8 Вопрос Технологические параметры процессов химической металлизации.

Существуют несколько таких параметров:

1. Скорость процесса химической металлизации.

Она выражается в мкн/ч или в г/м²*ч. Ввиду того, что скорость процесса металлизации непостоянна во времени ввиду расхода основных компонентов, скорость процесса определяют за какой-то конкретный промежуток времени (полчаса, час). Скорость процесса металлизации максимальна в технологиях химического никелирования (25-30 мкм/ч), где соизмерима со скоростями процесса при электроосаждении металлов. Для процессов меднения, золочения, серебрения, скорости химической металлизации намного меньше, и обычно лежат в пределах 0,5-3 мкм/ч. Скорость процесса рассчитать достаточно сложно, как правило, её определяют по привесу детали за определённый промежуток времени. Для этого толщину покрытия делят на время осаждения.

Скорость металлизации можно выразить через обычное уравнение химической кинетики, где завязаны концентрации компонентов раствора.

Почитать по нему реальную скорость сложно, но из уравнения можно оценить влияние на скорость отдельных компонентов через показатели степени. Величина a и b обычно меньше единицы, т.е. в начальный момент времени осаждения, когда компоненты ещё не израсходовались, их концентрация на скорость влияет мало. По мере выработки раствора a и b стремятся к единице, а значит, скорость напрямую зависит от концентрации этих компонентов ввиду возникновения диффузионных ограничений. Величина с меньше нуля, и значит, чем кислее раствор и чем быстрее идёт подкисление, тем меньше может быть скорость процесса. Концентрация лиганда в степени d, как правило, в меньшей степени влияет на скорость, т.е. d = 0, но при избытке лигандов скорость будет уменьшаться. Из уравнения видно, что на скорость будет влиять и температура. Чем выше температура, тем больше будет скорость и рост скорости идёт по экспоненте. Поэтому большинство процессов химической металлизации работают при температурах выше 90 С, хотя реальный процесс осаждения насаждается с температур 50-60 С, но с маленькой скоростью.

2. Срок жизни раствора (число оборотов раствора/число корректировок раствора)

Параметр показывает, как долго может работать заданный объём раствора. Известно, что основные компоненты расходуются и их необходимо корректировать, но корректировку можно проводить не бесконечно, так как нарабатываются продукты реакции, влияющие на стабильность раствора и на растворимость солей. Накопление этих продуктов требует смены раствора с отправкой его на утилизацию. Срок жизни раствора показывает сколько металла в виде покрытия можно получить из данного раствора до момента его утилизации. Если это количество металлопокрытия разделить на исходную концентрацию ионов металла, то получаем количество оборотов раствора. Удобнее пользоваться числом корректировок раствора до момента его сброса. Число корректировок можно посчитать, зная растворимость продуктов реакции; число корректировок исчисляется десятками, но зависит от природы раствора и растворимости продуктов. Например, щелочные растворы химического никелирования можно корректировать от 50 до 70 раз, а кислые растворы – 10-12 раз, так как растворимость фосфитов в кислой и щелочной среде различна.

3. Эффективность работы восстановителя (коэффициент использования восстановителя).

Он показывает, какая доля расхода восстановителя идёт на полезный процесс восстановления покрытия по отношению к общему расходу восстановителя, т.е. этот коэффициент оценивает долю побочных процессов. Известно, что электроны восстановителя могут идти на восстановление ионов металла, на восстановление неметалла и на восстановление водорода. Задача – иметь наиболее высокий коэффициент использования восстановителя, т.е. нужно подавить побочные процессы. Для расчёта этого коэффициента нужно знать расход восстановителя на осаждение покрытия, который считается по уравнению реакции, зная реальный привес (реальное количество покрытия), а общий расход определяется аналитически. Коэффициент использования восстановителя зависит от механизма процесса, т.е. от того, насколько правильно мы используем реакцию для осаждения металлопокрытия. В зависимости от механизма процесса, этот коэффициент лежит в пределах 20-100%. Расчёт коэффициента нужен и для того, чтобы оценить реальный расход наиболее дорогого компонента растворов химической металлизации.

4. Чувствительность раствора к активации.

Данный параметр используется для оценки металлизации диэлектрических основ (неметаллов). В качестве активатора диэлектриков используются соли палладия (хлорид), эта соль, восстанавливаюсь на поверхности диэлектрика до палладия, катализирует последующий процесс химической металлизации (меднения). Чувствительность растворов активации показывает минимальное количество палладия, которое необходимо на поверхности для устойчивого начала процесса последующей химической металлизации. Например, для процесса химического меднения количество палладия составляет 0,3-5 мг/м², а для химического никелирования – 1 мг. Данный параметр позволяет оценивать и стабильность раствора. Избыток активатора приводит к объёмному разложению раствора, и раствор будет тем стабильнее, чем большее количество активатора может в него поступить. Этим способом проверяют действие различных видов добавок-стабилизаторов.

5. Плотность загрузки.

Она показывает, какую площадь поверхности детали можно покрывать в заданном объёме раствора. , лежит в пределах: 1-2 дм²/л (подвески), 3-4 (корзины), 6-8 (барабаны или колокола). Данный параметр показывает производительность раствора, т.е. какую массу металла в виде покрытия можно получить из объёма. Нужно учитывать, что чем меньше плотность загрузки, тем больше можно получить толщину, раствор медленнее вырабатывается по компонентам, процесс идёт более долго, а коэффициент использования восстановителя – выше. И наоборот, при максимальных плотностях загрузки можно получить быстро, за короткое время, покрытие небольшой толщины на большом количестве деталей. Здесь снижается стабильность раствора и уменьшается коэффициент использования восстановителя.

6. Стабильность растворов.

Выражается в % и показывает долю компактного металлопокрытия к общей массе металлопокрытия на детали и в объёме.

В идеале, стабильность должна быть 100%, порошка и мелких частиц не должно быть. В большинстве случаев стабильность находится в пределах 90-98%, что приемлемо. На стабильность раствора влияют с помощью добавок-стабилизаторов.