Реферат: Травление меди с пробельных мест. Химическая и электрохимическая металлизация
.
Травление в растворе на основе перекиси водорода с добавками кислот, главным образом соляной или серной, протекает с большой и постоянной скоростью, без кристаллизации и выпадения осадка. Процесс легко поддается автоматизации, раствор на 60 % дешевле хлорного железа. Процесс травления описывается реакцией
, 
.
Получаемая соль CuSO4 является химически чистым веществом и используется для технических целей. Недостатки — необходимость точного контроля состава ванны вследствие взрывоопасности водорода и химическое разрушение металлических частей оборудования.
Травление в щелочных растворах хлоритов происходит по уравнению
.
Состав: NaClO2 (30 %) ¾ 150 мл/л, NH4 OH (28 %) ¾ 125 мл/л, NH4 HCO3 ¾ 150 кг/м3 .
Раствор характеризуется высокой скоростью травления при 50 °C, отсутствием осадка в ванне и на платах, высоким допустимым содержанием меди в растворе (до 200 кг/м3 ), однако весьма неустойчив, склонен к самопроизвольному разложению со взрывом, поэтому необходимо тщательно контролировать состав ванн и обеспечивать надежную вытяжную вентиляцию на рабочем месте. Окислитель не поддается регенерации.
Процесс травления организуется таким образом, чтобы химическое воздействие травителя на травящийся материал осуществлялось в оптимальном режиме. Травильные установки должны обеспечивать: температурную стабильность процесса; перемещение заготовки и подачу травителя в зону обработки; аэрацию (разбрызгивание) травителя; удаление травителя, промывку, нейтрализацию и сушку плат; непрерывный процесс при массовом производстве.
Различают травильные установки, работающие по принципу погружения , центрифугирования и разбрызгивания . Более производительны установки с разбрызгиванием травильного раствора на одну или обе стороны плат (рис. 1). Платы с помощью транспортного устройства перемещаются из одной технологической зоны в другую. Давление в форсунках находится в пределах 0,1—0,5 МПа, а струя подается либо перпендикулярно к поверхности платы, либо под небольшим углом. Постоянное обновление окислителя в зоне обработки и удаление продуктов реакции обеспечивают высокую производительность, а соответствующая траектория струи — незначительное боковое подтравливание. Линии компонуются из модулей травления, промывки, сушки и регенерации. Автоматические модульные линии оснащаются устройствами для контроля кислотности раствора, температуры и давления в форсунках.
1 – ванна; 2 – транспортер; 3 – заготовка, 4 – разбрызгиватель;
5 – травитель; 6 – регенератор; 7 – насос
Рис. 1. Схема установки струйного травления
Полуавтоматическая линия травления “Печать-1” имеет следующие характеристики: производительность — 16 м2 /ч, размеры обрабатываемых плат — 500´500 мм, температура травильного раствора — 35—50 °С, число качаний коллекторов с форсунками — 27 в минуту, скорость конвейера — 0,2—2 м/мин, мощность источников питания — 10 кВт, габаритные размеры — 4230´1160´1330 мм.
Линия травления рисунка печатных плат КПМ 1.240.000 состоит из трех модулей: травления, промывки и сушки с регулируемой скоростью транспортного конвейера 0,2—2 м/мин. Травление меди осуществляется раствором, подаваемым через форсунки, совершающие 27—30 качаний в минуту. Травящий раствор работает в замкнутом цикле и очищается фильтром. Производительность до 16 м2 /ч.
Во Франции в 1970 г. запатентован электрохимический способ травления, который осуществляется в струе электролита, причем анодом служит медная фольга платы. Скорость травления возрастает в 2—3 раза, однако широкое применение электрохимического травления сдерживается неравномерностью удаления металла с поверхности платы, что приводит к образованию невытравленных островков. Индивидуальный токоподвод и совмещение электрохимического процесса с химическим не обеспечивают его эффективность. Полностью реализовать преимущества электрохимического метода позволяют подвижные носители заряда, которые принимают заряд с анода и переносят его на поверхность меди, переводя последнюю в ионную форму. В качестве подвижных носителей используют взвешенный активированный уголь с содержанием в растворе 15—30 % и размером частиц 10—50 мкм. Электрохимическое травление сводит к минимуму боковое подтравливание токопроводящих дорожек и контактных площадок, обеспечивает разрешающую способность, равную 70—100 мкм.
2. ХИМИЧЕСКАЯ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ МЕТАЛЛИЗАЦИЯ
Химическая металлизация ПП используется в качестве подслоя для нанесения основного слоя токопроводящего рисунка гальваническим способом при субтрактивном и полуаддитивном методе или основного слоя при изготовлении плат аддитивным методом. Толщина слоя химической меди должна составлять 0,25—1,0 мкм, покрытие должно быть однородным, пластичным, хорошо сцепленным с диэлектриком.
Для придания диэлектрику способности к металлизации проводят такие подготовительные операции, как сенсибилизация и активация поверхности.
Сенсибилизация (от лат. sensibilis — чуствительный) поверхности имеет целью формирование на поверхности диэлектрика пленки ионов двухвалентного олова Sn2+ , являющихся восстановителем для ионов активатора металлизации. Платы обрабатывают в растворе двуххлористого олова и соляной кислоты с соотношением 1:4 в течение 5—7 мин и промывают в деионизованной воде. Образование гидрооксида олова происходит по реакциям:
, 
.
Электронно-микроскопические исследования показали, что гидрооксид двухвалентного олова адсорбируется в виде отдельных участков размером порядка 10 нм, на расстоянии 20—30 мм друг от друга, так, что ею покрывается вся поверхность диэлектрика. Гидрооксид двухвалентного олова обладает сильными восстановительными свойствами.
Активация поверхности диэлектрика проводится в растворах солей благородных металлов, преимущественно палладия, и способствует последующему осаждению меди. Активирующий раствор имеет следующий состав: 3,5—4,0 г/л PdCl2 , 10—20 мл/л HCl, остальное — вода, а процесс осуществляют при температуре 40—50 °С (pH = 3,5—0,5) в течение 5—7 мин.
Реакция восстановления палладия на диэлектрике
,
в ионном виде
,
на торцах контактных площадок