малой агрессивностью к фоторезистам, обеспечивает хорошую эластичность меди и мелкозернистую структуру.

Пониженная плотность тока обусловливает его более низкую производительность по сравнению с другими электролитами. Электролит рекомендован ГОСТ 23770-79.

Электролит 2 обеспечивает более высокую производительность по сравнению с электролитом 1 и хорошую рассеивающую способность. Осадки меди блестящие, гладкие и весьма эластичные. Электро-

Табл ица 14. Состав и режим работы сульфатных электролитов

Компоненты (г/л) и режим работы

Номер раствора

Сернокислая медь (CuS04-

220-230

200-230

60-80

•5HjO)

Серная кислота

50-60

50-60

150-160

Этиловый спирт, мл/л

Хлористый натрий

0,03-0,06

0,03-0,06

0,03

Блескообразующая добавка

«ЛТИ», мл/л

Добавка «Меданит»

(Б-7211), мл/л

Температура электролита, °С

18-25

18-25

18-25

18-25

Катодная плотность тока.

лит также рекомендуется для металлизации плат, имеющих отношение толщины плат к диаметру отверстий 2,5 и менее. Добавка «ЛТИ» поставляется по ТУ АУЭО. 028.010.

Электролит 3 характеризуется более высоким содержанием серной кислоты при уменьшенной концентрации сернокислой меди. Это обстоятельство при наличии высокоэффективной добавки ПАВ обусловливает наиболее высокую рассеивающую способность среди кислых электролитов, которая приближается к рассеивающей способности пирофосфатных электролитов, Осадки меди гладкие, полублестящие.

Электролит 4, в состав которого введена блескообразующая добавка «Меданит», поставляемая Болгарской Народной Республикой, для использования ее в процессах декоративной металлизации пластмасс при получении блестящих осадков меди обладает высокой производительностью и обеспечивает получение очень гладких медных покрытий с достаточно хорошей рассеивающей способностью.

Сравнительная оценка свойств некоторых электролитов по способности улучшать равномерность распределения металла по толщине как в отверстиях, так и на проводниках при гальваническом меднении



плат представлена в табл. 15, где приняты следукицне обозначения: А - толщина платы, мм; d - диаметр отверстия, мм; ёот. - толщина слоя меди в отверстиях, мкм; 6„р - толщина слоя меди иа проводнике, МК№.

Таблица 15. рас1федеяе1тя меди иа печатной илате

Тил апектраяита

d, мм

5отв/6пр

Фторборатный

0.8 0,6

0,5 0,4

Сульфатный (электролит 3)

0,8 0,6

0,86

0,83

Пирофосфатный

0,86

Сульфатный с добавкой Б-7211

0,74

(электролит 4)

0,67

Повышенная рассеивающая способность электролита с добавкой «ЛТИ» (электролит 3) имеет очень важное зиачение для производства, так как применение этого электролита позволяет уменьшить продолжительность процесса меднения на 50-60 % и соответственно сократить расход меди. При использовании фторборатных или кремне-фторидных электролитов, обладающих низкой рассеивающей способностью, иа проводниках и особенно на удаленных, осаждается весьма толстый (70-100 мм) слой меди с неровной поверхностью, что препятствует получению качественной влагозащиты при лакировке блоков на печатном монтаже из-за стекания лака с шишковатых наростов меди на кромках проводников.

Чрезвычайно важное значение имеет эластичность осаждаемого слоя мед», так как в условиях эксплуатации платы подвергаются значительному нагреву и происходит тепловое расширение материала, из; которого изготовлена плата, и слоя меди. Коэффициент линейного расширения эпоксидной смолы почти в 5 раз больше коэффициента линейного расширения меди («1=9,2.10~ мм/мм °С и а2=1,77Х ХЮ мм/мм °С), поэтому в результате термоударов в слое меди, осажденном на стенках отверстий, возникают значительные напряжения и, если медь недостаточно эластична, происходит ее разрыв, а разрыв медн в переходном отверстии приводит к выходу нз строя всего блока.

Расчеты показывают, что на многослойной плате толщиной 2 мм удлинение по оси z при«пайке на волне припоя при температуре / = 250 °С составляет: для диэлектрика - 0,048 мм; для меди - 0,009 мм. В этом случае слойолжен «вытянуться» почти на 40 мкм и, если относятельное удлинение меди менее 3 %, неизбежен ее разрыв.

Учитывая вышеизложенное, необходимо обращать большое внимание на эластичность осаждаемой меди, которая с учетом ужесточенных эксплуатационных требований к печатным платам, должна составлять по величине относительного удлинения не менее 6 %. Испытаниями качества медных осадков, полученных из различных

электролитов, установлено, что в свежих электролитах величина относительного удлинения меди составляет: для электролита 3 - 9- 11 %, для электролита 4 - 3-4% и для фторборатного электролита - 3-5,5 %.

В результате накопления в электролитах органических примесей, вследствие агрессивного воздействия электролитов иа фоторезисты, краски и диэлектрические материалы платы эластичность меди значительно снижается, причем в фторборатных электро-читах, как более агрессивных, это явление происходит быстрее. Попадание в электролиты органических примесей обусловливает не только снижение эластичности меди, но ухудшение электропроводности, Так, чистая медь имеет удельное электрическое сопротивление 0,020 Ом-мм, а для меди, осажденной в электролитах 2-4, эта величина составляет - 0,026 Ом-мм и по мере накопления органических примесей она возрастает на 25-30 %.

Сопоставляя свойства меди, осажденной из различных электролитов, а также оценивая свойства электролитов, легко сделать вывод о том, что сульфатный электролит меднения (электролит 3), содержащий выравнивающую (блескообразующую) добавку «ЛТИ», наиболее перспективен, так как он обеспечивает получение эластичных осадков меди с высокой равномерностью и скоростью осаждения. Компоненты электролита доступны и дешевы. Электролит весьма удобен в эксплуатации, так как он не требует нагрева, легко приготавливается и корректируется. Аноды хорошо растворяются и этим поддерживается стабильная концентрация солей меди в электролите. В качестве анодов для данного электролита рекомендованы мед-но-фосфористые аноды марки АМФ, содержащие до 0,06 % фосфора. Такие аноды растворяются более равномерно, без шламо-образования.

Приготовление и корректирование сульфатного электролита с добавкой «ЛТИ» производится следующим образом. Ванны заполняются дистиллированной водой на 1/2 или 2/3 объема. В воду, осторожно, при непрерывном помешивании, вводится серная кислота, раствор при этом нагревается до температуры 50-60 °С. В горячий раствор вводится медный купорос и при непрерывном помешивании и подогреве он полностью растворяется. Затем ванна доливается до уровня дистиллированной или деионизованной водой. Для обеспечения достаточной чистоты приготавливаемого электролита в полученный раствор вводится активированный уголь из расчета 2-3 г/л, смесь хорошо перемешивается и через 30-60 мин фильтруется в рабочую ванну.

Перед введением добавки «ЛТИ» раствор анализируется на содержание хлора и в зависимости от концентрации хлор-иона в раствор добавляется хлористый натрий, а если хлоридов оказалось выше нормы (0,06 г/л), излишек осаждается водной суспензией сернокислого серебра. В последнюю очередь вводится блескообразующая (выравнивающая) добавка «ЛТИ». После приготовления электролита фильтры насоса должны быть тщательно очищены от частиц угля, так как их присутствие в порах фильтра даже в небольших количествах повлечет за собой потерю добавки «ЛТИ» вследствие ее адсорбции активированным углем.

В состав добавки «ЛТИ» входят основной продукт (50 г), смачиватель ОС-20 (100 г), вода (400 г). Корректирование электролита осуществляется выделением компонентов. Основные компоненты



электролита - медь сернокислая, кислота серная и хлориды - добавляются в электролит на основании данных химического анализа, который производится ие менее 2 раз в месяц при нитенсивиой работе ванны. Корректирование по органическим добавкам выполняется после прохождения через ванну определенного количества электричества. Так, после прохождения 18 кКл/л электричества вводится продукт ОС-20 в количестве 1 мл/л в виде заранее приготовленного раствора, содержащего 100 г/л этого продукта. После прохождения 72 кКл/л вводится 1 мл/л раствора основного компонента добавки «ЛТИ». Накопление органических примесей приводит к.образованию блестящих полос и хрупкости медного покрытия, что выражается в резком снижении величины относительного удлинения е.

При снижении величины е до значений менее 6 % необходимо освободить электролит от органических примесей введением в электролит активированного угля БАУ в количестве 10 г/л. После тщательного перемешивания и выдержки не менее 7 ч электролит фильтруется и в него вводится добавка «ЛТИ» в количестве, соответствующем рецептурному.

Основные неполадки, встречающиеся при эксплуатации кислых электролитов, и возможные причины их появления представлены в табл. 16.

Таблица 16. Основные неполадки при меднении в кислых электролитах

Характер неполадок

Грубая крупнокристаллическая структура осадков

Темные шероховатые осадки

Светлые (блестящие) полосы Пассивирование анодов Скорость осаждения покрытия меньше расчетной

Плохое качество металлизации в отверстиях плат

Растворение меди с проводников на одной стороне заготовки

Хрупкость медных осадков

Отслаивание электроосаж-денной меди от фольговой меди

Темно-серый сподгар» осадков из электролита с добавкой «ЛТИ.

Возможные причины

Высокая плотность тока, недостаток кислоты по отношению к содержанию меди

Включение в осадок механических примесей илн закиси меди при недостатке кислоты

Загрязнение органическими веществами Недостаток кислоты (HaS04 или НВН,) Снижение выхода по току из-за накопления железа (Fe"*")

Недостаточная скорость покачивания плат при осаждении меди

Отсутствие контакта платы с подвеской н растворение меди вследствие биполярного эффекта

Накопление в электролите органических примесей

Наличие окисных разделительных слоев на фольге или неудаленного слоя хими-чески осажденной меди

Недостаток хлоридов

Определение эластичности медных осадков производят следующим образом. На пластинку из коррозионно-стойкой стали методом фотопечати наносят защитный рисунок таким образом, чтобы последующим гальваническим меднением открытых участков поверхности 54

Рис. 9. Образец для разрыва медного покрытия

можно было получить образец для разрыва, форма н размеры которого показаны на рис. 9.

Пластинку с нанесенным на се поверхность рисунком следует обезжирить венской известью, промыть водой, активировать в 10 %-ном растворе НС1, промыть водой и вторично активировать в 10 %-ном раствбре HBF4. После тщательной промывки пластинка завешивается в ванну меднения вместе с платами и покрывается по режимам, принятым для плат. Пластинку с осажденной медью высушить сжатым воздухом н снять медь с помощью скальпеля. Толщина медного образца должна составлять 30-40 мкм. На образец с помощью тонкой иглы без нажима наносятся риски, ограничивающие базу длиной /о = 30±1 мм.

Измерение базы до и после испытания на разрыв следует производить с точностью ±0,01 мм иа универсальном измерительном микроскопе УИМ. Разрыв образцов рекомендуется производить на

разрывной машине типа МР-05-1 при нагрузке до 10 Н. После разрыва обе половинки образца прижать к стеклу п по средней линии измерить расстояние от линии разрыва до рисок. Сумма двух измерений составит величину Относительное удлинение рассчитать по формуле

е=(/»-/о) 100 „ %.

Для получения более достоверных результатов производят несколько испытаний н величину к определяют как среднеарифметическую. При проведении испытаний следует иметь в виду, что в свеже-осажденном слое меди имеются внутренние напряжения и медь обладает малой эластичностью; через двое суток в результате рекристаллизации внутренние напряжения исчезают и устанавливается стабильное значение е.

Перемешивание электролита барботированием сжатым воздухом илн механическими мешалками ие достигает эффекта, так как в зону отверстий диаметром 0,6-0,8 мм не обеспечивается нодача свежего электролита и в результате этого осаждение меди на стенки отверстий происходит пз сильно истощенного электролита в условиях предельного тока. Лучшие результаты достигаются в том случае, когда платы, жестко закрепленные на катодной штанге, совершают в электролите возвратно-поступательные движения, что обеспечивает хороший обмен электролита в отверстия.ч.

Хороший контакт платы с подвесочным приспособлением н подвесочного приспособления с катодной штангой необходим для того, чтобы на всех платах осаждалось равное количество меди. При отсутствии контакта может произойти полное или частичное растворение медн, осевшей в начальный период электролиза. Это явление, называемое биполярным эффектом, происходит из-за того, что меднеиая поверхность платы, не будучи поляризована катодно. ста-



0 1 2 3 4 5 6 7 [8] 9 10 11 12


0.1268