Государственный Комитет Российской Федерации
по Высшему Образованию
Санкт-Петербургский
Государственный Электротехнический Университет «ЛЭТИ»
«Гальванотехника
и ее Применение в Микроэлектронике»
Студент: Чапчаев В.В.
Факультет: РТ
Уч.группа: № 2142
Преподаватель: Марголин В.И.
2 0 0 3
Содержание
| Введение ….………………………………………………………… | 3 |
| Электрохимическая обработка металлов ………………. | 3 |
| Электрохимическое обезжиривание …………………….. | 4 |
| Электрохимическое травление ……………………………. | 4 |
| Электрохимическое полирование ………………………… | 5 |
| Электрохимическое осаждение …………………………… | 6 |
| Нанесение на поверхность изделий металлических покрытий …………………………………………………………... | 6 |
| Меднение ……………………………………………………….. | 7 |
| Никелирование ………………………………………………… | 8 |
| Оловынирование ……………………………………………… | 8 |
| Серебрение ……………………………………………………… | 8 |
| Оборудование для нанесения гальванических покрытий …………………………………………………………… | 9 |
| Применение гальванотехники в микроэлектронике … | 10 |
| Удаление загрязнений с поверхности подложек ……… | 10 |
| Электрохимическое нанесение пленок ………………….. | 13 |
| Изготовление печатных плат электрохимическим методом ……………………………………………………………… | 16 |
| Гальваническое меднение …………………………………… | 17 |
| Гальванические покрытия …………………………………… | 19 |
| Заключение …………………………………………………………. | 22 |
| Список литературы ……………………………………………… | 23 |
Введение
Гальванотехника - процесс получения на поверхности изделия или основы (формы) слоев металлов из растворов их солей под действием постоянного электрического тока.
Электролитический или гальванический метод нанесения металлических покрытий был разработан в середине XIX века, но не сразу получил сколько-нибудь значительное промышленное применение – этому препятствовало отсутствие мощных источников постоянного тока.
Сущность метода заключается в погружении покрываемых изделий в водный раствор электролита, главным компонентом которого являются соли или другие растворимые соединения – металлопокрытия. Покрываемые изделия контактируют с отрицательным полюсом источника постоянного тока, т.е. являются катодами. Анодами обычно служат пластины или прутки из того металла, которыми покрывают изделия. Они контактируют с положительным полюсом источника постоянного тока и при прохождении электрического тока растворяются, компенсируя убыль ионов, разряжающихся на покрываемых изделиях.
Наряду с электрохимическим методом катодного осаждения металлов широкое применение находят и анодные методы электрохимической обработки поверхности металлов. К ним следует отнести электрохимическое оксидирование, травление, полирование и др. Во всех анодных процессах происходит либо растворение металла, либо превращение поверхностного слоя металла в оксидный или другой слой.
Электрохимическая обработка металлов.
Электрохимическая обработка это ряд методов, предназначенных для придания обрабатываемой металлической детали определенной формы, заданных размеров или свойств поверхностного слоя.
Электрохимическая обработка осуществляется в электролизерах (электролитических ваннах, электрохимических
ячейках специальных станков, установок), где обрабатываемая деталь является либо анодом )анодная обработка), либо катодом (катодная обработка), либо тем и другим попеременно.
Электрохимическое обезжиривание.
Электрохимическое обезжиривание (процесс удаления жиров и масел с поверхности изделия) может происходить на катоде, на аноде и может быть комбинированным – на катоде с последующим кратковременным переключением на анод.
Процесс электрохимического обезжиривания на катоде заключается в омылении жиров гидроксильными ионами, концентрация которых у катода бывает повышенной благодаря выделению газообразного водорода, способствующего механическому отрыву капелек жиров и масел.
При поляризации обрабатываемых изделий облегчается удаление с их поверхности жировых загрязнений: при увеличении поляризации уменьшается прочность прилипания масла к обрабатываемой поверхности и увеличивается смачиваемой металла водой.
Механизм процесса анодного обезжиривания аналогичен катодному, но скорость обезжиривания на аноде меньше, что объясняется меньшей щелочностью у анода и тем, что выделяющийся на аноде кислород слабее воздействует на обделение жиров и масел от поверхности изделий.
Электрохимическое травление (удаление с поверхности изделий различных окислов и продуктов коррозии) для очистки от загрязнений производят в растворах кислот, содержащих различные добавки (например, ингибитор коррозии), в щелочных растворах или расплавах при постоянном или переменном токе. Электрохимическое травление используют для осуществления электрохимического фрезерования с целью получения заданного «рисунка» на поверхности детали локальным анодным растворением металла. Места, которые не должны подвергаться растворению, покрывают слоем фоторезисторного материала . Таким образом можно произвести обработку деталей типа печатных плат, перфорирование, травление в декоративных целях.
Важная область использования электрохимического травления – развитие поверхности (увеличение удельной площади поверхности). Наиболее широкое применение имеет травление
алюминиевой фольги в хлоридных растворах для электролитических конденсаторов, этот процесс позволяет повы-
сить удельную поверхность в сотни раз и увеличить удельную емкость конденсаторов, уменьшить их размеры.
Развитие поверхности методом электрохимического травления применяют для улучшения адгезии металла по стеклу или керамике в электронной технике, усиления сцепления покрытия с металлом при эмалировании металлических изделий и др. Анодным травление снимают дефектные гальванические покрытия с деталей.
Электрохимическое полирование.
Электрохимическое полирование заключается в преимущественном анодном растворении выступов на шероховатой поверхности и приводит к достижению низкой шероховатости или зеркального блеска поверхности (глянцевание)
Выравнивание поверхности и ее глянцевание обусловлены двумя различными, но взаимосвязанными процессами:
1. Образованием на аноде относительного толстого вязкого слоя из продуктов растворения. Такой слой обуславливает выравнивание поверхности; на вершинах микровыступов поверхности он значительно тоньше, чем во впадинах, и сопротивление его во впадинах значительно выше,, чем на выступах, поэтому плотность тока на поверхности дна впадин будет меньше, чем на выступах. Этим объясняется преимущественное растворение микровыступов и сглаживание поверхности.
2. Образованием и удалением тонкой оксидной пленки, которая толще во впадинах и тоньше на микровыступах поверхности анода. При их устранении повышается оптическая гладкость поверхности и усиливается блеск.
Электролит для полирования должен быть устойчив к работе и обладать широким рабочим интервалом плотности тока и температуры. Он не должен разъедать поверхность полируемого изделия.
При электролитическом полировании меди, медных гальванических покрытий, латуни в качестве электролита используют 74% ортофосфорной кислоты, 6% хромового ангидрида, 20% воды при анодной плотности тока 30 – 50 а/дм2
и температуре электролита 20 - 40°С. Продолжительность обработки 1 – 3 мин.
Электрохимическое оксидирование
Электрохимическое оксидирование имеет две основные разновидности: получение барьерных тонких пленок (толщиной до мкм) и пористых толстых (до нескольких сотен мкм) анодных оксидных пленок.
Барьерные пленки получают в растворах электролитов типа H3BO3 не растворяющих оксиды, обычно в два этапа. На первом этапе – в гальванических условиях; при этом напряжение увеличивается во времени, а толщина оксидной пленки пропорциональна количеству электричества. После достижения заданного напряжения режим изменяют на электростатический – ток снижается во времени, диэлектрические свойства оксидной пленки повышаются. Одна из наиболее важных областей применения барьерных оксидных пленок – получение диэлектрического слоя электролитических конденсаторов.
Пористые анодные оксидные пленки выращивают в агрессивных по отношению к оксиду электролитах, например, в 15%-ной H2SO4, при постоянном напряжении. Такие пленки состоят из двух слоев: тонкого барьерного и значительно более толстого пористого. Они широко применяются в качестве декоративно-защитных покрытий.
Нанесение на поверхность изделий металлических покрытий.
Нанесение на поверхность изделий тонких (до десятков мкм) металлических покрытий (гальваностегия) применяют для повышения коррозионной стойкости и износостойкости изделий, улучшения отражательной способности его поверхности, повышения электрической проводимости и магнитных характеристик, облегчения пайки, а также для декоративной отделки. Наиболее распространенные процессы – цинкование,
никелирование, меднение, хромирование, кадмирование, золочение, серебрение.
Меднение
Медные покрытия применяются в качестве подслоя при нанесении многослойных защитно-декоративных и многофунк-циональных покрытий на изделия из стали, цинковых и алюминиевых сплавов во многих отраслях промышленности; для улучшения пайки; для создания электропроводных слоев; для местной защиты стальных деталей при цементации, азотировании, борировании и других диффузионных процессах; в гальванопластике для наращивания толстых слоев при снятии металлических копий с художественных изделий.