Химическое меднение

Этот процесс очень широко применяется в производстве печатных плат.

Таблица 2.__ Типовые составы растворов и режимы химического меднения.

Компоненты и технологические характеристики	Замечания	Варианты составов ванн
Медь сернокислая CuSO4·5H2O		10 ¸ 15	25 ¸ 35	25 ¸ 35
Сегнетова соль KNaCuH4O6·2H2O		50 ¸ 60	150 ¸ 170	-
Трилон Б		-	-	80 ¸ 90
Гидроокись натрия NaOH	Создают необходимый pH	10 ¸ 15	40 ¸ 50	30 ¸ 40
Натрий углекислый Na2CO3		2 ¸ 3	25 ¸ 35	20 ¸ 30
Формалин (40%) CHOH мл / л	Восстановитель	15 ¸ 20	20 ¸ 25	20 ¸ 25
Трисульфат натрия Na2S2O3	Стабилизатор	0,001 ¸ 0,0001	0,002 ¸ 0,003	-
Никель хлористый NiCl2·12H2O	Сцепление	2 ¸ 3	2 ¸ 3	-
Роданин		-	-	0,003 ¸ 0,005
Моющее средство “Прогресс”	ПАВ	-	0,5 ¸ 1	-
Калий железосинеро-дистый		-	-	0,1 ¸ 0,15

Скорость осаждения меди мкм/час от 0,8 до 4. Самая быстрая ванна №3 самая

медленная №1. Температура ванны от 20 до 50°C. pH ванн меняется от 11,5 до 12,5.

Процесс химического меднения основан на восстановлении формальдегидом ионов двухвалентной меди из её комплексных солей. Все растворы химического меднения содержат: соль двухвалентной меди; восстановитель – формальдегид и соединения, содержащие бор (другие восстановители менее эффективны); комплексообразователи (лиганды), вещества, регулирующие pH раствора, различные добавки, носящие ионы никеля, так как ионы никеля обеспечивают хорошее сцепление меди с диэлектриком; ПАВ, необходимые для облегчения удаления водорода в процессе меднения.

Комплексообразователи (лиганды) – это вещества предотвращающие выпадение гидроокиси меди в щелочном растворе.

В процессе приготовления раствора происходит взаимодействие катиона двухвалентной меди с сегнетовой солью и с добавкой щёлочи, описывается процесс взаимодействия вот такой химической реакцией:

CuSO₄ + + 2NaOH ® +Na₂SO₄ + 2H₂O

Полученное комплексное соединение окрашено в интенсивно синий цвет. Комплексные ионы более устойчивые системы, чем простые молекулы. Процесс взаимодействия тартрата меди с формалином в присутствии палладиевого катализатора схематически описывается следующей формулой:

+ 2NaOH + 2HCOH Cu + 2HCOONa + H₂ + +

Процесс сопровождается бурным выделением водорода. На скорость химического меднения существенно влияет концентрация двухвалентной меди в растворе. Меньше влияет концентрация формальдегида CH₂O. Скорость меднения возрастает при повышении температуры. Рекомендуемый диапазон температур от 30 до 60 °C. Пассивация поверхности возможна по следующим причинам:

1) снижение pH раствора

2) контактирование меди с кислородом воздуха

3) слишком высокая температура, например выше 60°C

Для удаления пассивной плёнки, если она образовалась, необходимо добавить щёлочь, чтобы повысить pH раствора. Применяемые лиганды[1] должны удовлетворять следующим требованиям:

1) образовывать прочный комплекс двухвалентной меди в щёлочи для предотвращения выпадения в осадок трудно растворимой Cu(OH)₂ – альтернатива лигандам.

2) не реагировать с формальдегидом

3) не тормозить процесс восстановления меди

Среди простых неорганических веществ нет ни одного, удовлетворяющего этим требованиям. Лучшими для этих целей являются органические вещества – тартраты или глицерин (тартратвиннокислый калий или натрий). Для придания большего pH раствора лучше использовать NaOH. Так как процесс химического меднения носит автокаталитический характер, то для предотвращения восстановления меди в растворе необходимо применять стабилизаторы. То есть, чтобы медь восстанавливалась не в растворе, а на поверхности диэлектрика. Стабилизаторами служат такие вещества: цианиды, триосульфат натрия, триомочевина. Присутствие ионов никеля в растворе меднения увеличивает сцепление меди с поверхностью, но несколько снижает скорость меднения. Чем выше скорость осаждения, тем хуже качество осаждённого слоя. Скорость осаждения можно варьировать с помощью температуры, состава раствора и т.д. Явное присутствие частиц никеля в плёнке меди заметить нельзя, так как частиц никеля совсем немного (от 3% до 4%), аналогично никелю могут действовать частицы кобальта. Процесс химического меднения требует тщательного соблюдения режимов и концентрации.

Недостатки химического меднения:

1) все растворы разового — действия и имеют низкую плотность загрузки

2) растворы очень нестабильны и требуют тщательной отработки процесса

3) получившийся слой меди – низкого качества (высокое электрическое сопротивление, плохая адгезия)

Размер кристаллов меди химически осаждённой плёнки ~ 0,13 мкм. Эти кристаллы имеют высокие внутренние напряжения и сравнительно низкую твёрдость. Напряжения химически осаждённой меди не снимаются термообработкой. Химические медные покрытия являются достаточно плотными только при толщине слоя меньше 10 мкм (более толстые медные покрытия будут рыхлыми, станут отслаиваться и т.д.). Пластичность медных покрытий увеличивается при уменьшении скорости меднения, а также при повышении температуры раствора (главное не переусердствовать, а то могут разлагаться хим. реактивы). Электрическое сопротивление химических медных покрытий значительно превышает сопротивление чистой металлической меди, оно составляет 1,7·10^-6 Ом / см. Сопротивление плёнки зависит от состава, используемого при меднении, от толщины покрытий и может достигать 26·10^-6 Ом / см.