Б) Гальваническая металлизация

При изготовлении ПП гальваническая металлизация осуществляется несколько раз:

- предварительное гальваническое меднение — для защиты тонкого слоя химической меди от повреждения, улучшения адгезии и структуры осадка, для уменьшения количества стравливаемой меди (толщина слоя меди 5...7 мкм);

- гальваническое меднение — для получения основного токопроводящего слоя меди в монтажных и переходных отверстиях, на проводни­ках и контактных площадках (толщина 25...35 мкм);

- гальваническое осаждение металлорезиста (защитного резиста на операции травления) на проводники, контактные площадки, в мон­тажные и переходные отверстия — для защиты на операции травления меди с пробельных мест;

- гальваническое осаждение металлов и сплавов на концевые контакты ПП — для повышения износостойкости, твердости, снижения переходного сопротивления и пр.

Гальваническое осаждение покрытий производится в ваннах с электролитом, в которые погружаются заготов­ки ПП (поз. 1 в соответствии с рисунком 20), предварительно закрепленные в подвесках в соответствии с рисунком 21.

 

 

 

Рисунок 20 - Ванна для гальванической металлизации ПП

 

 

Подвески закрепляются на катодной штанге (ПП является катодом), которая подключается к внешнему источнику постоянного тока. Аноды из­готавливают из осаждаемого металла или сплава, помещают в чехлы для исключения попадания продуктов распада анода (шлама) на заготовки ПП и размещают по обе стороны на одинаковом расстоянии от катода. Пло­щадь анодов обычно в 1, 5...2 раза больше площади заготовки ПП для улуч­шения равномерности осаждаемого покрытия.

 

 

 

1, 2, 3— планка; 4, 12— упор; 5 — провод; 6 — контакт; 7— лепесток; 8, 9 — заклепка; 10— шайба; 11 — прижим

Рисунок 21 - Подвеска для гальванического меднения ПП

 

В качестве электролитов используют водные растворы солей осаждае­мого металла, который содержится в виде положительно заряженных ио­нов. Под действием напряжения происходит окисление атомов металла на анодах до ионов металла, ионы металла перемещаются в электролите по направлению к заготовкам ПП (катоду), восстанавливаются из нейтраль­ных атомов и осаждаются на поверхности и в отверстиях заготовок ПП. Для поддержания постоянной величины концентрации ионов металла, обеспечения постоянного обновления электролита в отверстиях, для полу­чения качественного равномерного покрытия, необходимо возвратно-по­ступательное перемещение подвески с заготовками ПП.

В производстве ПП к гальваническим покрытиям предъявляют целый ряд требований, связанных с электрическими и конструктивными характе­ристиками, устойчивостью к внешним воздействиям в процессе эксплуата­ции, так как именно при гальваническом осаждении металлов и сплавов создаются токопроводящие участки ПП (проводники, контактные площадки, монтажные и переходные отверстия, концевые контакты и пр.), которые должны обеспе­чить нормальное функционирование ПП.

Гальваническое покрытие должно быть:

- сплошным, без пор, включений, разрывов, раковин;

- заданной конфигурации;

- пластичным, чтобы обеспечить устойчивость к перегибам, коробле­нию ПП, воздействию ударов и вибраций;

- элементы токопроводящего рисунка, сформированные гальваническими процессами, должны иметь ровные края, не иметь разрывов, темных пятен, вздутий, отслоений; неровности по краю не должны уменьшать их минимально допустимые размеры и расстояния между ними, так как это связано с электрическими параметрами ПП, таки­ми как минимально допустимая плотность тока и напряжение (в противном случае может произойти перегрев проводников или пробой диэлектрика);

- равномерным по толщине на поверхности и в отверстиях ПП, что связано с обеспечением заданных электрических характеристик (ми­нимально допустимой плотностью тока) и экономическими соображениями, поскольку для того, чтобы получить слой заданной толщины на стенках отверстий, необходимо осаждать больший по толщине слой металла или сплава на поверхность ПП, а это связано с лишни­ми затратами электроэнергии и химикатов в соответствии с рисунком 22

а – на поверхности; б – в отверстиях

Рисунок 22 – Неравномерность гальванического покрытия

 

Равномерность гальванического покрытия зависит от следующих параметров:

- расстояния между анодом и катодом — чем больше расстояние, тем более равномерное покрытие на заготовках и в отверстиях ПП (но ниже производительность процесса);

- соотношения между площадью анода и катода (анод должен быть в 1, 5...2 раза больше катода, чтобы уменьшить осаждение металла на острых кромках ПП: краях, углах и пр.);

- габаритов ПП: чем больше площадь ПП, тем больше неравномер­ность покрытий;

- плотности тока: чем выше плотность тока, тем больше неравномерность покрытия и наоборот;

- рассеивающей способности электролита, количественной характеристикой которой является отношение толщины покрытия в центре отверстия к толщине на поверхности (h ₂ /h ₁см. рисунок 22);

- соотношения между диаметром отверстия и толщиной ПП;

- температуры электролита;

- объема электролита, проходящего через отверстия и пр.

Повысить равномерность гальванических покрытий можно за счет:

- параллельного расположения заготовок ПП относительно анодов;

- увеличения расстояния между анодом и катодом (до 180 мм);

- повышение рассеивающей способности электролита;

- применения нестационарных режимов осаждения (например, реверса тока);

- применения УЗ-колебаний при осаждении;

- применения экранов, закрывающих периферийные участки заготовки ПП;

- применения ПАВ, повышающих рассеивающую способность электролита;

- перемешивания, барботирования воздухом электролитов, возвратно-по­ступательного перемещения подвесок с заготовками, в результате которых изменяется концентрационная поляризация электродов и пр.

Структура гальванического покрытия должна быть плотной, мелкокри­сталлической. Она зависит от применяемого электролита и соответствую­щих структурообразующих добавок, параметров процесса (плотности тока, температуры, концентрации компонентов и пр.), структуры материала (ме­талла), на который осаждается металл.

Гальваническое покрытие должно иметь хорошую адгезию к материалу, на который происходит осаждение. Адгезия зависит от качества подготовки поверхности и пр.