CC BY
48
УДК 621.793.3
Солопчук М.С., Бардина О.И., Григорян Н.С., Абрашов А.А., Шмелькова П.О. РАСТВОР ХИМИЧЕСКОГО МЕДНЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Солопчук Мария Сергеевна, аспирант кафедры ИМиЗК, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, mariva.solopchuk.96@mail.ru. Москва, Россия. 125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9. Бардина Ольга Игоревна, магистрант кафедры ИМиЗК, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.
Григорян Неля Сетраковна, к.х.н., доцент, профессор кафедры ИМиЗК, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.
Абрашов Алексей Александрович, к.т.н., доцент, доцент кафедры ИМиЗК, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.
Шмелькова Полина Олеговна, студент кафедры ИМиЗК, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.
Современные темпы развития электроники и ужесточение требований к качеству готовой продукции обуславливают повышение класса точности печатных плат (ПП). Химическое меднение является одним из наиболее ответственных процессов в производстве ПП. Стандартные растворы для процесса химического меднения ПП не удовлетворяют современным требованиям по технологическим характеристикам и свойствам получаемых покрытий. Настоящая работа посвящена разработке раствора химического меднения ПП, удовлетворяющего современным требованиям.
Ключевые слова: химическое меднение, печатные платы, подготовка поверхности диэлектрика, металлизация отверстий печатных плат, стабильность растворов.
ELECTROLESS COPPER PLATING SOLUTION OF PRINTED CIRCUIT BOARDS Solopchuk M. S., Bardina O. I., Grigoryan N. S., Abrashov A. A., Shmelkova P. O.
Solopchuk Mariya Sergeevna, postgraduate student of the Department of IMiZK, Russian University of Chemical Technology. DI. Mendeleev, mariva.solopchuk.96@mail.ru, Moscow, Russia. 125047, Moscow, Miusskaya square, 9. Bardina Olga Igorevna, undergraduate student of the Department of IMiZK, Russian University of Chemical Technology. DI. Mendeleev.
Grigoryan Nelya Setrakovna, PhD of Chemical Sciences, Associate Professor, Professor of the Department of IMiZK, Russian University of Chemical Technology. DI. Mendeleev.
Abrashov Aleksey Aleksandrovich, PhD of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of IMiZK, Russian University of Chemical Technology. DI. Mendeleev.
Shmelkova Polina Olegovna, student of the Department of IMiZK, Russian University of Chemical Technology. DI. Mendeleev.
The modern pace of development of electronics and the tightening requirements for the quality of finished products lead to an increase in the accuracy class of printed circuit boards (PCB). Electroless copper plating is one of the most important processes in the PCB production. Standard solutions for the PCB electroless copper plating process do not satisfy modern requirements for technological characteristics and properties of the resulting coatings. This work is devoted to the development of PCB electroless copper plating solution satisfied modern requirements.
Keywords: electroless copper plating, printed circuit boards, dielectric surface preparation, metallization of printed circuit board holes, solution stability.
Опережающие темпы развития
микроэлектроники требуют непрерывного повышения технического уровня ПП, который определяется ростом плотности монтажа электрорадиоизделий и повышением требований к надежности готовой продукции [1]. Одним из наиболее трудоёмких процессов в производстве печатных плат является процесс химического меднения, который служит для создания межслойных
металлизированных переходов с толщиной меди 0,31,0 мкм [2] и является основой для последующего гальванического осаждения меди. Отечественные стандартные растворы химического меднения [3] относятся к 70-м гг и не удовлетворяют современным требованиям по технологическим характеристикам (ресурс, стабильность, скорость осаждения) и свойствам покрытий, таким как сплошность, компактность и прочность сцепления с основой.
Российские производители печатных плат вынуждены использовать технологии зарубежных производителей, недостатками которых являются высокая стоимость импортных продуктов, обусловленная длинным логистическим плечом, необходимостью складских запасов, а также санкционные риски.
С учетом вышеизложенного разработка раствора химического меднения отверстий печатных плат является весьма актуальной научно-технической задачей.
В качестве базового раствора был выбран состав, содержащий, г/л: CuSO4•5H2O 7,9; Трилона Б 16,0; NaOH (свободная) 7,5; формалина 37% масс. 6,9 мл/л. Мольное отношение концентрации Трилона Б к концентрации ионов меди в базовом растворе составляет 1,5, что, как было установлено экспериментально, является минимальным значением, при котором формируются устойчивые комплексы с медью, и не наблюдается выпадение осадка Си(ОН)2 при приготовлении раствора. Следует отметить, что это согласуется с литературными данными [4].
С целью определения оптимальной концентрации лиганда в растворе, было исследовано влияние мольного отношения концентрации Трилона Б к концентрации ионов меди на скорость осаждения Пк. При этом концентрация ионов меди оставалась неизменной (2 г/л), а концентрация Трилона Б варьировалась от 15,9 до 37,0 г/л. Установлено, что скорость образования покрытия практически не изменяется в большом диапазоне мольного отношения концентрации Трилона Б к концентрации ионов меди (от 3 до 6, что соответствует 31,7-63,5 г/л Трилона Б), что должно способствовать увеличению ресурса раствора. С учетом полученных результат указанный диапазон был выбран в качестве рабочего.
С целью увеличения стабильности в раствор вводились стабилизаторы, в качестве которых были исследованы красная кровяная соль (ККС), желтая кровяная соль (ЖКС), этилендиамин, органическое азотосодержащее соединение (Д1), серусодержащее хелатное соединение ^1) в концентрациях от 0,1 мг/л до 2,0 г/л, а также комбинации вышеперечисленных соединений. При выборе соединений учитывали, что они с одной стороны должны стабилизировать раствор, а с другой - не снижать существенно скорость осаждения покрытия.
Стабильность раствора оценивали по ускоренной методике, впервые предложенной Шенбергом [5]. Исследуемый раствор объемом 250 мл нагревали до 75 °С, затем добавляли 3 капли коллоидного палладиевого активатора (13 мкг Рф и фиксировали время начала разложения раствора. При реализации данного метода в более жестких условиях, объем активатора был увеличен в 10 раз.
Установлено, что наибольшей стабильностью (55 мин в жёстких условиях) обладают растворы, содержащие 0,5 мг/л S1 и 1,0 мг/л Д1, при этом формируются сплошные однородные Пк со скоростью 3 мкм/ч.
С целью определения оптимальных концентраций щелочи и формальдегида, были исследованы зависимости скорости процесса от концентрации данных компонентов раствора. Установлено, что оптимальным диапазоном концентраций по щелочи является 15,4-19,8 г/л, а по формальдегиду 2,5-3,5 г/л.
Выводы
1. Разработан раствор химического меднения отверстий ПП, содержащий г/л: CuSO4'5H2Ü 6,79,4; Трилона Б 31,7-63,5; NaOH 15,4-19,5; формалина 37% масс. 6,2-8,6 мл/л; 0,5 мг/л S1; 1,0 мг/л Д1, позволяющий осаждать сплошные медные Пк толщиной 0,9 - 1,0 мкм за 20 минут при температуре 22 - 24 °C, рН 12,6 - 12,8.
2. Разработанный раствор удовлетворяет современным требованиям по технологическим параметрам (стабильность, скорость осаждения) и свойствам осаждающихся покрытий (сплошность и прочность сцепления с основой).
3. Установлено, что введение в раствор серосодержащего хелатного соединения обеспечивает высокую стабильность раствора без снижения скорости осаждения покрытия.
4. Выявлено, что введение в раствор органического азотосодержащего соединения способствует формированию сплошных, однородных Пк светло-розового оттенка.
Список литературы
1. Брусницына Л.А., Степановских Е.И. Технология изготовления печатных плат: учеб. пособие. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2015. 200 с.
2. Федулова А.А., Котов Е.П., Явич Э.Р. Многослойные печатные платы. 2-е изд., перераб. и доп. М.: «Сов.радио», 1977. 248 с.
3. ГОСТ 23770-79 Платы печатные. Типовые технологические процессы химической и гальванической металлизации. М., 1995. 35 с. (Издательство стандартов).
4. Шалкаускас М., Вашкялис А. Химическая металлизация пластмасс. 3-е изд., перераб. Л.: Химия, 1985. 144 с.
5. Farid Hanna, Z. Abdel Hamid, A. Abdel Aal. Controlling factors affecting the stability and rate of electroless copper plating // Materials Letters. 2003. Vol. 58. P. 104-109.
