РАСТВОР ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО МЕДНЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК C23C18/40 

Изобретение относится к области получения медных покрытий из растворов методом химического восстановления и может быть использовано для металлизации печатных плат в радиотехнике.

За аналог принят тартратный раствор меднения, применяемый при изготовлении печатных плат состава [1], содержащий медь сернокислую, пятиводную - 10,0-15,0 г/л; калий-натрий виннокислый - 50,0-60,0 г/л; никель хлористый - 2,0-4,0 г/л; натрий углекислый - 2,0-4,0 г/л; натрия гидрат окиси - 13,0-15,0 г/л; формалин (37%-ный) - 10,0-15,0 мл/л; натрий серноватистокислый - 0,001-0,002 г/л.

Восстановленная из данного раствора медь хрупкая, темная, быстро окисляемая на воздухе. Скорость реакции восстановления ионов меди недостаточная, раствор малостабилен во времени и в связи с этим невозможно получение качественных покрытий как химической, так и электролитической меди.

Наиболее близким по технической сущности - прототипом - является тартратный раствор химического меднения, содержащий двухкомпонентный стабилизатор: тиомочевину - 0,001-0,003 г/л и натрий серноватистокислый - 0,0005 г/л [2].

Раствор по сравнению с аналогом более стабилен, однако из-за повышенной первоначальной скорости реакции, вызванной одновременным присутствием двух серусодержащих компонентов, способствующих интенсивному выделению водорода, медные покрытия получают пористые и неоднородные, что затрудняет получение в дальнейшем плотных и эластичных осадков электролитической меди.

Задача изобретения - получение химических медных покрытий, обеспечивающих качество, необходимое для протекания последующих электролитических процессов осаждения.

Поставленная задача достигается тем, что в состав раствора химического меднения - прототипа - вместо натрия серноватистокислого вводят в качестве стабилизатора калий железосинеродистый при следующем соотношении компонентов: медь сернокислая, пятиводная - 10,0-15,0 г/л; калий-натрий виннокислый - 50,0-60,0 г/л; никель хлористый - 2,0-4,0 г/л; натрий углекислый - 2,0-4,0 г/л; натрия гидрат окиси - 13,0-15,0 г/л; формалин (37%-ный) - 10,0-15,0 мл/л; тиомочевина - 0,001-0,003 г/л; калий железосинеродистый - 0,03-0,05 г/л.

Сравнение с прототипом показывает, что заявляемый состав химического меднения отличается тем, что в качестве комплексной стабилизирующей добавки в раствор совместно с тиомочевиной вводят калий железосинеродистый в количестве 0,03-0,05 г/л. Одновременное присутствие в растворе химического меднения тиомочевины и калия железосинеродистого позволяет получать светлые, плотные и однородные медные покрытия, отличающиеся пластичностью и мелкокристалличностью. Раствор меднения указанного состава является стабильным. В процессе меднения не наблюдается самопроизвольного восстановления меди в объеме при длительном использовании раствора. Качество химически осажденной меди обеспечивает дальнейшее протекание электролитических процессов осаждения в соответствии с технологическим процессом.

Таким образом, технический результат предлагаемого изобретения выражается в следующем:

улучшается качество химически нанесенного слоя меди за счет низкого содержания водорода в структуре (внешний вид, чистота, плотность, мелкокристалличность, пластичность);

возрастает стабильность раствора за счет отсутствия восстановления меди в объеме раствора благодаря образованию стабильных комплексных соединений компонентов добавки с ионами одновалентной меди;

снижается степень загрязнения окружающей среды, расход реактивов и трудоемкость за счет многоразового использования раствора.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволяет установить соответствие критерию “новизна”.

В связи с тем, что получение медных покрытий из растворов методом химического восстановления в качестве промежуточного токопроводящего слоя широко используется в радиотехническом производстве для металлизации печатных плат, заявленное техническое решение соответствует критерию “промышленная применимость”.

Основные характеристики растворов - аналогов и заявляемого состава представлены в таблице 1.

Приготовление заявляемого раствора химического меднения выполняют следующим образом.

Расчетное количество сернокислой меди и двухлористого никеля растворяют в половине необходимого объема воды. В другой половине растворяют гидрат окиси натрия, калий-натрий виннокислый и углекислый натрий. Вливают порциями при перемешивании раствор меди и никеля в щелочной раствор калия-натрия виннокислого. Доводят уровень раствора дистиллированной водой до 1 л. Раствор отфильтровывают и проверяют значение рН раствора, которое может изменяться от 12,6 до 12,8. За сутки до работы в свежеприготовленный раствор вводят стабилизатор - комплексную добавку. Стабилизатор готовят в виде концентратов водных растворов: 1 г тиомочевины растворяют в 1 л дистиллированной воды, 10 г калия железосинеродистого растворяют в 1 л дистиллированной воды. Каждую составляющую комплексной добавки вводят отдельно. Формалин вводят перед началом работы.

Перед проведением процесса химического меднения образцы фольгированного диэлектрика подвергают подготовке по стандартной методике согласно ГОСТ 23770-79, затем проводят процесс осаждения при 25° в течение 30 мин при плотности загрузки 1,5-2 дм²/л.

Выбор оптимально-допустимой концентрации калия железосинеродистого определен в примерах 1-5. Результаты представлены в таблице 2.

Пример 1

Химическое меднение осуществляют в растворе, содержащем: медь сернокислую пятиводную - 15,0 г/л; калий-натрий виннокислый - 60,0 г/л; никель хлористый - 4,0 г/л; натрий углекислый - 4,0 г/л; натрия гидрата окиси - 15,0 г/л; формалин (37%-ный) - 15,0 мл/л; тиомочевину - 0,001 г/л; калий железосинеродистый - 0,01 г/л.

рН раствора поддерживают от 12,6 до 12,8.

Скорость восстановления меди 0,8 мкм/ч, стабильность раствора составляет три недели. Осадок темно-розовый, неоднородный.

Пример 2

Химическое меднение осуществляют в растворе состава, аналогичного примеру 1. Состав комплексной добавки, г/л: тиомочевины 0,001; калия железосинеродистого 0,03.

Скорость осаждения составляет 1,5 мкм/ч, раствор стабилен, покрытие светло-розовое, сплошное, плотное.

Пример 3

Химическое меднение осуществляют в растворе состава, аналогичного примеру 1. Состав комплексной добавки, г/л: тиомочевины 0,001; калия железосинеродистого 0,04.

Скорость осаждения 1,3 мкм/ч, раствор стабилен, покрытие светло-розовое, сплошное.

Пример 4

Химическое меднение осуществляют в растворе состава, аналогичного примеру 1. Состав комплексной добавки, г/л: тиомочевины 0,001; калия железосинеродистого 0,05.

Скорость осаждения 0,9 мкм/ч, раствор стабилен, покрытие светло-розового цвета, однородное.

Пример 5

Химическое меднение осуществляют в растворе состава, аналогичного примеру 1. Состав комплексной добавки, г/л: тиомочевины 0,001; калия железосинеродистого 0,07.

Скорость осаждения 0,7 мкм/ч, раствор стабилен, но осаждение меди замедляется, покрытие розовое с темными полосами.

Из анализа результатов испытаний (таблица 2) следует, что составы, представленные примерами 2-4, содержащие в качестве добавки от 0,03 до 0,05 г/л калия железосинеродистого, позволяют получить плотное медное покрытие светло-розового цвета с чистотой осадка 98,9-99,2%, гарантирующее условия качественного осаждения электролитической меди. Раствор характеризуется практически полным отсутствием объемного восстановления меди, что обеспечивает высокую стабильность в работе без изменения свойств и условия его использования в течение не менее 6 месяцев.

Изменение концентрации калия железосинеродистого в сторону уменьшения (меньше 0,03 г/л) или увеличения (больше 0,05 г/л) приводит к образованию некачественного покрытия (примеры 1 и 5).

Источники информации:

1. ГОСТ 23770-79. Платы печатные.

2. Петрова Т.П. Химические покрытия / Соросовский образовательный журнал №11, стр.57-62, 2000.

Изобретение относится к области получения медных покрытий из растворов методом химического восстановления и может быть использовано для металлизации печатных плат в радиотехнике. Раствор содержит медь сернокислую, пятиводную 10,0-15,0 г/л; калий-натрий виннокислый 50,0-60,0 г/л; никель хлористый 2,0-4,0 г/л; натрий углекислый 2,0-4,0 г/л; натрия гидрат окиси 13,0-15,0 г/л, формалин (37%-ный) 10,0-15,0 мл/л; тиомочевину - 0,001-0,003 г/л, калий железосинеродистый 0,03-0,05 г/л и воду дистиллированную – до 1 л. Технический результат: получение химических медных покрытий, обеспечивающих качество, необходимое для протекания последующих электролитических процессов осаждения, повышение стабильности раствора, снижение степени загрязнения окружающей среды, расхода реактивов и трудоемкости за счет многоразового использования раствора. 2 табл.

Раствор для химического меднения печатных плат, содержащий медь сернокислую пятиводную, калий-натрий виннокислый, никель хлористый, натрий углекислый, натрия гидрат окиси, формалин, тиомочевину, отличающийся тем, что для повышения качества химически осажденных медных покрытий он дополнительно содержит калий железосинеродистый при следующем соотношении компонентов, г/л:

Медь сернокислая пятиводная 10,0-15,0

Калий-натрий виннокислый 50,0-60,0

Никель хлористый 2,0-4,0

Натрий углекислый 2,0-4,0

Натрия гидрат окиси 13,0-15,0

Формалин (37%-ный), мл/л 10,0-15,0

Тиомочевина 0,001-0,003

Калий железосинеродистый 0,03-0,05

Вода дистиллированная До 1 л