книги / Технология многослойных печатных плат
..pdfФизические свойства осадкою меди
|
Химически |
Гальваническая медь, осажден |
|
Параметр |
ная из |
электролита |
|
осажденная |
|
|
|
|
медь |
сернокислого |
борфтористо- |
|
|
водородного |
|
|
|
|
|
Удельное электрическое |
со |
|
|
противление, Ом-см |
1,75-10—° |
1,72* 10- в |
1,76-10—6 |
Пластичность, % |
3,5 |
12,6 |
16 |
Микротвердость |
137 |
120...130 |
125...135 |
Основные неполадки при гальваническом меднении из борфтористоводородного и сернокислого электролитов:
|
|
|
|
|
|
|
Возможные причины |
|
|
|
|
|||||||
Грубая |
крупнокристаллическая |
Высокая |
плотность |
тока, |
недостаток |
|||||||||||||
структура |
осадков, |
кристаллиза |
кислоты по отношению к содержа |
|||||||||||||||
ция сульфата меди на анодах и |
нию меди |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
дне ванны |
|
|
|
|
|
|
Включение |
в |
осадок |
механических |
||||||||
Темные шероховатые осадки |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
примесей или закиси меди при не |
|||||||||||
Светлые (блестящие полосы) |
достатке кислоты |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Загрязнение |
|
органическими |
вещест |
|||||||||||||||
Пассивирование анодов |
|
вами |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Недостаток кислот |
|
|
|
|
|
||||||||||||
Скорость |
осаждения |
покрытия |
Снижение выхода по току из-за на |
|||||||||||||||
меньше расчетной |
|
|
|
копления |
ионов железа |
|
|
|
|
|||||||||
Плохое качество |
металлизации в |
Недостаточная |
скорость |
покачивания |
||||||||||||||
отверстиях |
плат |
с |
проводников |
плат при осаждении |
меди |
|
|
|
||||||||||
Растворение |
меди |
Отсутствие контакта платы с под |
||||||||||||||||
на одной стороне заготовки |
веской |
и |
растворение |
меди |
|
вслед |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ствие биполярного эффекта |
|
|
|||||||||
Хрупкость медных осадков |
|
Накопление |
|
в |
электролите |
органи |
||||||||||||
Отслоение |
электроосажденной ме |
ческих примесей |
|
|
разделительных |
|||||||||||||
Наличие |
окисных |
|||||||||||||||||
ди от фольги |
|
|
|
|
|
слоев на фольге или неудаленного |
||||||||||||
Темно-серый «подгар» осадков из |
слоя |
химически |
осажденной |
меди |
||||||||||||||
Недостаток хлоридов |
|
|
|
|
||||||||||||||
электролита |
с |
добавкой |
ЛТИ |
Избыток |
кислоты |
при |
низкой |
кон |
||||||||||
Рыхлый и |
губчатый |
осадок меди |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
центрации |
меди, |
высокая |
катодная |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
плотность |
тона. Малое |
межэлектрод |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ное расстояние |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Появление |
на |
поверхности |
покры |
Загрязнение |
электролиза |
органичес |
||||||||||||
тия блестящих |
и |
темных |
полос |
кими |
примесями. |
Загрязнение |
элек |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
тролита |
примесями |
тяжелых |
|
метал |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
лов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В [35] исследовано влияние ннешнего магнитного поля на ха рактеристики медного гальванического покрытия, обнаружено уменьшение энергии, необходимой для осаждения металлизации при возрастании напряженности магнитного поля. Особенности воздействия поля на формирование металлизации отверстий, а именно увеличение однородности распределения меди, могут иметь практическое применение при производстве ПП.
После осаждения меди на ее поверхность наносятся различные покрытия, в основном, сплавы. Осаждение электролитических спла вов — важный способ получения покрытий с новыми физико-хи мическими свойствами.
11.3. ОСАЖДЕНИЕ СПЛАВА ОЛОВО—СВИНЕЦ
Сплав (ОС) (61+5 олова, 39_5% свинца) наносится на ПП для обеспечения пайки элементов и в качестве защитного резиста при травлении. Для совместного выделения на катоде двух метал лов необходимо достижение потенциала, достаточного для выделе ния каждого из них. Потенциалы олова и свинца в борфтористоводородных растворах столь близки, что совместное выделение их на катоде возможно при самых низких значениях плотности тока. В этом электролите олово является менее благородным металлом: <pSn/Sn2+= —0,14В; ФРЬ/РЬ2+—0,13В.
Оловянно-свинцовые покрытия могут быть получены из борфто- ристо-, крем'нефтористоводородных и фенолсульфоновых электро литов. Промышленное применение пока нашел лишь борфтористоводородный электролит. Для предупреждения резких колебаний значений pH в электролит вводят борную кислоту, что повышает буферную емкость раствора, т. е. позволяет поддерживать pH в узких пределах, препятствует разложению фторборатов. Разложе ние фторбората свинца может вызвать выпадение в осадок свин ца в виде фторида свинца, изменив соотношение солей металлов в растворе и соответственно состав осадка. Свободная борфтористоводородная кислота повышает электропроводность электролита, увеличивает стойкость к гидролизу борфтористоводородных солей ионов металла Sn(BF4) 2+ 2 H2O ^S n(O H ) 2 + 2HBF4, сдвигая рав новесие реакции в левую сторону, снижает концентрацию ионов металлов, уменьшает разрастание покрытия, измельчает зерно сплава. Как показала практика, наибольшее затруднение вызывает приготовление фторбората олова. Взаимодействием фторборной кислоты с окисью или гидроокисью олова химически чистую соль фторбората олова получить -нельзя. Раствор фторбората олова получается лишь при контактном вытеснении металлическим оло- BOIM меди из фторбората медиРеакция эта протекает медленно, для ускорения необходимо раствор фторбората меди нагревать до 65... 85° С. Металлическое олово (в виде стружки) следует вво дить постепенно, при перемешивании. Присутствие клея или пеп тона в электролите необходимо не только для получения осадков с мелкокристаллической структурой, но и для обеспечения опреде ленного содержания олова в катодном осадке. С увеличением со держания клея в электролите повышается содержание олова в осадке, а при отсутствии клея практически осаждается один сви нец. Измерения катодной поляризации при раздельном осаждении свинца и олова в присутствии различных концентраций клея по казало, что процесс осаждения свинца тормозится в значительно
большей степени при введении в электролит клея, чем при осаж дении олова. Именно этим можно объяснить повышение содержа ния олова в осадке по мере увеличения содержания клея в элект ролите. Как правило, изменение условий электролиза, которые вы зывают повышение поляризации, соответствует осаждению менее благородного металла — олова. Гидрохинон, являясь восстановите лем, тормозит окисление двухвалентного олова до четырехаалентного. Олово четырехвалентное образует метаоловянную кислоту, которая выпадает в осадок, увлекая за собой клей. Толщина спла ва при использовании его в технологии ПП должна составлять 10 12 мкм. Толщина припоя ОС в соответствии с американским стандартом должна быть минимум 8 мкм. Сплав должен быть го могенным и полностью покрывать проводники. Содержание олова в припое должно составлять 61-1-5%. Процесс осаждения ведется при катодной плотности тока 1 А/дм2, pH ^0,5. При этом скорость осаждения сплава равна 30 мкм/ч.
Электроосаждение сплавов требует более строгого соблюдения режимов, для того чтобы получить сплав требуемого состава. В зависимости от габаритных размеров платы и ее расположения в
ванне металлический резист осаждается |
при различной плотнос |
ти тока: в центре платы — меньшей, на |
краях — в 1,5... 2 раза |
большей. Изменение плотности тока влияет на соотношение ком понентов в покрытии, что, в свою очередь, влияет на пояемость. Электролитический сплав ОС-61 находится в соответствии с ди аграммой состояния. Свинец и олово не образуют ни твердых рас творов, ни интерметаллов, давая эвтектическую смесь. Точка плав ления сплава ОС эвтектического состава (61 олова, 39% свинца) равна 183° С. Она повышается, если нанесенное покрытие имеет более высокое содержание любого из составляющих, достигая 240 ... 260° С, что может привести к короблению ПП. Во время пе рерыва в работе аноды следует удалять из электролита и закры вать ванну плотной крышкой. Для ПП, где в основном применя ют оловянно-свинцовое покрытие, разработаны новые электролиты, характеризующиеся низким содержанием ионов металлов (олова, свинца) и высокой концентрацией свободной борфтористоводородной кислоты.
В [36] исследовались равномерность распределения осадка и состав сплава ОС, осажденного из двух различных борфтористово-
дородных электролитов. Интересно отметить, что при |
работе с |
||||
электролитом II катодная плотность тока достигает 2А/дм2. |
|
||||
|
|
Электро- |
Электро- |
||
|
|
лит I |
лит II |
||
Олово борфтористоводородное (в пересчете на |
|
|
|
||
металл) |
Sn(BF4)2, г/л |
40 |
60 |
14 |
16 |
Свинец борфтористоводородный (в пересчете на |
|
|
|
||
металл) |
Pb(BF4)2, г/л |
25.. .40 |
8 . . . |
10 |
|
Кислота |
борфтористоводородная |
(свободная) |
|
|
|
HBF4, г/л |
40 |
75 |
250 ... 28( |
||
Кислота |
борная Н3В 0 3, г/л |
20 |
30 |
25 ...30 |
|
Клей, г/л |
1 |
1,5 |
1 |
1,5 |
Борфтористоводородное |
олово, Sn(BF4)2, г/л |
60 |
|
Борфтористоводородный |
свинец |
Pb(BF4)2, г/л |
25 ... 30' |
Борфтористоводородная |
кислота |
HBF4, г/л |
400 |
Борная кислота Н3 ВО3 , |
г/л |
|
25 |
В приготовленный электролит добавляют 20 г/л препарата ОС-20, 20 мл формалина и 10... 11 мл добавки Н-3. Рабочая плот ность тока 6... 8 А/дм2, при этом необходимо покачивание катод ных штанг.
В последние годы разработаны новые добавки, улучшающие качество сплава ОС, позволяющие поднять рассеивающую способ ность электролита в рабочую плотность тока. Составы электроли тов и режимы для получения оловянно-свинцовых покрытий:
Фторборат |
олова |
(в |
пересчете на |
Sn(BF4)2, |
г/л |
12... 15 |
||||
Фторборат |
г/л |
свинца |
(в |
пересчете |
на |
РЬ) |
7... 9 |
|||
Pb(BF4)2, |
|
|
|
|
. . . |
|
||||
Кислота |
борфтористоводородная, |
HBF4, г/л |
|
250 ... 280 |
||||||
Кислота |
борная Н3 В03, г/л |
|
|
|
|
20... 30 |
||||
Пептон |
или |
клей, |
г/л |
|
|
|
|
4... 6 |
||
Гидрохинон, |
г/л |
0 %-ный |
раствор), |
мл/л |
|
0,5 1 |
||||
Синтанол ДС-10 (1 |
|
— |
||||||||
Синтанол ДС-натрий (10%-ный раствор), мл/л |
|
— |
||||||||
Режим осаждения: |
|
|
. . . |
|
|
|
18...25 |
|||
температура, ° С |
|
|
|
|
||||||
катодная |
плотность тока, А/дм2 |
|
|
1 ...2 |
25... 30
15... 18
80... 90
10 15
—
—
60
5
оо |
to С Л |
1...3
Присутствие примеси меди в электролите в количестве более 0,1 г/л нежелательно, так как медь легко осаждается с основным сплавом, окисляет олово в растворе, может способствовать пасси вации и снижает паяемость сплава. Для удаления меди необходи мо проработать электролит при плотности тока 3... 4 А/дм2 и на пряжении 1 ... 1,5 В. Аноды из сплава ОС с 60%-ным содержани ем олова и 40%-ным — свишца применяются в виде материала, поставляемого по ТУ 48-13-20—77.
Основные неполадки при осаждении сплава ОС:
|
|
|
Возможная причина |
Способ устранения |
||||||
Наросты |
на острых |
Высокая |
плотность |
Снизить |
плотность |
|
тока |
|||
краях |
|
|
тока |
|
Произвести |
анализ, |
до |
|||
Крупнокристалличе |
Пониженное содержа |
|||||||||
ская структура |
осад |
ние борфтористоводо- |
бавить |
борфторнстоводо- |
||||||
ка (образование |
ден |
родной кислоты |
родную |
кислоту |
до |
нор |
||||
дритных наростов) |
Недостаток |
клея в |
мы |
|
|
в |
элект |
|||
|
|
|
Добавить клей |
|||||||
Плохая рассеивающая |
электролите |
|
ролит |
|
анализ |
и от |
||||
Недостаток свободной |
Произвести |
|||||||||
способность ванны |
борфтористоводород- |
корректировать |
электро |
|||||||
Плохое |
сцепление по |
ной кислоты |
|
лит |
|
подготовку |
||||
Неудовлетворитель |
Улучшить |
|||||||||
крытия |
|
|
ная подготовка перед |
плат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
покрытием |
|
|
|
|
|
|
|
Полосчатость осадка |
Избыток клея |
в элек |
Отфильтровать |
|
осадок. |
|||||||||||||
|
|
тролите |
|
|
|
|
Разбавить электролит во |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дой |
и |
скорректировать |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
его |
по |
результатам |
ана |
||||||
Избыточное коли- |
Избыточное |
количество |
лиза |
|
|
|
|
|
|
|
ко |
|||||||
Осадить избыточное |
||||||||||||||||||
чество |
свинца в |
свинца в электролите |
|
личество |
свинца |
H2 S04 |
||||||||||||
.осадке |
|
|
|
|
|
|
|
|
в отдельной порции элек |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тролита, |
объем |
|
которой |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
зависит |
от |
объема |
ван |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ны |
и количества |
в |
избы |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
точного |
свинца |
|
элек |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тролите. |
Отфильтровать |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
от осадка и раствор при |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
соединить |
к |
основному |
|||||||
|
|
Состав |
электролита |
в |
электролиту |
|
электролит |
|||||||||||
|
|
Добавить |
в |
|
||||||||||||||
|
|
норме по свинцу, но ко |
1... 2 г/л клея. Ввиду |
|||||||||||||||
|
|
личество клея |
недоста |
того, что клей со време |
||||||||||||||
|
|
точное |
|
|
|
|
|
нем коагулирует, |
|
необхо |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
димо вводить его |
пери |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
одически |
(1 |
|
раз |
|
в |
15... |
|||
|
|
Недостаточное |
количест |
... 2 0 |
дней) |
|
|
|
|
|
ко |
|||||||
|
|
Ввести |
недостающее |
|||||||||||||||
|
|
во олова в электролите |
личество |
олова |
|
в |
элек |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тролит. |
При |
небольшом |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
количестве |
|
недостаю |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
щего олова |
|
ввести |
оло |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
во |
путем |
|
проработки |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
электролита |
|
с |
добавоч |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ными |
оловянными |
ано |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дами ( |
в |
количестве |
2 ... |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
... 4 |
на |
ванну |
до |
|
получе |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ния |
нужного |
|
состава |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
осадка |
по |
олову) |
При |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
большом |
количестве |
не |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
недостающего олова |
вве |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сти его в электролит че |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рез |
углекислую |
|
медь, |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
для чего в часть элек |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тролита |
вводится |
угле |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кислая |
медь, которая |
за |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тем |
вытесняется |
|
порош |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кообразным |
|
оловом |
|
||||||
Низкая |
скорость |
Плохая |
растворимость |
|
Зачистить |
аноды |
краце- |
|||||||||||
осаждения сплава |
анодов |
вследствие обра |
вочной |
щеткой, |
зачистку |
|||||||||||||
|
|
зования на них |
пассив |
производить |
|
периодиче |
||||||||||||
|
|
ной пленки. |
|
|
|
ски через |
1,5... 2 |
|
ч |
рабо |
||||||||
|
|
Мала площадь анодов |
ты. |
Увеличить |
анодную |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
поверхность. |
|
Отношение |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
площади |
анодов |
|
и като |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дов должно быть не ме |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нее |
2 : 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Плохая адгезия |
Неполное |
удаление |
фо |
Улучшить |
|
|
подготовку |
|||||||||||
|
|
торезиста |
или |
образова |
плат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
ние |
органических |
пленок |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
на |
поверхности |
провод |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
ников |
во |
время |
сушки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|