CC BY
22
УДК 541.135/.135.5:546.56
В.Б. Трифонова, Е.С. Кондратьева*, А.Ф. Губин, В.А. Колесников
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Россия, Москва, Миусская пл, д. 9 * e-mail: kondratevaes@gmail.com
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ МЕДИ ИЗ СЕРНОКИСЛЫХ РЕЭКСТРАГИРУЮЩИХ РАСТВОРОВ В ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Исследован процесс электроосаждения меди из сернокислых реэкстрагирующих растворов в производстве печатных плат. Определены основные закономерности процесса: оптимальные концентрации серной кислоты и ионов меди, плотность тока. Проведена оценка влияния органических примесей на процесс электроосаждения.
Ключевые слова: электроосаждение, медь, печатные платы, сернокислые растворы.
Изготовление печатных плат относится к наукоемким, высокотехнологичным
производствам, где используется уникальные технологии и дорогостоящая техника. Необходимость получения сложных по конструкции плат с высоким качеством оправдывает использование даже тех технологий, которые связаны с образованием большого количества отходов, переработка которых затруднена. Часто такие отходы сбрасываются в окружающую среду без обработки и выделения из них ценных компонентов или складируются на производствах, что приводит к образованию техногенных накоплений.
В настоящее время в производстве печатных плат все большее распространение приобретают регенерационные схемы, использование которых продлевает срок эксплуатации растворов. Наиболее перспективной считается
экстракционно- электрохимическая технология, в соответствии с которой медь стравливается с поверхности печатных плат медно- аммиачным раствором, в результате чего по мере травления в растворе накапливается большое количество ионов меди в прочном аммиачном комплексе. Полученный раствор подвергается регенерации по экстракционно- электрохимической
технологии, в соответствии с которой медь жидкостной экстракцией извлекают из отработанного медно- аммиачного раствора с последующим ее электроосаждением из сернокислого реэкстрагирующего раствора. При этом обедненный по ионам меди аммиачный раствор может быть снова направлен на операцию травления, сернокислый раствор после электроосаждения меди направляется на реэкстракцию, а органическая фаза циркулирует между аппаратами, осуществляющими процессы экстракции и реэкстракции. Важной стадией процесса является процесс катодного электроосаждения меди из сернокислого реэкстрагирующего раствора, в частности необходимо обеспечить приемлемое качество получаемой катодной меди.
Проведены исследования электроосаждения металла из электролитов различного состава для определения условий получения катодной меди. Концентрации основных компонентов
принимающего раствора - меди и серной кислоты, а также величина плотности тока электролиза варьировались в широких интервалах.
Получены поляризационные кривые
электроосаждения меди из сернокислого раствора при постоянном значении рН=0,32.
i.A/ш1
20
13
16
И
М
U
4СК) 100 -200 -500 -Н00
E(cu),xl
Рис.1. Катодные поляризационные кривые электроосаждения меди из сернокислого раствора с различной концентрацией меди(П), моль/л: 1 - 0,5 моль/л H2SO4; 2 - 0,08; 3 - 0,16; 4 - 0,48; 5 - 0,86
Обработка экспериментальных данных, представленных на рисунке 1 в координатах -плотность тока, концентрация ионов меди (II) при потенциале 220 мВ (с.в.э.) показала, что график зависимости имеет линейный характер и пересекает начало координат, что свидетельствует о диффузионном контроле процесса и об отсутствии химических реакций и сорбции на поверхности меди компонентов электролита. Поэтому процесс выделения меди из указанных электролитов целесообразно проводить при интенсивном перемешивании для снятия диффузионного контроля.
Экспериментально полученные значения выхода по току (ВТ) при различных концентрациях меди представлены на рисунке 2. вт %
50 -40 -30 '0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
I, А/дм2
Рис. 2. Зависимость выхода по току меди от концентрации ионов меди в растворе, моль/л: 1- 0,08; 20,39; 3-0,78.
Кроме того, были получены значения ВТ при электроосаждении катодной меди из сернокислых растворов при различной концентрации свободной серной кислоты в растворе в диапазоне от 0,5 до 3,0 моль/л. Отмечено, что с увеличением концентрации серной кислоты до 1 моль/л ВТ растет, а при дальнейшем повышении концентрации кислоты- несколько снижается.
При циклическом использовании сернокислого раствора в процессе реэкстракции и последующем выделении из него катодной меди, в принимающий сернокислый раствор с каждым циклом попадает незначительное количество органической фазы. В связи с этим были проведены экспериментальные исследования по изучению влияния микроэмульсий экстрагента ДХ-510А на электроосаждение меди. Отмечено, что попадание органической фазы в сернокислый электролит не влияет на величину выхода по току.
Таким образом для достижения оптимальных показателей ВТ (98 - 100%) электролиз необходимо вести при концентрациях меди 0,50,9 моль/л, серной кислоты 1 моль/л и плотности тока 1,5 - 2 А/дм2 при постоянном перемешивании.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках Соглашения о предоставлении субсидии № 14.577.21.0174 от 27 октября 2015 г., уникальный идентификатор соглашения ЯЕМЕЕ!57715Х0174.
Трифонова Валентина Борисовна, студентка 4 курса факультета Технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Кондратьева Екатерина Сергеевна, к.т.н., научный сотрудник технопарка "Экохимбизнес-2000+" РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Губин Александр Федорович, к.х.н., ведущий научный сотрудник технопарка "Экохимбизнес-2000+" РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Колесников Владимир Александрович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой Технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Trifonova Valentina B., Kondratyeva Ekaterina S., Gubin Alexander F., Kolesnikov Vladimir A.*
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: kondratevaes@gmail.com
DETERMINATION OF OPTIMAL CONDITIONS ELECTRODEPOSITED COPPER FROM STRIPPED SULFURIC ACID SOLUTION DURING PCB MANUFACTURE
Abstract
The process of copper electrodeposition from sulfate strip solutions in production of printed circuit boards was investigated. The basic laws of process: the optimum concentration of sulfuric acid, the optimum concentration of copper ions and current density. The effect of organic impurities on the copper electrodeposition process.
Key words: electrodeposition, copper, printed circuit boards, sulfuric acid solutions.
