CC BY
23
УДК 621.357.7
Алешина В.Х., Григорян Н.С., Смолякова В.И.
Выравнивающие добавки в электролит меднения печатных плат
Алешина Венера Халитовна - ассистент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; [email protected];
Григорян Неля Сетраковна - к.х.н., профессор, доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии;
Смолякова Валерия Игоревна - магистр 1 года обучения кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии.
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва.
Электрохимическая металлизация отверстий является одной из важнейших стадий технологического процесса изготовления многослойных печатных плат и требует высокотехнологичных электролитов и оборудования. Настоящее исследование посвящено разработке конкурентоспособного отечественного электролита меднения отверстий печатных плат и направлено на изучение влияния природы и концентрации выравнивающих добавок на равномерность медного покрытия в отверстиях печатных плат. Показано, что наиболее равномерные покрытия, сопоставимые по равномерности с покрытиями зарубежного аналога, получаются при сочетании в электролите ингибитора ПЭГ 4000 и выравнивающих добавок Janus Green B и полиэтиленимин. Ключевые слова: гальваническое меднение, печатные платы, металлизация сквозных отверстий, выравнивающая добавка.
Leveling additives to the electrolyte of copper-plated printed boards
Aleshina V.Kh., Grigoryan N.S., Smolyakova V.I.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
Electrochemical hole plating is one of the most important stages in the technological process of manufacturing multilayer printed circuit boards and requires high-tech electrolytes and equipment. This study is devoted to the development of a competitive domestic electrolyte for copper plating ofprinted circuit board holes and is aimed at studying the effect of the nature and concentration of leveling additives on the uniformity of copper coating in printed circuit board holes. It has been shown that the most uniform coatings, comparable in uniformity with those of a foreign analogue, are obtained by combining the PEG 4000 inhibitor and Janus Green B and polyethyleneimine leveling additives in the electrolyte. Key words: galvanic copper plating, printed circuit board, metallization of through holes, leveling additive.
Введение
Гальванические медные покрытия широко используются в гальванотехнике в качестве подслоя при нанесении многослойных покрытий на детали из стали, цинка и др. металлов, для защиты стали от цементации, для получения гальванопластических копий сложных поверхностей; в электронике для металлизации отверстий печатных плат (ПП) с целью обеспечения электрического контакта
токопроводящего рисунка (ТПР) различных слоев многослойных печатных плат (МПП), а также в радиоэлектронике для создания волноводов [1].
Во всех вышеуказанных случаях требуемые технические характеристики изделия в значительной степени определяются равномерностью распределения электроосажденного медного покрытия на различных участках его поверхности.
С развитием электронной промышленности все более возрастает класс точности ПП, который определяется шириной дорожек ТПР, расстоянием между печатными проводниками (по ГОСТ 53.4292009) [2], а также диаметром отверстий и аспектным соотношением - соотношением диаметра отверстий и толщины ПП. С усложнением конструкций все труднее обеспечивать качественную металлизацию
токопроводящего рисунка МПП. Для осаждения гальванических медных покрытий в отверстиях современных МПП требуются высокотехнологичные электролиты, характеризующиеся высокой
рассеивающей способностью, обеспечивающей равномерность медного покрытия при малом отношении диаметра отверстия к его толщине. Стандартные отечественные технологии меднения печатных плат (ГОСТ 23.770-79) [3] не удовлетворяют современным требованиям по рассеивающей способности, а также стабильности и ресурсу электролита. Российские производители вынуждены были использовать импортные технологии. В условиях санкционной политики необходимость разработки отечественных технологий металлизации отверстий ПП чрезвычайно обострилась.
Рассеивающая способность электролитов, как известно, зависит от таких электрохимических факторов, как электропроводность, поляризуемость, которые в свою очередь зависят от состава электролита
[4].
В настоящее время для реализации процесса электролитического меднения в промышленности используют сернокислые электролиты меднения с добавлением нескольких видов добавок, которые в литературе условно подразделяют на ингибирующую, выравнивающую и блескообразующую
(ускоряющую). Сочетание в электролите этих видов добавок позволяет добиться требуемой рассеивающей способности электролита.
Основная часть
Рассеивающую способность электролита определяли по известной методике [5], используя
шлифы тест-купонов - пластин фольгированного диэлектрика (стеклотекстолита) FR-4 толщиной 1,5 мм (толщина медной фольги 18 мкм) с набором отверстий разного диаметра от 0,2 до 0,8 мм, широко используемых в производстве печатных плат для контроля качества. В данной работе распределение покрытия оценивалось в отверстиях с наименьшим диаметром (0,2 мм) и аспектным соотношением 0,13.
Исследовано влияние выравнивающих добавок на равномерность медного покрытия в отверстиях печатных плат. В качестве базового был выбран электролит состава (г/л): 100 CuSO^5H2O, 200 H2SO4 (96%), 0,11 NaCl. Как видно из приведенной на рис. 1 фотографии поперечного шлифа отверстия ПП с покрытием, осажденным в базовом электролите без добавок, покрытие в отверстии неравномерно по толщине - проявляется т.н. эффект «собачья кость» -избыточное нарастание металла на входе отверстия. Рассеивающая способность электролита оценивается параметрами РСшт = 43% и РСтах = 82%.
Для устранения избыточного нарастания меди на входе в отверстие в электролит вводили ингибирующие и выравнивающие добавки. По результатам ранее проведенных экспериментов на кафедре в качестве ингибитора был выбран ПЭГ 4000 1 г/л. С учетом литературных сведений, в качестве выравнивающих добавок были исследованы метиловый фиолетовый (МФ), сафранин Т (СТ), бриллиантовый зеленый (БЗ), Janus Green B (JGB),
полиэтиленимин (ПЭИ) Мш = 25000 г/моль в диапазоне концентраций от 3 до 120 мг/л (рис. 2). Покрытия, сформированные в присутствии в электролите метилового фиолетового, сафранина Т и бриллиантового зеленого, наиболее равномерны при их содержании в электролите 6 мг/л.
Рис. 1. Фотография поперечного шлифа тест-купона
с отверстиями (х500) с покрытием, полученным из электролита базового состава
При использовании в качестве выравнивателей Janus Green B или полиэтилеимина равномерные покрытия формируются в большем диапазоне концентраций 3-120 мг/л (рис. 3).
I 1 | | 1 | в иг л | 1 | 10 мг'л | I | во иг л | ; 1120 кг/3 I 6 |
Рис. 2. Распределение покрытия в отверстиях и на поверхности ПП: а - PCmin; б - РСтах
Рис. 3. Фотографии поперечных шлифов тест-купонов с отверстиями (х500) с медным покрытием, осажденным в электролите базового состава в присутствии ингибитора и: а) Janus Green B 60 мг/л; б) полиэтиленимина 30 мг/л; в) зарубежного аналога
Заключение
Показано, что для устранения избыточного нарастания меди на входе в отверстие печатных плат в электролит необходимо вводить ингибирующие и выравнивающие добавки.
Показано, что наиболее равномерные покрытия, сопоставимые по равномерности с покрытиями зарубежного аналога, получаются при сочетании в электролите ингибитора ПЭГ 4000 и выравнивающих добавок Janus Green B и полиэтиленимин.
Работа выполнена при финансовой поддержке РХТУ им. Д.И. Менделеева. Номер проекта ВИГ-2022-015.
Список литературы
1.Кудряшов В.А., Темников С.Р., Бажанова А.И. Влияние добавок и реверсивного тока на распределение осадков металла при электрохимическом меднении // Наука без границ, 2018. № 4 (21). С. 107-111.
2.ГОСТ Р 53.429-2009. Платы печатные. Основные параметры конструкции. М., 2012. 11 с. (Стандартинформ).
3.ГОСТ 23770-79. Платы печатные. Типовые технологические процессы химической и гальванической металлизации. М., 1995. 35 с. (Издательство стандартов).
4.Зорин Р.А., Алешина В.Х., Григорян Н.С., Ваграмян Т.А. Исследование влияния блескообразующих добавок на распределение медного гальванического покрытия в сквозных отверстиях печатных плат // Успехи в химии и химической технологии, 2020. Том XXXIV. № 6. С. 35-37.
5.Aleshina V.Kh., Grigoryan N.S., Asnis N.A., Vagramyan T.A., Kuznetsova T.I. Additives to the electrolyte for copper plating of through-holes in multilayer printed-circuit boards // Int. J. Corros. Scale Inhib., 2021. Vol. 10, No 4. P. 1661-1676.
