Научная статья на тему 'Влияние микрорельефа поверхности электролитической медной фольги на прочность сцепления с диэлектриком'

Влияние микрорельефа поверхности электролитической медной фольги на прочность сцепления с диэлектриком Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
393
131
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Кузнецова Лариса Александровна, Колзунова Лидия Глебовна

Исследована топография поверхности медной электролитической фольги с разной прочностью сцепления с диэлектриком. Определены морфологические особенности и статистические параметры строения микрорельефа поверхности фольги, ответственные за адгезию. Установлено, что наибольшей адгезионной прочностью обладает фольга, имеющая двухслойное строение. Нижний слой компактной меди называется сырой фольгой. Верхний состоит из частиц порошковой меди и называется адгезионным слоем. Фольга с высокой адгезионной прочностью отличается однородными размерами и крутой формой конических или пирамидальных зерен сырой меди и крайне неравномерным распределением по этим зернам частиц медного порошка. Сосредоточиваясь на вершинах микродефектов, порошок формирует неровности, приводящие к образованию механических затворов при запрессовывании фольги в диэлектрик, усиливающих адгезию. Предложен нетрадиционный способ получения медной фольги с высокой адгезионной прочностью. Метод базируется на длительном влиянии предварительно адсорбированной на медном катоде тиомочевины на электроосаждение меди. Выталкивание адсорбированного вещества металлом на поверхность и отсутствие тиомочевины в электролите уменьшают включение серы в покрытие и улучшают экологию изготовления фольги.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Кузнецова Лариса Александровна, Колзунова Лидия Глебовна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Influence of surface microrelief of electrolytic copper foil on adhesion with dielectrics

Surface topography of electrolytic copper foils with various adhesions to dielectric is investigated. Morphological features and statistical parameters of surface microrelief of foil, responsible for adhesion, are determined. It is established that the foil which has two-layer structure gives the strongest adhesion. The bottom layer of compact copper is called «a crude foil». The top layer, consisting of powder copper, is called «an adhesive layer». The foil with high adhesion consists of grains of crude copper with similar sizes which have sharp conic or pyramidal forms. Distribution of copper powder particles on grains is extremely uneven. Copper powder, concentrated on tops of microdefects, produces roughnesses which form mechanical «locks» when the foil is inserted in dielectric. This effect enhances the adhesion. An unconventional method of production of copper foil with high adhesion is proposed. The method is based on long influence of thiourea, previously adsorbed on copper cathode, on copper plating. Pushing up to the surface of the adsorbed substance by metal and absence of thiourea in electrolytic composition reduces inclusion of sulfur in covering and improves ecology of foil production.

Текст научной работы на тему «Влияние микрорельефа поверхности электролитической медной фольги на прочность сцепления с диэлектриком»

Вестник ДВО РАН. 2006. № 5

Л.А.КУЗНЕЦОВА, Л.Г.КОЛЗУНОВА

Влияние микрорельефа поверхности электролитической медной фольги на прочность сцепления с диэлектриком

Исследована топография поверхности медной электролитической фольги с разной прочностью сцепления с диэлектриком.

Определены морфологические особенности и статистические параметры строения микрорельефа поверхности фольги, ответственные за адгезию. Установлено, что наибольшей адгезионной прочностью обладает фольга, имеющая двухслойное строение. Нижний слой компактной меди называется сырой фольгой. Верхний состоит из частиц порошковой меди и называется адгезионным слоем. Фольга с высокой адгезионной прочностью отличается однородными размерами и крутой формой конических или пирамидальных зерен сырой меди и крайне неравномерным распределением по этим зернам частиц медного порошка. Сосредоточиваясь на вершинах микродефектов, порошок формирует неровности, приводящие к образованию механических затворов при запрессовывании фольги в диэлектрик, усиливающих адгезию.

Предложен нетрадиционный способ получения медной фольги с высокой адгезионной прочностью. Метод базируется на длительном влиянии предварительно адсорбированной на медном катоде тиомочевины на электроосаждение меди. Выталкивание адсорбированного вещества металлом на поверхность и отсутствие тио-мочевины в электролите уменьшают включение серы в покрытие и улучшают экологию изготовления фольги.

Influence of surface microrelief of electrolytic copper foil on adhesion with dielectrics. L.A.KUZNETSOVA,

L.G.KOLZUNOVA (Institute of Chemistry, FEB RAS, Vladivostok).

Surface topography of electrolytic copper foils with various adhesions to dielectric is investigated. Morphological features and statistical parameters of surface microrelief offoil, responsible for adhesion, are determined. It is established that the foil which has two-layer structure gives the strongest adhesion. The bottom layer of compact copper is called «a crude foil». The top layer, consisting of powder copper, is called «an adhesive layer». The foil with high adhesion consists of grains of crude copper with similar sizes which have sharp conic or pyramidal forms. Distribution of copper powder particles on grains is extremely uneven. Copper powder, concentrated on tops of microdefects, produces roughnesses which form mechanical «locks» when the foil is inserted in dielectric. This effect enhances the adhesion.

An unconventional method ofproduction of copper foil with high adhesion is proposed. The method is based on long influence of thiourea, previously adsorbed on copper cathode, on copper plating.

Pushing up to the surface of the adsorbed substance by metal and absence of thiourea in electrolytic composition reduces inclusion of sulfur in covering and improves ecology offoil production.

Развитие и совершенствование современных производств радиотехнической и микроэлектронной промышленности требуют создания металлической фольги со строго заданными физико-механическими свойствами, зависящими от ее назначения. Одной из наиболее важных проблем является получение медной фольги, хорошо сцепляющейся с диэлектриком и служащей для изготовления печатных плат. Однозначного мнения о природе явлений, обеспечивающих адгезию фольги к изолятору, не существует. Согласно одним авторам, между полимерной подложкой и фольгой происходит специфическое взаимодействие, обусловленное физико-химическими свойствами субстрата и адгезива [4].

КУЗНЕЦОВА Лариса Александровна - кандидат химических наук, КОЛЗУНОВА Лидия Глебовна - доктор химических наук (Институт химии ДВО РАН, Владивосток).

Согласно другим, сцепление обусловливается механическим взаимодействием металла и полимера [8]. От механизма сцепления зависят методы подготовки фольги к запрессовке в диэлектрик. В случае доминирующей роли физико-химического взаимодействия достаточно, чтобы истинная поверхность контакта полимера и металла и смачиваемость их друг другом были максимальными. В случае механической природы сцепления необходимо создать на фольге геометрические элементы, способные удерживать пластмассу от отрыва после запрессовки.

Настоящая работа посвящена изучению связи между адгезионной прочностью электролитической медной фольги и особенностями геометрического строения ее поверхности.

Исследованию подвергались лабораторные и промышленные (страны-производители - Россия, Германия, Люксембург, США) образцы фольги, полученные в широком диапазоне условий осаждения, иногда с добавлением поверхностно-активных веществ в электролит. Для удобства описания образцы нумеровались в порядке возрастания их адгезионной прочности, что отражено в таблице. Ряд образцов (№ 5, 8, 9) состоял из плотного осадка (сырая фольга) и нанесенного поверх него адгезионного слоя порошковой меди. Для предотвращения от осыпания порошковые частицы покрывались дополнительным тонким (0,1-1 мкм) уплотняющим слоем латуни (образцы 8, 9).

Соединение фольги с диэлектриком (стеклотекстолитом) и оценку прочности их сцепления проводили в соответствии с требованиями ГОСТ 10316-78 и 262460-89. Поверхность фольги исследовали, используя растровый электронный микроскоп 1БМ-Ш, металлографический микроскоп ММР-4, метод когерентной оптики, а также профилограф «Калибр-201». Профилограммы переводили в числовой ряд посредством аналогоцифрового преобразователя LA-70, подключенного к усилителю профилографа. Путем статистической обработки числового массива определяли параметры, характеризующие топографию поверхности фольги: среднеквадратичное отклонение профиля Нск, средний угол наклона неровностей 0, среднее количество неровностей на единицу длины трассы ^, а также отношение истинной поверхности фольги Бист к видимой Бо. Расчет производили по специально составленной программе с использованием формул [2, 5, 7]. Кроме параметров, характеризующих высоту профиля Нск и истинную поверхность образца, косвенно связанную с 0 и ^, из данных профилографирования находили относительные опорные кривые профиля и кривые распределения неровностей поверхности по высоте Н, поперечным размерам L, форме Н/Ь. Для этого строили зависимости Ъ относительно 1/1о и ЖЫ"о относительно Н, Ь, Н/Ь, где Ъ - уровень сечения профиля, 1 - опорная длина профиля, 1о - базовая длина профиля, N - число неровностей с соответствующей геометрией.

Прочность сцепления и характеристики микрорельефа поверхности образцов фольги, найденные профилографированием

№ образца Прочность сцепления, Нм-1 Н^, мкм 8, град ^, мм-1

1 290 ± 30 0,45 2,0 40 -

2 330 ± 60 0,09 0,6 70 -

3 650 ± 160 0,95 7,1 52 -

4 1050 ± 130 0,85 5,8 55 -

5 1474 ± 160 0,95 7,9 51 1,069

6 1700 ± 160 1,1 2,1 32 -

7 1930 ±120 0,43 3,1 57 -

8 1980 ± 130 1,31 9,3 49 1,091

9 2300 ± 150 1,32 9,7 60 1,095

Примечание. Прочерк - вычисления не проводились.

Сочетание использованных в работе методов позволило провести исследование геометрических неровностей разной природы - от элементов роста кристаллических граней и отдельных зерен осадка до конгломератов и микроволн, вызванных микронеравномерностью толщины фольги.

Микрофотографии поверхности фольги, полученные на растровом электронном микроскопе, приведены на рис. 1. Согласно рисунку, морфология поверхности у образцов с разной адгезионной прочностью неодинакова. Некоторое сходство структуры наблюдается только у образцов 3 и 4. Независимо от морфологических особенностей строения фольги статистические характеристики микрорельефа ее поверхности, приведенные в таблице, не проявляют однозначной связи с адгезией. Так, несмотря на одинаковую шероховатость, адгезия образцов 1, 7 различается более чем в 6,5 раза. Шероховатость образцов 3, 5 превышает шероховатость образца 7, отличающегося большей адгезионной прочностью. Не отмечается корреляции между адгезией и параметрами 0, ^, характеризующими истинную поверхность фольги. Несмотря на более развитую поверхность, образец 5, покрытый мелкодисперсным порошком меди, показывает худшую сцепляемость с диэлектриком, чем образец 6 без порошкового слоя. В то же время у образцов 1, 6, отличающихся по адгезионной прочности, значения 0 и N практически совпадают. Структурно однотипные образцы 3, 4 близки по значениям не только параметров 0, ^, но и Нск, тем не менее их адгезионная прочность различается в 1,6 раза.

Отсутствие однозначной связи между адгезионной прочностью фольги и ее истинной поверхностью и высотой микропрофиля объясняется превалирующим влиянием на сцепля-емость фольги с диэлектриком особой формы неровностей, составляющих микрорельеф [7]. Отличительным признаком таких форм, приведенных на рис. 2, является наличие острого угла а между боковой гранью неровности и видимой поверхностью фольги. Как видно из рис. 1, все образцы с повышенной адгезией к диэлектрику (образцы 5-9) имеют неровности

Рис. 1. Микрофотографии поверхности образцов фольги: 1-9 - номера образцов. Увеличение: 2, 3, 6, 7 - 2 000; 1, 4 - 4 000; 5, 8, 9 - 6 000. Угол съемки: 1 - 7, 9 - 0о; 8 - 45о

подобного типа. Действительно, сферические частицы медного порошка, покрывающие образцы 5, 8, 9, образуют неровности, подобные показанным на рис. 2а. На образцах 6 и 7 видны неровности, аналогичные представленным на рис. 2 б, в, е. На поверхности образцов 8, 9 главную роль в сцеплении играют неровности, представленные на рис. 2г. Очевидно, что затекание диэлектрика в остроугольные полости приводит к об- Т, О Л - А

г ^ г ^ Рис. 2. Формы неровностей поверхности фольги, по-

разованию механических затворов [7, 12]., на вышающие их адгезию к диэлектрику

разрыв которых требуется усилие, сопоставимое с прочностью самой фольги.

Наибольшую прочность сцепления обеспечивают затворы, получаемые при нанесении порошкового слоя на сырую фольгу. Чтобы понять роль порошка, его структуры, а также формы зерен компактной меди и распределения порошковых частиц по этим зернам в образовании адгезионнопрочной фольги, образцы 5, 8, 9 с порошковым адгезионным слоем исследовались более детально. На растровом электронном микроскопе дополнительно к микрофотографиям (рис. 1) были получены микрофотографии поверхности этих образцов при других увеличениях и других углах съемки (рис. 3). Анализ полученных микрофотографий показал, что образец 5 не отличается однородностью зерен основы. Размер их составляет 2,5-5 мкм, тогда как частицы порошка имеют размер 0,1-0,2 мкм. При увеличении в 20 000 раз (рис. 3б) отчетливо видно, что зерна сырой меди представляют собой гексагональные пирамиды, на вершинах которых сосредоточен конгломерат частиц порошка. Подтекание диэлектрика под такие порошковые образования, очевидно, приводит к получению затворов, усиливающих адгезию. Прочность сцепления фольги с диэлектриком определяется долей поверхности V, занятой затворами, которую можно оценить по отношению площади под затвором к площади, занимаемой зерном сырой меди. Минимальная ширина затвора у образца 5 составляет ориентировочно 0,5-1 мкм, т.е. 0,2 от

ширины зерна сырой меди. Это отвечает значению V = 0,04.

Особенностью образцов 8 (рис. 1) и 9 (рис. 1, 3е) является ярко выраженная однородность структуры субстрата. Зерна сырой меди имеют форму конуса со складчатопродольной структурой граней. У образца 8 их поперечные размеры составляют 4-6 мкм, а у образца 9 - 5-7 мкм. Размеры гранул порошка у образца 8 такие же, как у образца 5, тогда как у образца 9 они имеют в 5 раз большую величину. Порошок, сосредоточенный на вершинах зерен сырой меди, служит основой для образования затворов. В центре порошкового образования имеются небольшие ямки. Согласно рис. 2, ямки могут усиливать прочность сцепления фольги с диэлектриком, если угол их боковой грани относительно дна отверстия является острым. Минимальная ширина затвора, как и у образца 4, составляет 0,2 от ширины зерна сырой фольги. Максимальная заметно увеличена, на нее приходится 0,3-0,5 от ширины зерна основы.

Наряду с проведением морфологических исследований, структуру двух- или трехслойной фольги изучали также по поперечным срезам образцов. Шлифы готовили по общепринятой методике [14], осаждая предварительно на фольгу со стороны порошкового слоя упрочняющий подслой компактной меди для предотвращения завалов на торцах образцов в процессе их шлифовки и полировки. Два слоя компактной меди (сырая фольга и упрочняющий слой), ограничивающие порошковый слой, хорошо видны на рис. 4, на котором приведены оптические микрофотографии фольги в ее поперечном сечении (образцы 5, 8, 9). Согласно рисунку, шероховатость сырой фольги у образцов 8, 9 одного порядка, тогда как у образца 5 заметно снижена. Адгезионный слой воспроизводит микрорельеф основы, но толщина его и степень равномерности по толщине на разных образцах различны. Толщина порошкового слоя у образца 8 составляет примерно 5 мкм, в то же время у образца 5 она в 2 раза меньше. Самое неравномерное распределение порошка по неровностям субстрата отмечается у фольги с наиболее высокой адгезионной прочностью (образец 9). На микровыступах сырой фольги в этом случае наблюдаются порошковые глобулярные образования с радиусом 1-4 мкм. Характер неровности с таким порошковым образованием в целом аналогичен неровности, приведенной на рис. 2г.

Таким образом, исследования морфологии и поперечных срезов фольги показывают, что на адгезионную прочность в равной мере влияют строение как сырой, так и порошковой меди. Заостренные к вершине кристаллы основы обеспечивают надежное и

Рис. 4. Микрофотографии поперечных срезов образцов фольги 5 (а), 8 (б), 9 (в). Увеличение: а, б - 400; в - 600. А - сырая фольга; Б - порошок; В - упрочняющий подслой меди

глубокое проникновение металла в диэлектрик, а однородность их размеров - равномерность его запрессовки, что минимизирует опасность попадания травильного раствора в зону контакта разнородных материалов в случае химического травления запрессованной фольги при изготовлении печатных плат. Неравномерное распределение частиц медного порошка по зернам сырой меди приводит к формированию механических затворов, форма которых различна - от отдельных гранулярных частиц до их конгломератов в виде различных остроугольных неровностей. Наиболее высокую адгезию обеспечивают затворы, представляющие собой ориентированные вершинами к вершинам сырой меди конические образования, основания которых пронизывают разных размеров полости. Ширина затворов определяется глубиной растворения металла при подтекании травильного раствора в область его контакта с пластическим материалом. Так как глубина растворения обычно меньше 0,05 мкм, то ширина затворов должна составлять не менее 0,2-0,3 мкм.

Микроскопическое исследование фольги носит в основном описательный характер. Получение численных значений ограничено оценкой только средних размеров структурных элементов осадка. Более полное количественное описание строения фольги можно получить на основе данных профилографического исследования ее поверхности.

На рис. 5 приведены опорные кривые, а также кривые распределения неровностей микрорельефа поверхности фольги по их размерам и форме. Как видно из рис. 5а, опорные

Рис. 5. Опорные кривые (а) и кривые распределения неровностей по высоте (б), ширине (в), форме (г). Цифры у кривых - номера образцов (шероховатость продольная и поперечная*)

кривые, характеризующие микрорельеф поверхности образцов 5, 8, 9, имеют плавный ход и не содержат в себе изломов и перегибов, которые обычно возникают в случае образования в шероховатом слое крайне различающихся по размерам неровностей [2]. Высота осадка h в области малых и больших заполнений металлом геометрически неоднородного слоя резко снижается. Это говорит о том, что неровности, составляющие микрорельеф поверхности адгезионнопрочной фольги, характеризуются не только однородным размером, но и повышенной крутизной формы их выступов и впадин [2, З].

Кривые распределения неровностей по высоте приведены на рис. 5б. Согласно рисунку, на поверхности образцов 8 и 9 отмечаются неровности с характерной высотой 2,5-4 мкм, тогда как на образце 5 характерная высота неровностей несколько снижается и составляет порядка 2 мкм.

Из анализа кривых распределения по ширине (рис. 5в) следует, что у фольги с повышенной адгезионной прочностью наблюдается максимум в области значений L = 10 мкм. Это указывает на то, что из-за ограничивающих размеров ощупывающей иглы профилографа неровности шириной менее 10 мкм искажаются либо совсем не фиксируются на профилограммах. Кроме того, это свидетельствует о преобладании малых неровностей в составе микрорельефа.

Кривые распределения неровностей по форме (рис. 5г), подобно опорным кривым, показывают, что в микрорельефе поверхности адгезионнопрочной фольги превалируют неровности более крутые по форме, чем у фольги с меньшей прочностью сцепления с диэлектриком. Так, на образцах 5, 8, 9 наибольшее количество неровностей характеризуется отношением H/L = 0,08. В то же время на образце 1 преобладающими становятся более пологие неровности с фактором формы 0,04. Количество неровностей с отношением H/L = 0,12 на образцах адгезионнопрочной фольги меняется от 2 до 10%, тогда как на образце 1 их число не превышает 1%.

При исследовании распределения неровностей по высоте, ширине, форме оказалось, что кривые распределения, полученные при продольном и поперечном трассировании поверхности фольги иглой профилографа, не совпадают между собой. Это говорит об анизотропии поверхности исследуемых образцов. Анизотропия - признак диффузионной кинетики осаждения. Поэтому неоднозначность структуры фольги во взаимно перпендикулярных направлениях может быть вызвана гидродинамическими потоками в электролите.

Оценивая усредненные характеристики микрорельефа поверхности у образцов 5, 8, 9, приведенные в таблице, следует отметить, что шероховатость их поверхности в целом несколько выше, чем у остальных образцов с другой структурой, причем Нск увеличивается при переходе от образца 5 к образцам 8, 9. Угол наклона неровностей на поверхности этих образцов по мере повышения их адгезии к пластическому материалу монотонно возрастает и составляет не менее 7-8 . Корреляции между количеством неровностей на единицу длины трассы No и адгезионной прочностью фольги не отмечается, хотя истинная поверхность образцов 5, 8, 9 с увеличением их сцепления с диэлектриком непрерывно растет.

Несогласованность в изменении S и N может быть связана с ограниченными воз-

ист о

можностями профилографического метода исследования фольги, позволяющего характеризовать лишь ту часть поверхности, которая образована достаточно крупными зернами или конгломератом зерен [5]. Что же касается поверхности граней самих зерен и распределенных по этим граням частицам порошка, то их можно исследовать по спектрам эмиссии вторичных электронов, а также методом когерентной оптики.

Спектры эмиссии вторичных электронов получают на растровом электронном микроскопе одновременно с изображением поверхности исследуемых образцов фольги. Подобный спектр на фоне поверхности осадка приведен на рис. ба. По характеру он представляет собой как бы профилографическое сечение фольги в направлении, отмеченном

на микрофотографии сплошной линией. Однако, как показали специальные эксперименты [12], в отличие от профилограмм, характеризующих геометрию поверхности, «оптические профилограммы» не отражают ни высоту, ни ширину неровностей, а реагируют только на угол их наклона и кривизну, а значит на истинную поверхность фольги.

Это позволяет по интенсивности спектров эмиссии вторичных электронов на качественном уровне судить об истинной поверхности отдельных кристаллов, обусловленной микрогеометрией порошковых частиц и их распределением по зернам сырой меди.

Как видно из рис. 6 в, г, спектры, полученные на образцах 5,

8, несмотря на неполное морфологическое сходство этих образцов, имеют практически одинаковую интенсивность, причем более высокую, чем у образца

9. Это говорит о том, что истинная поверхность, обусловленная структурой порошка, не определяет сцепляемости фольги с диэлектриком в отличие от Бист, найденной для тех же образцов профилографически (см. таблицу) и учитывающей элементы профиля с поперечными размерами, большими 10 мкм.

Метод когерентной оптики позволяет изучать периодичности, обусловленные как ростом кристаллов компактной меди, так и порошковых частиц. Для проведения такого исследования с изображения поверхности фольги, зафиксированного на фотопленке, с помощью оптического когерентного спектроанализатора получают дифракционные картины Фраунгофера (ДКФ), представляющие собой двухмерный спектр мощности присутствующих в изображении частот [15]. ДКФ, характеризующие топографию поверхности образцов фольги 1, 8, 9, приведены на рис. 7. Они имеют вид световых пятен, яркость которых убывает от центра к периферии. Анализируя форму этих пятен, можно выявить невидимую глазом анизотропность структуры фольги, ее характер и направленность. В случае изотропных поликристаллических поверхностей пятно имеет круглую форму [6]. При неярко выраженной анизотропии поверхности поликристалла ДКФ приобретают вид элип-соподобного пятна [6]. Диапазон фиксируемых в ДКФ периодичностей зависит от увеличения фотоснимка. При используемых нами увеличениях от 25 до 1500 можно исследовать периодичности от 40 до 0,1 мкм. Как видно из рис. 7, анизотропия поверхности фольги наиболее ярко видна при малых увеличениях на образце 1 без порошкового слоя, который характеризуется очень низкой адгезионной прочностью. У образцов 9 и особенно 8 она выражена более слабо. Это говорит о том, что анизотропия преимущественно возникает за

Рис. 6. Спектры эмиссии вторичных электронов с поверхности образцов фольги: 9 (а), 5 (б), 8 (в) на фоне (а) и без (б, в) соответствующих микрофотографий поверхности. Увеличение: а - 12 000; б, в - 2 000

счет неодинакового роста во взаимно перпендикулярных направлениях крупных составляющих микрорельефа, что согласуется с профилографическими исследованиями фольги. При больших увеличениях, напротив, эллиптичность формы светового пятна ярче выражена у образцов с высокой адгезией (рис. 7 г, е). Это указывает на то, что упорядоченное распределение порошковых частиц по зернам сырой меди способствует улучшению адгезионной прочности фольги.

Таким образом, для производства электролитической медной фольги с высокой адгезионной прочностью необходимо, прежде всего, получить компактную медь с конусообразной или пирамидальной структурой однородных по высоте зерен шириной 4-8 мкм. С целью создания механических затворов компактная медь покрывается слоем медного порошка, преимущественно сосредоточенного на вершинах зерен основы. Увеличение размеров затворов и занятой ими поверхности (V изменяется от 0,04 до 0,15 при переходе от образца 5 к образцам 8, 9) способствует усилению адгезии. Форма частиц порошка преимущественно сфероидальная, размер их находится в интервале 0,1-1 мкм. Уплотняющий слой металла не должен сглаживать микрорельеф поверхности фольги, сформировавшийся после осаждения порошка.

Сырую фольгу с пирамидальной или конической структурой зерен можно получить при условии очистки сульфатного электролита меднения от органических примесей и использовании некоторых режимов пульсирующего электролиза [13]. Порошковую медь обычно получают в том же электролите при предельной плотности тока осаждения. Неравномерное распределение порошка по зернам сырой меди достигается путем введения в электролизную ванну катализирующих добавок [3]. Однако включение добавок в осадок снижает его физико-механические свойства, а их расходование при электролизе требует частой корректировки состава ванн. Нежелательных последствий можно избежать, используя добавки пролонгированного действия на электроосаждение меди, которые, сорбируясь на электроде, выталкиваются растущим осадком на поверхность. Таким свойством, в частности, обладает тиомочевина (ТМ) [10]. Так был создан при разграничении процессов сорбции и электролиза во времени новый нетрадиционный способ получения адгезионнопрочной медной фольги [1]. Способ позволяет не вводить добавку в электролит, а предварительно модифицировать сырую медь с пирамидальной структурой зерен сорбцией ТМ из водного раствора с последующим осаждением порошка в чистом электролите. В процессе сорбции ТМ преобразуется в Си2Б [11], который в сульфатном электролите меднения путем обмена Си+ на Си2+ частично трансформируется в СиБ,

Рис. 7. Дифракционные картины Фраунгофера с изображений поверхностей образцов фольги 1 (а, б), 8 (в, г), 9 (д, е). Увеличение: в - 25; д - 30; а - 50; б - 500; г, е - 1 500

катализирующий электроосаждение меди [9]. Вследствие преобладающей диффузии ТМ к вершинам микронеровностей сульфиды меди преимущественно образуются на них. Когда количество СиБ на поверхности электрода составляет доли монослоя, он вызывает длительную (до 10 мин) деполяризацию электроосаждения меди [9], увеличивая плотность тока и количество образовавшегося порошка на микровыступах. В результате на вершинах микронеровностей возникают порошковые формирования, приводящие к получению затворов при запрессовывании фольги в диэлектрик. Прочность сцепления такой фольги с диэлектриком порядка 2 000 Н-м-1 [1]. Отсутствие добавки в электролите снижает необходимость частых корректировок, замен и утилизации электролизных ванн, делая гальваническое производство экологически более чистым. Выталкивание адсорбата растущим осадком на поверхность уменьшает включение серы в осадок [1] и способствует подавлению коррозионной активности фольги и ее склонности к охрупчиванию.

ЛИТЕРАТУРА

1. А. с. СССР № 1387527. МПК С25 D 3/38. Способ получения осадков меди / Л.А.Кузнецова, Н.Я.Ковар-ский, И.В.Семилетова; Ин-т химии ДВНЦ АН СССР. Заявл. 25.10.85; Опубл. 10.09.99, БИ № 25.

2. Гнусин Н.П., Коварский Н.Я. Шероховатость электроосажденных поверхностей. Новосибирск: Наука, 1970. 236 с.

3. Головин И.Н., Бужинская А.В., Мазурчук Э.Н. и др. Производство электролитической медной фольги // Цв. металлы. 1980. № 4. С. 38-45.

4. Дерягин Д.В., Кротова Н.А., Смилга В.П. Адгезия твердых тел. М.: Наука, 1973. 179 с.

5. Коварский Н.Я. Изучение микрогеометрических дефектов электроосажденных поликристаллических поверхностей: автореф. дис. ... д-ра хим. наук. М., 1975. 46 с.

6. Коварский Н.Я., Юдина Л.А., Рудик Е.И. и др. Исследование морфологии, структурных особенностей, анизотропии микрорельефа поликристаллических осадков методами когерентной оптики // Электрохимия. 1981. Т. 17, № 4. С. 569-575.

7. Коварский Н.Я., Кузнецова Л.А., Седова С.С. и др. Топография поверхности электролитических медных фольг и прочность их сцепления с пластмассой // Цв. металлы. 1983. № 6. С. 34-36.

8. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. 480 с.

9. Кузнецова Л.А., Коварский Н.Я. Микрораспределение электроосажденной меди на катоде, покрытом пленкой Си2Б // Электрохимия. 1981. Т. 17, № 11. С. 1633-1637.

10. Кузнецова Л.А., Семилетова И.В. Нетрадиционный способ управления распределением электроосажден-ной меди по электроду // Вестн. ДВО РАН. 2003. № 1. С. 41-49.

11. Кузнецова Л.А., Коварский Н.Я. Образование сульфидной пленки на меди в растворах тиомочевины // Электрохимия. 1981. Т. 17, № 11. С. 1712-1716.

12. Кузнецова Л.А., Семилетова И.В., Макогина Е.И. Особенности микрорельефа поверхности электролитической медной фольги с высокой прочностью сцепления с диэлектриком // Журн. прикл. химии. 2004. Т. 77, № 10. С. 1667-1675.

13. Полукаров Ю.М., Попков Ю.А., Гринина В.В., Шешенина З.Е. Потеря устойчивости плоского фронта осадков меди при осаждении их на пульсирующем токе с анодной поляризацией // Электрохимия. 1982. Т. 18, № 9. С. 1218-1223.

14. Попилов Л.Я., Зайцева Л.П. Электрополирование и электротравление металлографических шлифов. М.: Металлургиздат, 1955. 310 с.

15. Тимакова Г.П., Юдина Л.А., Кленин С.А. и др. Когерентные методы исследования кристаллической магнитной структуры ферромагнитных пленок // Физика металлов и металловедение. 1977. Т. 44. С. 1198-1202.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.