CC BY
53
УДК 621.357.7
Алешина В.Х., Григорян Н.С., Абрашов А.А., Ваграмян Т.А., Косарев А.А.
ИМПОРТОЗАМЕЩАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ОТВЕРСТИЙ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Алешина Венера Халитовна, студент 1-го курса магистратуры факультета инженерной химии, e-mail: [email protected];
Григорян Неля Сетраковна, к.х.н., доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; Абрашов Алексей Александрович, к.т.н., доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; Ваграмян Тигран Ашотович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой инновационных материалов и защиты от коррозии;
Косарев Александр Александрович, аспирант кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, 125047, Москва, ул. Миусская площадь, д. 9
Процесс электрохимической металлизации сквозных отверстий является неотъемлемой частью производства печатных плат и от качества его выполнения в значительной степени зависит надежность изделий. Для обеспечения независимости отечественной промышленности от импортных поставок разработан импортозамещающий электролит меднения сквозных отверстий печатных плат, не уступающий зарубежному аналогу по рассеивающей способности и характеристикам осаждающихся в нем покрытий.
Ключевые слова: печатные платы, металлизация сквозных отверстий, электроосаждение меди, рассеивающая способность, несущие и выравнивающие добавки.
IMPORT-REPLACING TECHNOLOGY OF METALIZATION OF HOLES OF PRINTED CIRCUIT BOARDS
Aleshina V.K., Grigoryan N.S., Abrashov A.A., Vagramyan T.A. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The process of electrochemical metallization of through holes is an integral part of the production ofprinted circuit boards and the quality of its implementation, depending on the degree of reliability of products. To ensure the independence of domestic industry from imported supplies, the developed import-substituting electrolyte of copper through holes in printed circuit boards is not inferior to the foreign counterpart in terms of scattering ability and characteristics of coatings deposited therein.
Key words: printed circuit boards, metallization of through holes, copper electrodeposition, scattering ability, carriers and leveling additives.
Введение
Из множества стадий процесса производства печатных плат одной из наиболее сложных является металлизация сквозных отверстий, которая заключается в осаждении проводящего слоя и последующего электроосаждения меди. Эти процессы играют определяющую роль в обеспечении качества печатных плат. С каждым годом производство печатных плат выходит на новый виток, разрабатываются все более сложные изделия, которые содержат все большее количество слоев, уменьшается ширина проводников и зазоров токопроводящего рисунка, уменьшается диаметр отверстий и повышается соотношение диаметра отверстия к толщине печатной платы. Для металлизации отверстий в этих изделиях требуются все более высокотехнологичные процессы гальванического меднения, обеспечивающие высокую производительность и качество изделий. Процессы металлизации сквозных отверстий, удовлетворяющие высоким современным
требованиям в части качества осаждающегося в
отверстиях медного покрытия, разработаны зарубежными компаниями: Shipley, Atotech, J-KEM и др. В настоящее время ведущие отечественные производители печатных плат используют продукцию указанных импортных производителей, поскольку отечественных конкурентоспособных аналогов не существует. В условиях санкционной политики обеспечение независимости отечественной промышленности от импортных поставок является насущной проблемой, в рамках которой весьма актуально создание импортозамещающей технологии металлизации отверстий печатных плат.
Целью данной работы является разработка импортозамещающей технологии электроосаждения меди в сквозных отверстиях печатных плат. В задачи работы входят исследование влияния несущих добавок (Carrier) и выравнивающих добавок (Leveller) на распределение медного покрытия в отверстиях печатных плат, подбор сочетания добавок и режимов электроосаждения, обеспечивающих формирование медных покрытий, удовлетворяющих современным требованиям.
Экспериментальная часть
С учетом литературных рекомендаций и результатов предварительных экспериментов объектом исследования является электролит меднения сквозных отверстий, содержащий в г/л: 60 CuSO4^5H2O; 220 H2SO4 (96 %); 0,12 NaCl; 0,5 FeSO4^7H2O (базовый состав) с добавлением несущих и выравнивающих добавок [1].
Изучение влияния несущей добавки (Carrier) на характеристики медного покрытия. Из литературных сведений [1-4] известно, что добавка Carrier представляет собой полигликоли или полиспирты. Был исследован целый ряд соединений указанных классов и выбраны 3 из них, зашифрованные нами как П1, П2, П3 (при концентрации их в электролите 0,25-10 г/л), позволяющие получать компактные медные покрытия на поверхности диэлектрика (основы материала FR-4, рис.1). Поверхность отверстий в FR-4 не является токопроводящей, поэтому для электроосаждения меди необходимо на первом этапе нанести слой 1 -3 мкм химической меди. Химическая медь наносилась по применяемой в настоящее время отечественными производителями технологии PERFEKTO фирмы J-KEM, которая включает в себя стадии: обезжиривание, микротравление,
предактивация, активация, акселерация, химическое меднение.
1
• * ■ It «ttl • ♦ ■ . . 4 * ,t< II
с • .. 11 * . . • 4
• f • * • II
----Ш
Рис.1. Пластина
Согласно методике определения рассеивающей способности (РС) с помощью ячейки Херринга-Блюма были определены РС для данных электролитов (рис.2). Режим процесса: плотность тока i = 0,5 A/дм2, продолжительность осаждения 120 минут, рабочая температура раствора 20-26°С, перемешивание. Таким образом, введение каждой из трех исследованных добавок в базовый состав электролита: 5 г/л П1, 10 г/л П2, 5 г/л П3, увеличивает РС электролита на 5-15%.
Рис.2. Значения РС, полученные с помощью ячейки Херринга-Блюма
Изучение влияния выравнивающей добавки (Leveller) на характеристики медного покрытия.
С учетом данных, полученных в предыдущем опыте, были осуществлены новые эксперименты с введением добавки Leveller. Из литературы известно, что добавка Leveller представляет собой азотсодержащие соединения из классов: полиэтиленимин, полиамидоамин, алкиламины (ди-, три-), ариламины, арилалкиламины, диариламины, имидазол, триазол, тетразол, бензимидазол, бензотриазол, пиперидин, морфолин, пиперазин, пиридин, оксазол, бензоксазол, пиримидин, изохинолин [1,2,5]. Был исследован целый ряд соединений указанных классов и выбраны 4 из них, зашифрованные нами как Мь М2, Б, С (при концентрации их в электролите 0,005-0,1 г/л), позволяющие получать компактные медные покрытия на поверхности диэлектрика. Режим процесса: плотность тока i = 0,5 A/дм2, продолжительность осаждения 60 минут, рабочая температура раствора 20-26°С, перемешивание. Исследование влияния выравнивающих (Leveller) добавок производили с помощью IPC метода, для чего изготавливали поперечные шлифы образцов с нанесенным медным покрытием для последующего изучения их поверхности на микроскопе (в данной работе использовался конфокальный лазерный микроскоп OLYMPUS LEXT4100). Значения РС рассчитывались для отверстий диаметром 0,8 мм. С учетом погрешности IPC метода (±20%) можно сделать вывод о том, что электролиты, содержащие в качестве добавок различные сочетания добавок Щ, П2, П3 и Мь М2, Б, С обладают высокой рассеивающей способностью 80-100%, что позволяет прогнозировать равномерность медного покрытия в отверстиях МПП.
Из данной матрицы экспериментов были выбраны образцы, полученные по данной методике, имеющие равномерное покрытие и одинаковую толщину, как в отверстиях, так и на поверхности МПП при диаметре 0,4 и 0,2 мм (рис.3 а, б; рис.4 а, б).
Рис.3. Фотографии отверстий (0,8 мм): а) П2 10 г/л и М1 0,005-0,1 г/л; б) П2 10 г/л и М2 0,005-0,1 г/л
Выводы
Разработан электролит меднения, содержащий в г/л: 60 CuSO4^5H2O; 220 H2SO4 (96 %); 0,12 г/л NaCl; 0,5 г/л FeSO4^7H2O; сочетание добавок П2 10 г/л и М1 0,005-0,1 г/л; П2 10 г/л и М2 0,005-0,1 г/л; П2 10 г/л и С 0,005-0,1 г/л; П3 5 г/л и С 0,005-0,1 г/л, не уступающий зарубежному аналогу по рассеивающей способности и характеристикам осаждающихся в отверстиях и на поверхности МПП медных покрытий.
Список литературы
1. Elie H. Najjar, Mark Lefebvre, Leon R. Barstad, Michael P. Toben. Method of electroplating uniform copper layer on the edge and walls of though holes of a substrate // Patent USA EP2465976A1.
2. James Watkowski, Maria Nikolova. Process for electrolytically plating copper // Patent USA US7575666B2.
3. Randal D. King, Eda R. Montgomery. High-throw acid copper plating using inert electrolyte // Patent USA US5174886A.
4. Issa S. Mahmoud. Additive plating bath and process // Patent USA US4954226A.
5. Elie H. Najjar, Mark Lefebvre, Leon R. Barstad, Michael P. Toben. Method of electroplating uniform copper layers // Patent USA US20120318676A1.
Рис.4. Фотографии отверстий (0,8 мм): а) П2 10 г/л и С 0,005-0,1 г/л; б) П3 5 г/л и С 0,005-0,1 г/л
