Подготовка поверхности детали перед химической металлизацией

Существует несколько способов активирования поверхности деталей см. рис.___.

Обработка поверхности диэлектрика раствором металла — катализатора (раствором солей металла катализатора) или его коллоидным раствором называется прямым активированием (2). Процесс активирования с предварительной сенсибилизацией называется сенсактивированием. Сенсибилизация (1) – это осаждение на поверхность частиц сильного восстановителя, способного связывать или восстанавливать ионы металла (активатора) в растворе его соли. Промывка водой нужна для того чтобы соли активатора не попали в раствор для металлизации. Иногда промывают раствором восстановителя для усиления эффективности активирования (3,4). Для придания активности поверхности иногда достаточно только сенсибилизации. Например, сенсибилизации и активирования в растворе Sn²⁺ для осаждения ионов благородных металлов, чаще всего это Pd, Au, Ag.

Рис. 2.2.

Способы активирования поверхностей диэлектриков.

Механическое нанесение катализатора позволяет избирательно наращивать металлический слой.

В процессе сенсибилизации на поверхности диэлектрика создаются тончайшие плёнки Sn²⁺. В качестве сенсибилизатора чаще всего используют щелочные растворы Sn²⁺, могут применяться для этих же целей также соединения Ge, Fe,Ti могут применяться также галогениды Si, соли Pb и некоторые органические вещества. Согласно наиболее правдоподобной гипотезе, присоединение частиц восстановителя к поверхности диэлектрика происходит не в растворе сенсибилизации, а при последующей промывке поверхности водой.

SnCl ₂ + H₂O ® Sn(OH)Cl + Hcl (1-я ступень)

Sn(OH)Cl + H₂O ® Sn(OH)₂ + HCl (2-я ступень)

Малорастворимая соль Sn(OH)Cl оседает на поверхности вследствие коагуляции, образуя слой толщиной до тысяч ангстрем.

На количество осадков (нерастворимая соль) и их структуру влияет концентрация Sn²⁺ в растворе, а также кислотность раствора, структура и форма покрываемой поверхности и даже гидродинамические параметры промывочной струи воды (т.е. под каким давлением, сколько времени идёт промывка, равномерно или неравномерно струя обрабатывает поверхность и т.д.). Промывка в некоторых растворах значительно увеличивает количество осадков (NH₄OH и Na₂CO₃), так как гидролиз протекает быстрее.

При окислении Sn²⁺ до Sn⁴⁺ эффект сенсибилизации исчезает, однако в небольших количествах Sn⁴⁺ необходимо. Если есть возможность полного окисления Sn²⁺ до Sn⁴⁺, то можно реализовать селективную сенсибилизацию поверхности диэлектрика. Качество металлизации улучшается при увеличении нерастворимых осадков содержащих Sn²⁺, потому что при этом возрастает количество центров кристаллизации химически осаждаемого металла, а также плотность этого металла выше (это хорошо!), однако чрезмерное количество Sn²⁺ на поверхности приводит к образованию толстого и рыхлого слоя металла катализатора и отслаиванию полученных покрытий. Существует много растворов для сенсибилизации.

1. Кислые

SnCl₂·2H₂O - 10 ¸ 100 г / л

HCl - 10 ¸ 50 г / л

Раствор сенсибилизации диэлектрика печатных плат

2. Щелочной состав

SnCl₂·2H₂O - 100 г / л

NaOH - 150 г / л

Сегнетова соль NaKC₄H₄O₆·2H₂O - 175 г / л

3. Спиртовые

SnCl₂·2H₂O - 20 ¸ 45 г / л (в этиловом спирте)

Можно использовать вместо SnCl₂·2H₂O

SnSO₄·nH₂O - сульфат

SnBF₆ - фторборат (для сенсибилизации стекла, керамики, фторопласта)

Для сенсибилизации поверхности, которые плохо смачивается, вводят в растворы поверхностно активные вещества (ПАВ) в разной концентрации от 0,02 г / л до 1 г / л. продолжительность операции сенсибилизации от полминуты до 15 ¸ 20 минут. Температура, как правило, комнатная. После сенсибилизации поверхность промывают и обрабатывают её растворами каталитически активных металлов (Pd, Au, Ag, Pt). Благородные металлы пригодны для этой цели потому, что они легко восстанавливаются и при этом не пассивируются. Важно также, что они все являются хорошими проводниками.

Сущность процесса активирования заключается в осаждении на поверхности диэлектрика трудно растворимых частиц каталитического металла в результате реакции с металлом восстановителем. При химической металлизации эти частицы служат центрами кристаллизации осаждаемого металла. Процесс активирования длится от 0,5 минуты до 5 минут. Чаще всего для активации используют такой простой раствор:

PdCl - 0,1-5 г / л

HCl - 0,35-20 мл / л.

Могут применяться и другие растворы активирования:

Таблица № 2.__

Раствор №1 применяют ограниченно, в основном, для активации одно- и двухслойных плат. Это вызвано тем, что палладий, осаждаясь на торцы фольги и соединяясь с водородом при металлизации, приобретает полупроводниковые свойства. При электрических испытаниях плат полупроводниковые включения пробиваются, вызывая разрушение участков покрытия.

Раствор N2 при активировании снижает скорость меднения почти на порядок, но находящийся в растворе комплексообразователь трилон-Б связывает палладий в комплексы, которые не обладают полупроводниковыми свойствами и не опасны при эксплуатации плат.

Для успешной металлизации диэлектриков (пластмасс) необходимо, чтобы в процессе активирования на квадратном миллиметре платы образовывалось 10-15 частиц палладия, а диаметр каждой частицы был около 50 мкм. Для активирования перед меднением применяют также растворы на основе солей серебра, например раствор N3 и номер 5. Скорость металлизации при этом достаточно высока (2-3 мкм/час), но расход серебра значительно больше, чем расход палладия в растворах номер один и номер два, а это экономически невыгодно (цены палладия и серебра примерно одинаковые). Самым лучшим активатором является золото, его нужно 1 г / л в виде соли: Na₃Au[(SO₃)₂].

При использовании коллоидных активаторов, по данным зарубежных фирм, получают высокую скорость меднения, притом без сенсибилизации.