19 Вопрос Особенности подготовки поверхности.

Химической металлизации подвергают различные неметаллические, т.е. не проводящие, материалы, включая пластмассы, стекло, керамику, порошки, ткани и многое другое. Так как на поверхности нет слоя, через который могли бы продвигаться электроны от восстановителя к ионам металла, то необходимо или создать этот слой, или сформировать на такой поверхности очаги с металлом-катализатором.

Первый вариант используется редко и включает в себя обработку составами, которые дают электропроводящую плёнку. Это могут быть специальные лакокрасочные материалы, составы, включающие металлы, а могут быть варианты, когда в состав диэлектрика принудительно в специальных установках вводят атомы металла.

В большинстве случаев применяют технологию, которая включает в себя две основные операции:

1. Сенсибилизация

2. Активация

Сущность таких операций заключается в том, что сначала мы насыщаем поверхность восстановителем, а затем этот восстановитель при определённых условиях будет восстанавливать ионы металла-катализатора, который тоже зацепляется на поверхности. Затем частицы металла-катализатора в последующем растворе химической металлизации будут приводить к окислению на них восстановителя с поставкой электронов для восстановления ионов металлопокрытия.

Сенсибилизация.

Эта операция насыщения поверхности ионами восстановителя.

В качестве раствора сенсибилизации используют:

SnCl₂*2H₂O – 20-25 г/л; чтобы соль не гидролизовалась, вводят HCl 40-60 г/л. Температура 18-25 С, время от 0.5 до 15 минут. В таком растворе образуется комплексная соль олова

В принципе, эта операция ничего не даёт. Эффект даёт последующая операция обычном промывки, когда комплексная соль олова начинает гидролизоваться, переходить в труднорастворимое состояние и зацепляться на поверхности.

Образовалась коллоидная плёнка переменного состава, но считается, что наибольший эффект даёт состояние, когда она имеет формулу . Качество сенсибилизации будет улучшаться, если мы ускорим гидролиз, что можно сделать поднятием температуру. Промывку можно делать тёплой или горячей.

Можно использовать промывку, которая имеет слабо щелочную среду, гидроксидная составляющая будет усиливаться. Промывку могут вести в растворе соды или фосфатов, главное – чтобы pH промывки не превышал 9-10, т.е. чтобы ещё не образовались хорошо растворимые станнатные (?) комплексы.

Сенсибилизация также выбирается в зависимости от состояния поверхности детали. Если поверхность шероховатая, то на ней легче будут идти процессы гидролиза и большее количество солей олова сформируется на поверхности. Это не всегда хорошо, т.к. при последующих операциях активирования может сформироваться избыточное количество катализатора. Поэтому для шероховатых поверхностей применяют более разбавленные растворы сенсибилизации.

Если поверхность слишком гладкая или трудно смачиваемая, то в первом случае её делают микрошероховатой за счёт операции травления, а во втором случае в состав сенсибилизации вводят добавки ПАВ-смачивателей (лаурилсульфат натрия).

Активация.

Это обработка сенсибилизированной поверхности диэлектрики в растворах, содержащих ионы металлов-катализаторов. Металлами-катализаторами могут являться те, которые имеют небольшой ток обмена, положительный потенциал, легко поляризуются и быстро выводят потенциал металлоосновы в область металлизации. К таким металлам можно отнести платину, серебро, рутений, осмий, а в большинстве случае используют палладиевую активацию (обработку поверхности в растворах хлористого палладия).

Простейшим раствором является солянокислый раствор соли палладия

PdCl₂ – 0,05-1,5 г/л, для устойчивости хлоридного комплекса HCl 12-18 г/л. Температура обычно цеховая 18-25, время обработки 0,5-2 минуты.

Палладий высадится на поверхности.

Палладиевая активация позволяет сформировать плёнки, которые при определённых толщинах даже становятся электропроводящими. Если последовательно по несколько раз проводить операции сенсибилизации и активации, слой катализатора становится весьма толстым, видимым и электропроводящим. В принципе, к такой поверхности можно подводить ток. Обычно этого не делают, так как несколько монослоёв палладия уже обеспечивают нужное количество катализатора для последующего процесса химической металлизации.

Палладиевая активация проводится перед процессами химического меднения, химического никелирования и при осаждении сплавов.

Активацию иногда рекомендуют проводить в горячих растворах, где восстановление происходит быстрее. Иногда рекомендуют сушить диэлектрики перед последующей металлизацией или применять легкоиспаряющиеся растворы. Качество и сенсибилизации, и активации будет зависеть от того, насколько компактно и плотно расположены реакционные центры, где могут протекать реакции восстановления ионов палладия до металла. Например, этому способствуют добавки хлоридов в виде KCl в раствор, или даже четырёхвалентного олова, что приводит к быстрой коагуляции реакционных частиц за счёт повышения ионной силы раствора.

В большинстве случае применяют технологию раздельного активирования и сенсибилизации, но есть растворы и совмещённой активации, которые одновременно содержат и комплексные ионы олова, и комплексные ионы палладия (тоже хлоридные). Это часто используется в производстве печатных плат для металлизации сквозных отверстий. При нагревании совмещённого раствора происходит реакция восстановления ионов палладия двухвалентным оловом, в результате чего на поверхности присутствует много частиц, которые друг другу мешают: двухвалентное олово, четырёхвалентное олово, частицы металлического палладия, гидроксиды.

Как правило, полученного палладия здесь изначально не хватает для уверенного начала процесса металлизации, поэтому при совмещённой операции активации требуются дополнительные виды обработки. К ним относят кондиционирование и операцию акселерации.

Кондиционирование – это обработка активированной поверхности в растворе соляной кислоты средних концентраций или в щёлочи. В результате обработки с поверхности смываются неактивные, труднорастворимые, прежде всего – гидроксидные осадки двух- и четырёхвалентного олова. Значит, доля металлического палладия на поверхности повышается. Чтобы ещё больше увеличить эту долю, активированные поверхности обрабатывают в растворах акселерации. Это растворы, содержащие восстановитель в избыточном количестве. Вид восстановителя и pH раствора такие же, как и в последующей основной ванне металлизации. За счёт восстановителя, недовосстановленный двухвалентный палладий восстанавливается до металла, образуются каталитические центры в нужном для реакции количестве. После такой обработки деталь без промывки помещается в основной раствор металлизации.

Акселерация даёт следующие преимущества:

1. Индукционный период начала процесса в основной ванне сильно сокращается

2. Начальная скорость возрастает

3. Ванна акселерации одновременно работает как ванна улавливания ионов палладия и частиц металлического палладия, предотвращая их попадание в объём раствора основной ванны, что могло бы привести к её объёмному разложению

Если основной процесс проходит с гипофосфитом, то ванна акселерации содержит гипофосфит; боргидрид – боргидрид (в 5-10кратной концентрации). Если формалин, то можно проводить акселерацию в формалине… Акселерация ускоряется при увеличении температуры. Температуру держат чуть ниже или примерно такую же, как и в основной ванне металлизации.

Операции подготовки металлических и неметаллических основ перед химической металлизацией.

Эти операции имеют то же назначение, что и в традиционной гальванотехнике. Они обеспечивают удаление жировых загрязнений (обезжиривание и травление). Для металлических основ используют те же составы, что и в гальванике; для неметаллических обычно более разбавленные (мягкие) обезжиривающие растворы, в основном содержащие фосфаты, карбонаты, добавки ПАВ. Если поверхность покрыта жировыми загрязнениями, различными маслами или смазками, обезжиривание лучше проводить с помощью органических растворителей, начиная от бензина и white spirit и до хлорированных углеводородов.

Операция травления для металлов будет определяться природой металла. Для черных металлов, как правило – смеси серной и соляной кислот; для цветных металлов составы могут быть разными. Более важен подбор травильных растворов для диэлектриков, а травление их тоже необходимо, так как оно должно обеспечить нужную микрошероховатость и нужные адсорбционные свойства, чтобы закрепить на поверхности компоненты растворов сенсибилизации и активации. Универсальных травильных растворов для диэлектриков нет, но все травильные растворы для них должны содержать минимум 2 компонента, один из которых окисляет поверхность, делая её более шероховатой, а другой разрушает поверхностные полимерные цепочки, формируя в этих слоях полярные группы, которые будут сорбировать нужные компоненты при последующих операциях.

В зависимости от типа диэлектрика, подобраны оптимальные травильные растворы. Для полистирола и ПВХ – это смесь хромистого ангидрида и серной кислоты. Процесс травления ведут при повышенной температуре (60-70 градусов), поверхность приобретает видимую шероховатость. Полиэтилен травят в смеси азотной и соляной кислот/серной кислот, обычное стекло травится смесью серной и плавиковой кислот. Травильные растворы весьма агрессивны, поэтому чтобы испортить размеры и поверхность деталей нужно чётко выдерживать концентрацию и температуру.

После операции травления диэлектрические основы подвергают традиционной обработке: сенсибилизации, активации и акселерации. Затем деталь помещается в нужную ванну металлизации.