Химическая металлизация.

Первоначально медные растворы были так называемого типа тонкого наращивания, разработанные для температурного интервала 25-30°С, и осаждения от 0,25 до 0,5 мкм. На платах затем гальванически наращивалась медь от 5 до 7 мкм перед формированием рисунка.

В настоящее время введены системы среднего наращивания -от 2,0 до 3,0 мкм меди, вследствие чего исключается необходимость гальваники перед формированием рисунка.

Последовательность химического меднения Circuposit3000 следующая:

Кондиционер/разбухание

Промотер

Кондиционер/нейтрализатор

Микротравление

Предварительное погружение

Катализатор

Химмеднение.

Основные требования к химически осажденной меди:

1. мелкозернистость;

2. низкие напряжения,

3. абсолютное покрытие отверстий;

4. высокая адгезия, практически исключающая отслаивание;

5. отсутствие дегазации.

Ванны химического меднения Circuposit3000 обеспечивают эти требования. Полное покрытие отверстий осуществляется в широком интервале концентраций формалина и щелочи. Такие ванны обеспечивают постоянную скорость металлизации независимо от плотности загрузки. Они характеризуются прежде всего низким содержанием ингредиентов и значительным сокращением добавок (стабилизаторов, ускорителей, очистителей зерен).

Все это способствует получению наиболее чистых осадков меди.

Для получения такой меди необходимо не только мастерство химического осаждения, но и знание инженерных деталей процесса. Ключевые из них следующие:

1. Применение системы стабилизирования.

2. Хорошая циркуляция раствора ванны.

3. Использование чистых химикатов и концентратов.

4. Применение автоматизированного дозирования для добавления химикатов.

5. Непрерывная автоматизированная система анализа.

6. Точный контроль плотности раствора.

Система стабилизирования включает в себя:

• фильтрацию раствора;

• барботаж воздухом;

• охлаждение раствора химического меднения после работы и нагрев его перед работой;

• использование эффективных стабилизаторов.

Добиться высококачественного контроля и обеспечить стабильность ванны без эффективной фильтрации практически невозможно. Грязь или нерастворимые частицы могут действовать как центры кристаллизации, на которых инициируется беспорядочное выделение меди, ведущее к самопроизвольному разложению раствора. Непрерывная фильтрация является одним из действенных способов предотвращения этого разложения и сокращения времени на последующую очистку ванн и коммуникаций. Для снижения энергии активации и, соответственно, замедления скорости реакций металлизации полезно охладить раствор меднения на 2-3°С.

Во время хранения ванны желательна непрерывная циркуляция или легкая аэрация ванны воздухом. Как показывает опыт работы, на каждые 190-200 л раствора, как минимум, необходим один фильтрующий патрон высотой 250 мм и размером пор не более 15 мкм.

Важным моментом, контролирующим реакцию химического меднения, является применение стабилизирующих компонентов, предотвращающих разложение раствора.

Относительное удлинение высококачественной меди составляет 6-8%, прочность на разрыв 35-40 кг/см². , после сушки в течение 1 часа при температуре 120°С относительное удлинение возрастает до 12 - 15%.

Такую медь можно получить при скорости осаждения 3-4 мкм/час.

Для этого необходима комбинация таких свойств, как устойчивость, предельная плотность загрузки и постоянная скорость осаждения.

Предельную загрузку можно менять в довольно широких пределах путем изменения кратности циркуляции раствора. Для этого корректировку ведут не в рабочей ванне, а в отдельном отсеке рабочей ванны (вспомогательная или циркуляционная ванна), через который циркулирует определенная часть раствора из рабочей ванны. В нем раствор аэрируется сжатым воздухом, освобождается от растворенного в нем водорода, подпитывается корректирующими растворами и после фильтрации возвращается в рабочую ванну. Это дает возможность увеличить адгезию слоя химической меди в 1,5 - 2 раза и скорость металлизации в 2-2,5 раза.

Циркуляция раствора способствует и лучшему удалению водорода из зоны реакции, что уменьшает степень наводораживания покрытия и повышает его качество. Это особенно важно при щелочном активаторе, когда адсорбируется органический комплекс палладия и формирование ядер палладия последует за восстановительной деструкцией водородной связи с выделением водорода. В этом случае палладиевая частица, обильно заряженная водородом, вводится в ванну меднения и ускоряет процесс рекомбинации и десорбции, особенно в начальной фазе меднения, значительно снижая время индукционного периода начала реакции. Конечно, такая ванна с комбинированной системой активатора и восстановителя дает металлизацию высшего качества при условии быстрого удаления водорода из зоны реакции. Поэтому очень важно, чтобы все частички палладия были покрыты медью, так как в обнаженном состоянии они выделяют абсорбированный водород. Количество частиц палладия размером 5 - 30 нм может достигать 10-15 на 1 см и непрерывное газообразование, в свою очередь, приведет к образованию микроканалов по всей толщине гальванического покрытия. Это усилит проникновение влаги к внутренней поверхности покрытых отверстий и слою химической меди, вызывая окисление ее и образование окисной пленки. При этом общее поперечное сечение проводников уменьшается и увеличивается их электрическое сопротивление. После продолжительных термоциклов в некоторый момент сопротивление изменится от долей миллиома до десятков миллиом и электрическая цепь отказывает. Наличие изолированного водорода (так называемая окклюзия) возникает вследствие повышения скорости осаждения. Тогда водород до начала десорбционного процесса окружается растущей пленкой меди. Пузырьки водорода, во-первых, препятствуют сплошному осаждению меди и, во-вторых, когда они лопаются на этих микроучастках, образуются солевые включения. При эксплуатации под воздействием атмосферной влаги на этих участках образуется электролит, который распространяется по микроканалам стеклопластика, снижая сопротивление изоляции вплоть до отказа платы. Там, где медь полностью покрывает палладий, микропустоты не образуются и, следовательно, раствор не попадает между осаждаемой медью и стенкой отверстия. Поэтому пайка в этом случае будет протекать быстрее, так как нагревается только медь. А там, где имеется захваченная влага, она будет удлиняться.

Интенсивная хорошая циркуляция раствора ванны, снижение скорости осаждения, «отжиг» путем горячей промывки или сушки-меры, которые помогают достичь необходимого качества химической меди.

Весьма существенное влияние на качество металлизации оказывает чистота воды и химических реагентов. Недопустимо применение для приготовления и пополнения технологических растворов водопроводной воды. Для промывки печатных плат рекомендуется применять дистиллированную или деионизованную воду.