СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ МЕДНЫХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 2017 года по МПК C25D3/38 C25D5/18 

Изобретение относится к области гальванотехники, в частности способу электролитического осаждения медных покрытий, и может быть использовано в производстве печатных плат и других компонентов электронных устройств.

Известны способы улучшения равномерности распределения электроосажденных слоев металлов и сплавов путем введения в состав используемых электролитов химических соединений, повышающих их рассеивающую способность, например, соединений, образующих комплексы с ионами осаждаемых металлов, или органических поверхностно-активных веществ, адсорбирующихся на катоде и увеличивающих катодную поляризацию [Лайнер В.И., Кудрявцев Н.Т. Основы гальваностегии, ч. 1. М.: Металлургиздат, 1953, 624 с.]. Однако эти способы не могут обеспечить получения одинаковой толщины осажденного слоя на разных участках поверхности профилированных изделий.

В литературе [Гамбург Ю.Д., Какие формы импульсного тока целесообразно применять на практике. Гальванотехника и обработка поверхности. 2003, т. 11, №4, с. 60-65] имеются сведения о положительном воздействии реверса тока на равномерность распределения получаемых покрытий. Однако отмечено, что применение реверса импульсного тока в процессе нанесения металлического покрытия в одних случаях может способствовать улучшению равномерности его распределения на покрываемой поверхности, в то время как в других случаях, оно оказывает отрицательное воздействие на равномерность распределения покрытия.

Наиболее близким по технической сущности является способ электролитического осаждения медного покрытия из сернокислого электролита, содержащего 80 г/л пентагидрата сульфата меди и 180 г/л серной кислоты, с применением импульсного реверсивного тока при одинаковой плотности тока в катодных и анодных импульсах 1-2 А дм², длительности катодных импульсов 20-60 с, длительности анодных импульсов 5-30 с и эффективной плотности тока 0,35-0,7 А/дм². [Кругликов С.С, Ярлыков М.М., Юрчук Т,Е. Влияние реверсивного тока на рассеивающую способность сернокислого электролита меднения. Электрохимия, 1991, т. 27, вып. 3, с. 298-302].

Основные недостатки этого способа: невысокая максимальная эффективная плотность тока*(Эффективную плотность тока рассчитывают по известной формуле

i_эфф=[i_к(t_к/t_a)-i_a]/[t_к/t_a+1].

Здесь iк - плотность тока в катодном импульсе, А/дм²

ia - плотность тока в анодном импульсе, А/дм²

tк - длительность катодного импульса, с

ta - длительность анодного импульса, с)

- 0,7 А/дм², а также наличие существенного положительного эффекта в результате применения реверса тока только в условиях диффузионных ограничений скорости разряда ионов меди, когда существенно возрастает катодная поляризуемость и одновременно неизбежно ухудшается качество медного покрытия вплоть до появления подгара на выступающих участках поверхности, что отмечается в цитируемом источнике.

Технической задачей данного изобретения является получение с помощью импульсного реверсивного тока медного гальванического покрытия на покрываемой поверхности изделий с минимальными отклонениями его толщины от среднего значения, а также интенсификация процесса нанесения покрытия, то есть повышение эффективной плотности тока.

Поставленная задача решается способом электролитического осаждения медных покрытий из электролита, содержащего пентагидрат сульфата меди и серную кислоту, с использованием реверсивного импульсного тока, заключающимся в том, что концентрация пентагидрата сульфата меди составляет 80-250 г/л, концентрация серной кислоты 100-150 г/л, плотность тока в катодных импульсах составляет 2,5-4,0 А/дм², плотность тока в анодных импульсах составляет 2,5-10,0 А/дм², длительность катодных импульсов 100-300 с, длительность анодных импульсов 30-100 с, при одновременном соблюдении условия, чтобы отношение произведения длительности катодного импульса и катодной плотности тока к произведению длительности анодного импульса и анодной плотности тока находилось в пределах от 2,0-3,0.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

ПРИМЕР 1.

Состав электролита: пентагидрат сульфата меди 80 г/л, серная кислота 180 г/л, температура комнатная. Выход по току (катодный и анодный) 100%.

Отношение межэлектродного расстояния в ячейке Херинга-Блюма для дальнего и ближнего катодов - 1,5.

Плотность тока в катодных импульсах - 2,5 А/дм².

Плотность тока в анодных импульсах- 2,5 А/дм².

Длительность катодных импульсов - 100 с.

Длительность анодных импульсов 83 с.

Рассчитанное значение отношения произведения длительности катодных импульсов и катодной плотности тока к произведению длительности анодных импульсов и анодной плотности тока составляет 1,2.

Эффективная плотность тока - 0,23 А/дм².

При нанесении медного покрытия разброс по толщине медного слоя был в пределах ±3%.

ПРИМЕР 2.

Состав электролита: пентагидрат сульфата меди 250 г/л, серная кислота 100 г/л.

Плотность тока в катодных импульсах - 4 А/дм².

Плотность тока в анодных импульсах - 10 А/дм².

Длительность катодных импульсов 205 с.

Длительность анодных импульсов 30 с.

Рассчитанное значение отношения произведения длительности катодных импульсов и катодной плотности тока к произведению длительности анодных импульсов и анодной плотности тока составляет 2,7.

Эффективная плотность тока 2,2 А/дм².

При нанесении медного покрытия разброс по толщине медного слоя был в пределах +7%.

ПРИМЕР 3.

Состав электролита: пентагидрат сульфата меди 150 г/л, серная кислота 100 г/л..

Плотность тока в катодных импульсах - 2,5 А/дм².

Анодная плотность тока - 2,5 А/дм².

Длительность катодных импульсов 300 с.

Длительность анодных импульсов 100 с.

Рассчитанное значение отношения произведения длительности катодных импульсов и катодной плотности тока к произведению длительности анодных импульсов и анодной плотности тока составляет 3.

Эффективная плотность тока 1,25 А/дм².

При нанесении медного покрытия разброс по толщине медного слоя был в пределах +8%

ПРИМЕР 4.

Состав электролита: пентагидрат сульфата меди 200 г/л, серная кислота 150 г/л. Все параметры, за исключением плотности тока и длительности катодных и анодных импульсов - те же, что в Примере 1.

Плотность тока в катодных импульсах 3 А/дм².

Плотность тока в анодных импульсах 3 А/дм².

Длительность катодных импульсов 200 с.

Длительность анодных импульсов 100 с.

Рассчитанное значение отношения произведения длительности катодных импульсов и катодной плотности тока к произведению длительности анодных импульсов и анодной плотности тока составляет 2.

Эффективная плотность тока 1 А/дм².

При нанесении медного покрытия разброс по толщине медного слоя был в пределах +5%.

При проведении процесса нанесения медного покрытия согласно данному изобретению в стандартной прямоугольной ячейке Херинга-Блюма и отношении межэлектродного расстояния для дальнего и ближнего катодов, равном 1,5, отношение толщины медного покрытия на этих катодах составляет 1,05-1,15, то есть отклонение толщины от ее среднего значения не превышает 8%. Максимальная величина эффективной плотности тока* (Эффективную плотность тока рассчитывают по известной формуле:

i_эфф=[i_к(t_к/t_a)-i_a]/[t_к/t_a+1].

Здесь iк - плотность тока в катодном импульсе, А/дм²

ia - плотность тока в анодном импульсе, А/дм²

tк - длительность катодного импульса, с

ta - длительность анодного импульса, с)

при этом составляет 2,2 А/дм², то есть в три раза выше, чем в прототипе

В первом примере отношение произведения длительности катодных импульсов и катодной плотности тока к произведению длительности анодных импульсов и анодной плотности тока равно 1,2 т.е меньше указанного нижнего предела, поэтому эффективная плотность тока даже меньше чем у прототипа.

Остальные примеры соответствуют предлагаемому техническому результату.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в производстве печатных плат и других компонентов электронных устройств. Способ электролитического осаждения медных покрытий из электролита, содержащего пентагидрат сульфата меди и серную кислоту, с использованием реверсивного импульсного тока, заключается в том, что концентрация пентагидрата сульфата меди составляет 80-250 г/л, концентрация серной кислоты 100-150 г/л, плотность тока в катодных импульсах составляет 2,5-4,0 А/дм², плотность тока в анодных импульсах составляет 2,5-10,0 А/дм², длительность катодных импульсов 100-300 с, длительность анодных импульсов 30-100 с, при одновременном соблюдении условия, чтобы отношение произведения длительности катодного импульса и катодной плотности тока к произведению длительности анодного импульса и анодной плотности тока находилось в пределах 2,0-3,0. Технический результат: повышение равномерности покрытия с минимальными отклонениями толщины от среднего значения, интенсификация процесса нанесения покрытия за счет повышения эффективной плотности тока. 4 пр.

Способ электролитического осаждения медных покрытий из электролита, содержащего пентагидрат сульфата меди и серную кислоту, с использованием реверсивного импульсного тока, заключающийся в том, что концентрация пентагидрата сульфата меди составляет 80-250 г/л, концентрация серной кислоты 100-150 г/л, плотность тока в катодных импульсах составляет 2,5-4,0 А/дм², плотность тока в анодных импульсах составляет 2,5-10,0 А/дм², длительность катодных импульсов 100-300 с, длительность анодных импульсов 30-100 с, при одновременном соблюдении условия, чтобы отношение произведения длительности катодного импульса и катодной плотности тока к произведению длительности анодного импульса и анодной плотности тока находилось в пределах от 2,0-3,0.