Руководство цеховым технологам: химическое меднение
(перевод статьи из журнала «The PCB Magazine», август 2020, автор статьи — Michael Carano,
Введение
Процесс химической металлизации (известный как металлизация сквозного отверстия или PTH) — это система многих производственных шагов с выраженной целью непрерывного получения прочно держащегося осадка, без пустот, в сквозных отверстиях и на поверхности печатной платы. В то время как эти различные шаги в процессе все играют роль в успешности операции процесса, цель данной публикации — сам процесс химического меднения. Расмотрение сфокусировано на составе меднения на основе хлорида меди, ЭДТА, формальдегида и гидроокиси натрия.
Процесс автокаталитического меднения
Растворы химического меднения по своей природе термодинамически нестабильны. Есть несколько побочных реакций при ежедневной работе раствора химического меднения. Стабильность раствора металлизации требует заботливости со стороны цехового технолога. Ожидается постоянная нестабильность раствора химического меднения для ионов меди, чтобы восстановиться до металла. Однако, стабильность раствора может контролироваться, чтобы предотвратить вредоносные дефекты, включая дефект межсоединения (ICD), избыточную толщину металлизации и избыточное напряжение медного осадка. Только одно напряжение осадка может привести к вспучиванию меди на стенке отверстия и отделению её от поверхности меди внутреннего слоя.
Несколько ключевых аспектов стабильности охватывают следующее:
- стабильность будет снижаться при росте удельного веса;
- стабильность будет снижаться при росте температуры;
- Хотя стабильность улучшает при работе на низкой температуре, скорость падает до точки, где получается средний осадок из раствора.
- Низкая загрузка при периодическом использовании (< 3 кв. фут/гал/смена) снижает количество активного стабилизатора в ванне, уменьшая его стабильность. В таком случае ожидаются избыточные потери меди.
- Удельный вес раствора химического меднения должен контролироваться каждую смену. При росте удельного веса растёт потеря меди или высаживание (рисунок 1). Примечание: проконсультируйтесь у поставщика конкретного, используемого процесса химического меднения. Могут быть различия в рекомендациях по удельному весу.
- Рабочая ванна, содержащая раствор химической меди, должна вытравливаться каждые несколько недель, в зависимости от интенсивности работы и обслуживания. Хорошей практикой является наличие двух ванн химического меднения в линии сквозной металлизации (РТН). Когда одна выбывает на обслуживание, то другая — готова к работе.
- Единичные, кратковременные скачки температуры не сказываются неблагоприятно на стабильности.
Рис. 1 Пример высаживания меди
Срок службы раствора химического меднения
Как бы нам этого не хотелось, но растворы металлизации не могут существовать вечно. Есть множество факторов, негативно влияющих на полезный срок службы раствора металлизации. Раствор химического меднения не исключение.
Факторы, влияющие на полезный срок службы раствора химического меднения, могут охватывать:
- состояние ванны (есть ли высаживание меди по стенкам ванны?);
- график обслуживания;
- фильтрация (удаляются ли эффективно частицы меди?);
- продолжительность простаивания ванны без работы и указания по температуре;
- продолжительный период холостого простаивания при температуре и концентрации;
- несоответствующий оборот ванны при малой загрузке;
- плохая промывка / высаживание катализатора и ускорителя;
- накопление формиата и других побочных продуктов.
Ванна стареет с накоплением формиата, карбоната и хлорида, как побочных продуктов. Эти побочные продукты контролируются по удельному весу, но индивидуально не дифференцированы. Хлорид линейно растёт по мере использования хлорида меди (если используется химический процесс с сульфатом меди, то скорость появления побочных продуктов будет отличаться). Карбонат — другой побочный продукт и образуется как двуокись углерода в воздухе, реагируя с гидроокисью натрия в ванне. Предполагая, что приток воздуха постоянный, карбонат будет образовываться линейно. Формиат также имеет тенденцию к линейному росту при низких концентрациях по следующим реакциям:
- 2НСНО + ОН- => СН3ОН + НСОО- (реакция Канницаро)
- 2Cu (II) (комплекс) + НСНО + 5ОН- => Cu2O + HCOO- + 3Н2О + 2 (комплекс)
- 2НСНО + ОН- => НСОО- + Н2
Как известно, избыток формиата ведёт к появлению дополнительного формиата путём разрушения формальдегида, приводя к образованию окиси меди (одновалентной) по реакции 2, которая, в свою очередь, приводит к порошковой меди по следующей реакции:
- Cu2O + H2O + (комплекс) => Cu0 (порошок) + Cu (II) (комплекс) + 2 ОН-
Поэтому, по мере старения обычных растворов химического меднения растёт оборот металла и повышается образование формиата.
И вновь, как и электролиты металлизации растворы химического меднения термически нестабильны. В то время, как поставщики аккуратно отработали для гарантии увеличения стабильности процесса меднения, другие факторы: появления побочных продуктов, выпадение катализатора, будут вести к высаживанию и потере меди. Высушивайте платы перед помещением их раствор химического меднения. Вода промывки может содержать как органические, так и неорганические загрязнения. Следуйте рекомендованному времени погружения во все подготовительные растворы и тщательно промывайте после каждого шага. Попадание палладия в химическое меднение может вызвать моментальное разложение раствора.
Всегда старайтесь использовать наилучшие практики при промывке, фильтрации и контроле любых загрязнений.
*************************
По возможному сотрудничеству в технологиях
Электронная почта: office@bmptek.ru
Тел. +7 (921) 895−1422, (812) 994−9502
Управляющий проекта — Алексей Леонов
