1. Краткие теоретические сведения

1.1. Основные понятия и определения

Электрохимический метод осаждения является одним из наиболее распространенных технологических методов создания токопроводящих (медных) и защитных (олово – свинец, олово – никель, серебро) пленок в технологии РЭС.

По сравнению с другими способами нанесения покрытий электрохимический метод обладает следующими преимуществами:

возможность осаждения практически всех необходимых металлов;

возможность получения слоев любой толщины;

возможность осаждения сплавов;

высокие скорости осаждения (1 – 300) мкм/час;

хорошая адгезия;

возможность автоматизации процесса.

Недостатки:

покрытия можно наносить только на электропроводящие материалы;

сложность получения равномерных по толщине осажденных слоев;

велика вероятность проникновения электролита в материал и возникновения коррозионных процессов.

Основой для электрохимической металлизации является водный раствор солей металла – электролит, содержащий осаждаемый материал в виде положительно заряженных ионов.

Необходимые для восстановления электроны поступают через электроды, которые размещены в электролите, от внешнего источника постоянного тока. Электрохимическая металлизация осуществляется в электролитической ячейке, которые подразделяются на ячейки с электронным и ионным механизмами электропроводности. Химические взаимодействия протекают на поверхности металлических электродов путем обмена электронами между ионами в растворе и металлом, выполняющим роль неограниченного резервуара электронов. При протекании через электролит тока от внешнего источника электрохимические реакции, протекающие на поверхности электродов, пространственно разделены и сопровождаются процессами массопереноса в объеме электролита с химическими превращениями веществ на электродах.

В электролитической ячейке положительный электрод является анодом, а отрицательный – катодом (рис. 1.1). В качестве анода обычно используют осаждаемый материал, который в процессе электрохимического осаждения растворяется, а на катоде выделяется осаждаемое вещество. Иногда материалом анода является нейтральный материал (платина, графит, титан и др.).

Рис 1.1. Схема процесса электрохимической металлизации в электролитической ячейке

При отсутствии напряжения ионы в растворе электролита движутся беспорядочно. При приложении к раствору электрического поля их беспорядочное движение в основном сохраняется, но одно из направлений становится преимущественным. Направленность движения создается с помощью электродов, опущенных в раствор (рис. 1.1). Чем выше градиент потенциала между электродами, тем выше скорость движения ионов в электрическом поле.

Ионы металла, находящиеся в растворе электролита, под действием внешнего напряжения движутся к катоду и, присоединяя электроны, восстанавливаются, а затем осаждаются на нем как нейтральные атомы. Необходимые для восстановления электроны поступают от внешнего источника постоянного тока. Следует заметить, что электрохимическая металлизация является окислительно-восстановительным процессом.

Материал анода, на который подается положительный потенциал, обладает меньшим числом электронов, чем в отсутствии потенциала (в нейтральном состоянии). Поэтому он интенсивно отнимает электроны и является окислителем. Положительный заряд анода способствует оттягиванию электронов с поверхности внутрь металла, что облегчает взаимодействие молекул воды с положительными ионами, составляющими решетку металлического кристалла. Это взаимодействие способствует переходу ионов металла в раствор, т. е. его растворению.

Катод (отрицательный электрод) обладает избыточными электронами по сравнению с нейтральным состоянием. Поэтому он легко отдает электроны и является восстановителем. Отрицательный заряд катода способствует выделению ионов металла на его поверхности.