Олово свинец состав электролита

Электролит для осаждения покрытий сплавом олово — свинец

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к нанесению покрытий сплавом олово-свинец, и может быть использовано в производстве печатных плат. Целью изобретения является обеспечение стабильности паяемости покрытий и однородности состава сплава по поверхности сложнопрофилированных изделий. Состав содержит, г/л: сульфаминовокислое олово 35-73, сульфаминовокислый свинец 14-30, сульфаминовая кислота 50-100, сульфоэтоксилат натрия 1-2, оксиэтилированный жирный спирт 0,5-1. Обеспечение стабильности паяемости и однородности состава сплава достигается за счет введения сульфоэтоксилата натрия и оксиэтилированного жирного спирта. 3 табл.

РЕСПУБЛИК (51)5 С 25 П 3/60

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

1 .(21) 4445234/31-02 (22) 20,06,88

Р 1373739, кл. С 25 D 3/60, 1985.

Электроосаждение покрытий спла- вами. N. МДНТП, 1975, с, 41-44. (54) ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ ПОКРЫТИЙ СПЛАВОМ ОЛОВΠ— СВИНЕЦ (57) Изобретение относится к гальваностегии, в частности к нанесению покры-

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к нанесению покрытий сплавом олово — свинец, и может быть:использовано для улучшения паяемости контактных поверхностей и элементов, в том числе в производстве печатных плат.

Цель изобретения — обеспечение стабильности паяемости покрытии и однородности состава сплава по поверхности сложнопрофилированных изделий.

Электролит готовят следующим образом.

Каждый из компонентов электролита растворяют в отдельных порциях воды, растворы сульфаматов олова и

2 тий сплавом олово — свинец, и может быть использовано в производстве печатных плат. Цель изобретения — обеспечение стабильности паяемости покрытий Й однородности состава сплава по по-.» верхности сложнопрофилированных изделий. Состав содержит, г/л: сульфаминовокислое олово 35-73; сульфаминовокислый свинец 14-30; сульфаминовая кислота 50-100; сульфоэтоксилат натрия 1-2; оксиэтилированный жирный спирт 0,5-1. Обеспечение стабильности паяемости и однородности состава сплава достигается за счет введения сульфоэтоксилата натрия и оксиэтилированного жирного спирта.

I в 3ииВ свинца вливают при перемешивании в раствор сульфаминовой кислоты. Затем CA добавляют ранее растворенные СЭН и 00

ОЖС, после чего объем доводят до за- 00 данной величины. QO

Процесс осаждения сплава осущест- ьиа. вляют при катодной плотности тока 14 А/дм и температуре 18-25 С. В качестве анодов используют сплав олова со свинцом, аналогичный составу осаж- . . даемого сплава.

Аподная плотность тока 1-4 А/дм

Содержание олова в сплаве 604.5Х. Катодный выход по току 100Х.

Использование предлагаемого электролита иллюстрируется примерами 13 (табл,1).

Пример 1. Осаждение сплава осуществляют из электролита состава,.г/л:

Сульфаминовокислый свинец 21

Сульфаминовая кислота 75 I0

Температура .18-25 С. Катодная о

I плотность тока 1-4 А/дм . Аноды— сплав олово .- свинец (60X Sn, 40X

Из электролита осаждаются светлые металлокристаллические покрытия сплавом олово — свинец с соцержанием олова 57-61Х.

Характеристики свойств покрытий приведены в табл.1.

В тех же условиях были приготовлены остальные составы. Данные сведены в табл.1. 25

Введение СЭН и ОЖС в концентрациях ниже нижнего предела не обеспечивает постоянства состава сплава при изменении плотности тока .. (табл,1,пример 4). Повышение концентрации СЭН и ОЖС выше верхнего предела вызывает потемнение покрытий и образование дендритов (табл.1, пример 5), Состав сплава по поверхности сложнопрофилированного изделия показан в.. табл . 2,.

-Как видно из приведенных данных, в области плотностей тока 2-4 А/дм достигается высокая однородность сос- 40 тава сплава по поверхности сложного профиля.

Совместное присутствие в электролите СЭН и ОЖС позволяет получить мелкокристаллические без дендритов и иглообразования осадки сплава олово— свинец, которые хорошо паяются как после . . осаждения из свежеприготовленного элек,тролита,подвергавшегося длительной. эксплуатации (табл.1).

Осаждение сплава проводят на плоские медные образцы с рабочей пло2 щадью поверхности 0,1 дм . Внешний вид покрытия оценивают визуально, структуру изучают при помощи растрового электронного микроскопа РЭ1″ .100У. Способность похрытия к пайке устанавливают по минимальному време-. ни для припаивания с использованием спиртоканифольных флюсов.

В табл.З показано действие добавок С3Н и ОЖС при их раздельном введении.

Из данных табл.3 видно, чта при раздельном введении добавок СЭН и

ОЖС состав сплава значительно выходит за пределы, допускаемые для пок-. рытий алово — свинец, применяемых под пайку контактных поверхностей (Sn 60 5X). Кроме того, способность к пайке ухудшается при проработке электролита.

Предлагаемый электролит по сравнению с известным обеспечивает стабильную паяемость покрытий в процессе эксплуатации электролита и позволяет получать более однородные по составу сплава покрытия в широком диапазоне плотностей тока, т.е. на де-j. талях сложной конфигурации, по поверхности которых плотности тока значи-. тельно изменяются.

Предлагаемый электролит не содержит токсичных и агрессивных компонентов, устойчив в.эксплуатации, имеет более широкий диапазон плотностей тока.

Формула из обретения

Электролит для осаждения покрытий сплавом олово-свинец, включающий сульфаминовокислые олово и свинец,, сульфаминовую кислоту и высокомолекулярное органическое соединение, отличающийся тем, что, с целью обеспечения стабильности паяемости покрытий и однородности состава сплава по поверхности сложнопрофилированных изделий, он дополнительно содержит сульфоэтоксилат натрия общей формулы

Спн g»„0(C Изобретение относится к гальваностегии, а именно к нанесению покрытий сплавом олово-никель, и может быть использовано в приборостроении и радиоэлектронике для осаждения покрытий на детали радиоаппаратуры и печатные платы

Источник

Процесс электроосаждения блестящего покрытия сплавом олово-свинец Chemeta POS-1

Процесс предназначен для получения блестящего покрытия сплавом олово-свинец состава О-С (61) на печатные платы в качестве защитного и паяемого покрытия, составов О-С (61) и О-С (40) на различные детали, идущие под пайку и изготовленные из стали, меди, никеля и их сплавов. Электроосаждение можно проводить на подвесочных приспособлениях, оборудованных движущимися катодными штангами, и во вращательных установках.

Печатные платы, покрытые сплавом олово-свинец, после операций травления в меднохлоридном растворе и осветления сохраняют блестящую или полублестящую поверхность. Так изготовленные двусторонние и многослойные печатные платы 1 и 2 класса плотности монтажа сохраняют хорошую паяемость не менее 6 месяцев без операций оплавления и консервирования.

Покрытие, осаждаемое из электролита Chemeta POS-1, отличается мягкостью и пластичностью и не подвержено росту нитевидных кристаллов. Кроме того, оно содержит малое количество органических примесей, поэтому хорошо поддается как жидкостному оплавлению, так и оплавлению способом инфракрасного излучения.

Состав электролита

Наименование компонента Концентрация
Сплав О-С (61) Сплав О-С (40)
1. Олово (II) борфтористое (по металлу), г/дм 3 12 – 18 4 – 9
2. Свинец (II) борфтористый (по металлу), г/дм 3 5 – 9 4 – 9
3. Кислота борфтористоводородная (своб.), г/дм 3 100 – 200 100 – 150
4. Кислота борная, г/дм 3 5 – 15 5 – 15
5. Добавка АО-10, г/дм 3 6 – 10 6 – 10
6. Блескообразователь Chemeta POS-1, г/дм 3 0,2 – 1,0 0,4 – 1,0
7. Содержание вредных примесей, г/дм 3 , не более:
хлоридов
меди
0,1
0,02
0,1
0,02

Режим работы

Параметр Подвесочные уст. Вращательные уст.
1. Катодная плотность тока, А/дм 2 1 – 8 1 – 3
2. Анодная плотность тока, А/дм 2 Не более 2
3. Температура, ºС 15 – 30
4. Соотношение площадей анод : катод 1 : 2
5. Перемешивание механическое (1,5 – 3,0) м/мин
6. Фильтрация Периодическая

Ориентировочная норма расхода блескообразователя Chemeta POS-1 составляет (300 – 400) г на 10.000 А · час, а добавки АО-10 – около (1,5 – 20,) кг на 10.000 А · час.

Источник

Химическое осаждение сплава олово-свинец.

Вопрос химического осаждения сплава олово-свинец наиболее актуален для покрытия выводов при изготовлении печатных плат, когда нет возможности осуществить контакт для гальванического осаждения покрытия сплавом олово-свинец.

Возможность осаждения химического олова (см. статьи блога «Химическое олово. Часть 1» и «Химическое олово.Часть 2») не в полной мере решает вопрос коррозионной надежности покрытия и его способности к оплавлению.

Покрытия сплавом олово-свинец имеют светло-серый цвет, значительно повышают эксплуатационные характеристики (например, защиту изделий от коррозии в морской воде и ряде других агрессивных сред), легко паяются и сохраняют способность к пайке длительное время без использования активных флюсов.

Читайте также:  Монобутилтрихлорид олова что это

Потенциалы свинца и олова различаются между собой лишь на 14 мВ, поэтому разряд их ионов протекает при незначительной поляризации, что создает хорошие условия для совместного осаждения из растворов сплава олово-свинец не только под воздействием тока, но и путем химического восстановления.

Плата с покрытием сплавом олово-свинец.

Предлагаемый раствор осаждения сплава олово-свинец разработан в Уральском политехническом институте.

Состав раствора осаждения сплава олово-свинец, г/л:

Двухлористое олово 3 – 4

Уксуснокислый свинец 3 – 4

Станнат натрия 4 – 6

Гидроксид калия 80 – 85

Цитрат натрия 15 – 20

Трилон Б 50 – 60

Фосторноватистокислый натрий 5 – 10
(гипофосфит)

Поверхностно – активное вещество ПАВ-2К 1 – 1,5

Моющее средство «Прогресс», мл 1 – 4

Процесс осаждения олова происходит за счет реакции диспропорционирования (самовосстановления) двухвалентного олова, которое в свою очередь восстанавливает свинец до металлического состояния. Гипофосфит натрия поддерживает в растворе равновесие между двухвалентным и четырехвалентным оловом, а цитрат натрия и трилон Б необходимы для образования растворимых в щелочной среде комплексов свинца и олова.

Станнат натрия вводится для предотвращения растравливания подложек, гидроксид калия – в качестве регулятора pH.

Поверхностно-активное вещество ПАВ-2К и моющее средство «Прогресс» улучшают коагуляцию осадка, повышая качество покрытия.

Процесс осуществляют при температуре 50ºС в течение 30 – 60 минут. Толщина наносимого покрытия 1 – 2,5 мкм.

Влияние каждого фактора может быть учтено, но чрезвычайно трудно
предвидеть эффект от одновременного изменения двух или более параметров.

Раствор позволяет наносить покрытие сплава олово-свинец на любую металлическую поверхность (например, никелевый подслой) или диэлектрическую подложку, которую предварительно следует обезжирить, протравить и провести операцию сенсактивации. См. «Особенности процесса металлизации пластмасс. Часть 1 и Часть 2».

Покрытие сплавом олово-свинец, в отличие от чистого олова, не подвергается образованию самопроизвольно растущих нитевидных кристаллов («вискеров» или «усов»), недопустимых при изготовлении радиоэлектронных приборов, особенно печатных плат.

Источник

Печатные платы. Гальваническое осаждение металлорезистов

Металлорезисты сочетаются с определенными травящими растворами, как показано в таблице1, где представлены наиболее распространенные сочетания травящих растворов и материалов, используемых в производстве электроники [2, 3]. Конечно, список травящих растворов можно продолжить [4]. Особенно это актуально для технологий печатных плат со встроенными пленочными компонентами [5], например для формирования резисторов из двуслойной фольги медь-нихром, когда нужно травить медь, не трогая нихром, и нихром, не трогая медь. Или травить и то и другое вместе. Но об этом — в другой статье.

Рисунок. Подтравливание рисунка при травлении по металлорезисту:
1 — металлорезист;
2 — гальванически осажденная медь;
3 — медь фольги

Ко всему прочему нужно иметь в виду, что при травлении меди по металлорезисту происходит не только химическое растворение подложки, но и электрохимический процесс подтравливания гальванической пары металлорезист-медь (рисунок).

Таблица 1. Травители для различных материалов

Травитель Материал
Алюминий (Al) и его сплавы Свинец (Pb) Золото (Au) Железо (Fe) и его сплавы Медь (Cu) и ее сплавы Хром (Cr) Молибден (Mo) Никель (Ni) и его сплавы Серебро (Ar) Цинк (Zn) Олово (Sn) Стекло Эпоксидная смола
Хлорное железо × × × × × ×
Серная кислота ×
Соляная кислота × × × × ×
Азотная кислота × × × ×
Соляная и азотная кислоты × × ×
Плавиковая кислота ×
Плавиковая и азотная кислоты ×
Хромовая кислота ×
Хромовая и серная кислоты × × ×
Хлорная медь ×
Персульфат аммония × ×
Едкий натр ×
Соляная кислота и перекись водорода ×

Серебрение

Изначально в производстве печатных плат использование серебра было обусловлено его устойчивостью к травлению в хлорном железе. Оно хорошо сочеталось с фоторезистом на основе поливинилового спирта с хромовым ангидридом. Только потом перешли на металлорезист из гальванического сплава олово-свинец, когда нашли соответствующие ему травители на основе аммиачных комплексов хлорной меди.

Серебро обладает высокой электропроводностью, отражательной способностью и химической устойчивостью во многих агрессивных средах, особенно в щелочах и большинстве органических кислот. Поэтому в электротехнической и радиоэлектронной промышленности серебрение применяют для создания функциональных покрытий с высокой электропроводностью и стабильной величиной переходного сопротивления в местах контактов. Сегодня серебро используется лишь в СВЧ-платах, а в массовом производстве печатных плат не нашло широкого применения. С учетом скин-эффекта на СВЧ-частотах требуется толщина всего лишь 2,5-5 мкм. Однако для устойчивости к процессу травления серебро как металлорезист должно иметь толщину 6-9 мкм.

Существенным недостатком серебряных покрытий является их высокая чувствительность к действию сероводорода и других соединений серы. В атмосфере, содержащей даже незначительные примеси этих соединений, серебряные покрытия быстро тускнеют, покрываясь пленкой сернистого серебра.

Для гальванического серебрения практически применяют только комплексные электролиты, из которых оно осаждается при повышенной поляризации.

Наибольшей катодной поляризацией при осаждении серебра обладают цианистые электролиты, которые и до настоящего времени остаются наилучшими по качеству получаемых покрытий в гальванической практике. Цианистые электролиты серебрения состоят из цианистых комплексов серебра, свободного цианида щелочного металла и его карбоната, который постепенно образуется в электролите. Цианистые электролиты обладают высокой рассеивающей способностью и хорошей мелкозернистой структурой осадка. Разработаны также железосинеродистые, пирофосфатные и другие электролиты, которые могут частично по технологическим свойствам заменять токсичные цианистые растворы.

Основными компонентами цианистых электролитов серебрения являются комплексные соли серебра — дицианоаргентат натрия или дицианоаргентат калия. Калиевые соли по сравнению с натриевыми обладают лучшей растворимостью и позволяют применять ток с более высокой плотностью.

Состав электролитов и режим осаждения могут изменяться в широких пределах в зависимости от назначения покрытия. Для улучшения равномерности распределения серебряного покрытия и растворения анодов в электролит вводят дополнительно азотнокислый калий, а для повышения электропроводности раствора — углекислый калий. Для повышения рассеивающей способности электролита, а также для нормального растворения серебряного анода необходим избыток свободного цианида. Для получения блестящих осадков серебра в цианистый электролит вводят сероуглерод (1,5-2 мл/л), гипосульфит (1 г/л) и другие специальные добавки, содержащие в основном сернистые соединения. Широко используют электролит с добавкой каптакса (2-меркапто-бензотиазола) в качестве блескообразователя, хотя со временем каптакс склонен к разложению. Состав некоторых электролитов (г/л) и режимы серебрения приведены в таблице 2.

Таблица 2. Состав цианистых ванн серебрения и режимы их работы

Серебро марки 999,9

Электролит № 3 требует предварительной проработки током (30-35 А·ч/л), после чего вводят блескообразователь. Получению блестящих осадков способствует также электроосаждение с реверсированием тока.

Для приготовления цианистого электролита серебрения используют азотнокислое серебро. Приготовление электролита производится при затемнении или красном свете. Отдельно растворяют цианистый калий. При доливании цианистого калия к раствору азотнокислого серебра сначала выпадает осадок цианистого серебра, который затем легко растворяется в избытке цианистого калия. Образующийся при этом азотнокислый калий улучшает процесс электроосаждения серебра.

При погружении печатных плат с медными проводниками в цианистый электролит серебрения происходит контактное осаждение серебра, обладающее плохим сцеплением серебряного осадка с медью, так как в этих растворах серебро более электроположительно, чем медь. Контактный слой серебра служит основной причиной отслаивания серебряного покрытия от деталей. Для обеспечения надежного сцепления с покрытием детали из меди и ее сплавов подвергают специальной операции — амальгамированию. Детали погружают на 3-5 с в раствор цианистой или хлористой ртути при + 15…25 °C. Состав раствора амальгамирования:

  • окись ртути — 6-8 г/л;
  • калий цианистый — 6-8 г/л.

Проводники плат после амальгамирования имеют ровный белый цвет с голубым оттенком, без черных пятен и непокрытых мест. Затем платы тщательно промывают и помещают в электролит серебрения, где они находятся под током (!).

Последнее время операцию амальгамирования все чаше заменяют серебрением в цианистом электролите с пониженным содержанием серебра и большим избытком свободного цианида. Состав раствора и режим амальгамирования:

  • серебро цианистое — 6-8 г/л;
  • калий цианистый — 80-100 г/л;
  • температура — +15…25 °C;
  • плотность тока — 2-3 А/дм 2 .

Детали вывешивают в ванне под током на несколько секунд. После амальгамирования или предварительного серебрения детали переносят в рабочий электролит для дальнейшего осаждения серебра до требуемой величины. В таблице 3 перечислены дефекты при эксплуатации цианистых электролитов серебрения, причины их возникновения и способы устранения.

Состав № 1 № 2 № 3
Серебра дицианоаргентат 50-60 35-45 45-60
Калий цианистый 60-70 45-60 90-100
Калий углекислый 40-60 30-50 50-60
Калий азотокислый 50-70
Каптакс 0,25-0,5
Температура, °С 15…25 1…25 15…25
Плотность тока, А/дм 2 0,2 0,8-1,2 2-3
Аноды
Таблица 3. Дефекты при эксплуатации цианистых электролитов серебрения и способы их устранения

Темные пятна на покрытии. Аноды светлые

Дефект Причина дефекта Способ устранения
Шелушение и отслаивание покрытия при полировании и нагревании Некачественная подготовка к покрытию Улучшить подготовку перед амальгамированием
Плохое качество амальгамирования Проверить состав ванны амальгамирования
Скорректировать время выдержки
Покрытие темное и пятнистое. Аноды покрыты темным налетом Низкая концентрация свободного цианида Добавить цианистый калий
Покрытие рыхлое и крупнокристаллическое Завышена катодная плотность тока Снизить плотность тока
Загрязнение электролита анодным шламом и примесями других металлов Отфильтровать электролит. Ввести аммиак (1-2 мл/л) или гипосульфит (1-2 г/л)
Обеднение электролита серебром Ввести в электролит азотокислое серебро
Плохая рассеивающая способность электролита (плохо покрываются профилированные детали) Недостаток свободного цианида
Отсутствие карбонатов

Несмотря на все хорошие свойства цианистого электролита серебрения, он чрезвычайно ядовит. В настоящее время разработан целый ряд электролитов (табл. 4), которые можно применять вместо цианистого. Это электролиты на основе дицианоаргентатных солей, железосинеродистого калия, йодистые, пирофосфатные, роданидные, сульфосалицилатные и др. [6].

Таблица 4. Составы электролитов

Компоненты ванн Состав № 1 Состав № 2
Серебро азотнокислое (в пересчете на металл), г/л 40-50
Дицианоаргентат (в пересчете на металл), г/л 40-50
Калий железосинеродистый, г/л 100-120
Калий углекислый, г/л 50-60 20-30
Калий роданидный, г/л 120-150 200-250
Плотность тока, А/дм 2 0,2 1
Скорость осаждения 10 мкм/ч 1 мкм/мин.

При переходе к слаботочной технике серебро было заподозрено в склонности к миграции, состоящей в том, что при определенном напряжении и влажности серебро будет мигрировать по поверхности изоляционного зазора и через композиционный материал диэлектрического основания платы, создавая каналы утечки с низким электрическим сопротивлением. Но последующие исследования показали, что к электрохимическому отказу склонны все металлы [7], хотя серебро — в большей степени. И для предотвращения этого явления нужно обеспечивать стерильность поверхности изоляции, чтобы на ней не образовывалась среда для электрохимических процессов миграции.

Серебро, использованное в качестве металлорезиста, хорошо смачивается припоем после дополнительной обработки — осветления. В этом отношении серебро имеет преимущество перед таким металлорезистом, как олово-свинец: его не нужно оплавлять, и по нему можно наносить паяльную маску.

Гальванический сплав олово-свинец

Сплав олово-свинец (61+ 5 % олова, 31 -5 % свинца) используется в качестве металлорезиста при травлении в аммиачном комплексе хлорной или сернокислой меди и после определенной обработки служит финишным покрытием для пайки. Электрохимические потенциалы олова и свинца столь близки (E 0 Sn/Sn2+ = -0,14 В; Е 0 Pb/Pb2+ = -0,13 В), что их совместное выделение на катоде для образования эвтектического сплава возможно даже при самых низких значениях плотности тока.

Имеющиеся в настоящее время растворы для нанесения покрытий состоят из высококонцентрированной борфтороводородной кислоты с пептоном, а также низкоконцентрированной борфтороводородной кислоты без пептона, и органического акрила с сульфоновой кислотой (без борфтороводородной кислоты). Эти процессы подбираются для обеспечения высокой рассеивающей способности и равномерного состава сплава [6]. Процесс с применением сульфоновой кислоты имеет преимущество: это шарообразные аноды из сплава свинца и олова. В таблице 5 приводятся подробные сведения об эксплуатации и управлении двумя ваннами с высокой рассеивающей способностью для свинца и олова (припоя).

Таблица 5. Борфтороводородные электролиты для нанесения покрытия из олова и свинца

Тип электролита HBF4 + пептон Низкоконцентрированная HBF4 + патентованный состав
Рабочий режим
Свинец, г/л 8-14 10-20
Двухвалентное олово (Sn +2 ), г/л 12-20 20-30
Свободная борфтороводородная кислота, г/л 350-500 100-200
Борная кислота Подвешенный мешок в ванне То же самое
Добавки Используются при необходимости с помощью ячейки Хулла и согласно использованным A·4 Используются при необходимости с помощью ячейки Хулла
Температура, °С +20…25 +25…30
Плотность катодного тока, A/дм 2 1,5-1,8 1-3
Перемешивание Циркуляция раствора Механическое и циркуляция раствора
Аноды
Тип Пластина
Состав анода 60% олова и 40% свинца
Мешки на аноде Полипропилен
Крючки Плакированные
Длина анода Длина штанги минус 50 мм
Плотность тока, A/дм 2 1-2

Циркуляция электролита осуществляется фильтрационным насосом, без допуска воздуха. Необходимо использовать полипропиленовый фильтр 3-10 мкм для устранения помутнения раствора и шероховатости осаждаемого слоя. Раствор подвергается периодической обработке активированным углем при комнатной температуре раз в 4-12 месяцев. Если раствор прозрачный и бесцветный, то в него вносятся добавки на основании анализа с помощью ячейки Хулла. Не следует применять слишком измельченный уголь и использовать для очистки перекись водорода.

Классификация загрязнений электролита:

  • Органические. Это загрязнение обусловлено использованием пептона, разрушением органических добавок и частичным растворением резистов. Для очистки от органических загрязнений требуется периодическая обработка активированным углем.
  • Металлические. Медь относится к наиболее серьезным из этой категории загрязнителей. Она вызывает осаждение слоя темного цвета при низкой плотности тока (в отверстиях), а ее осадок может появиться на анодах. Максимально допустимый уровень металлического загрязнения составляет:
    • для меди — 15 ppm;
    • для железа — 400 ppm;
    • для никеля — 100 ppm.
  • Ионные. Максимально допустимый уровень для хлор-иона составляет 2 ppm, а для сульфат-иона — 2 ppm.
  • Проработка ванны (фиктивное осаждение). Присутствие примеси меди в электролите в количестве более 0,1 г/л нежелательно, так как медь легко осаждается с основным сплавом, окисляет олово в растворе, может способствовать пассивации и снижает паяемость сплава. Медь удаляют из раствора фиктивным осаждением при низкой плотности тока 0,3-0,5 A/дм 2 в течение нескольких часов раз в неделю. (Фиктивным называют осаждение при низкой плотности тока, при использовании в качестве катода рифленых листов металла или обрезков заготовок.) Другие металлы, такие как железо и никель, при недопустимо высокой концентрации могут способствовать образованию не смачиваемых припоем участков и плохо поддаются удалению. Убедитесь, что медная поверхность покрыта слоем сплава олова и свинца, прежде чем устанавливать низкую плотность тока для фиктивного осаждения.

Фторбораты олова и свинца являются источниками осаждаемого сплава. Необходимо строго соблюдать их концентрацию и соотношение, поскольку они непосредственно влияют на состав сплава. Борфтористоводородная кислота увеличивает проводимость и рассеивающую способность растворов. Борная кислота препятствует образованию фторида свинца. Добавки способствуют получению ровного, мелкозернистого осаждения металла. Избыток пептона (в три-четыре раза больше нормы) может привести к небольшим раковинам (кратерам) в осажденном слое при расплавлении гальванического сплава. Рекомендуются испытание ячейкой Хулла и периодическая обработка ванны активированным углем. Добавлять пептон следует по 1-2 л в неделю при емкости ванны в 2000 л. Для составления раствора можно использовать только деионизованную воду и чистые химические реактивы, например борфтористоводородную кислоту с содержанием железа 2 . Наилучшие результаты получаются при осаждении с плотностью тока 1-2,5 A/дм 2 (выше, чем плотность тока при гальваническом меднении). Плотность тока более высокого значения приводит к образованию грубого осадка и повышенному содержанию олова в сплаве. Избыточный ток вызывает древовидные наросты и образование шлама.

Перед погружением заготовки в электролит проводят химическую активацию заготовки погружением на несколько секунд в борфтористоводородную кислоту.

Осаждаемый металл должен содержать 60% олова и 40% свинца. Состав необходимо проверять химическим анализом осадка.

Тест ячейкой Хулла показывает общее качество осадка и указывает на необходимость применения пептона, добавок или обработку активированным углем, а также на наличие в растворе растворенной меди.

После осаждения припой имеет равномерную матовую внешнюю поверхность. Осажденный слой должен быть при прикосновении гладким. Грубый, кристаллический осажденный слой обычно указывает на необходимость применения добавок или пептона, либо на излишне высокую плотность тока.

Управление процессом осаждения:

  • Поддерживайте баланс состава раствора в ванне.
  • Используйте только чистые химические реактивы.
  • Выполняйте проработку ванны раз в неделю, используя плотность тока 0,3-0,5 A/дм 2 .
  • Используйте непрерывную фильтрацию электролита.
  • Определяйте необходимые добавки с помощью ячейки Хулла и последующего химического анализа.
  • Выполняйте химический анализ электролита на содержание меди, железа и никеля не реже чем раз в месяц.
  • Вовремя проводите обработку активированным углем.

В дополнение к приведенным составам электролитов ГОСТ 23770-79 «Платы печатные. Типовые технологические процессы химической и гальванической металлизации» [6] предлагает ряд электролитов осаждения гальванического сплава олово-свинец и порядок работы с ними в условиях производства.

При электроосаждении сплавов следует более строго соблюдать режимы, для того чтобы получить сплав требуемого состава. В зависимости от габаритных размеров платы и ее расположения в ванне металлический резист осаждается при различной плотности тока: в центре платы — меньшей, на краях — в 1,5-2 раза большей. Изменение плотности тока влияет на соотношение компонентов в покрытии, что, в свою очередь, отражается на паяемости. Электролитический сплав ОС-61 находится в соответствии с диаграммой состояния. Свинец и олово не образуют ни твердых растворов, ни интерметаллов, давая эвтектическую смесь. Точка плавления сплава ОС эвтектического состава (61% олова, 39% свинца) равна +183 °C. Это значение повышается, если нанесенное покрытие имеет более высокое содержание любого из составляющих, достигая +240…260 °C, что может привести к короблению ПП. Во время перерыва в работе аноды следует удалять из электролита и закрывать ванну плотной крышкой.

Содержание олова в осадке ниже в средней части отверстия, где вследствие уменьшения плотности тока преобладает выделение свинца. Иногда при травлении схемы, где содержание олова больше 66%, наблюдается заволакивание меди на пробельных участках, покрытие «плывет», схема теряет четкость и плата бракуется (табл. 6). В разбавленном по солям металлов электролите наблюдается бoльшая поляризуемость катода по сравнению с электролитом с более высоким их содержанием. Установлено [8], что введение в электролит органической добавки — пептона — увеличивает рассеивающую способность, влияет на катодную поляризацию и способствует получению мелкокристаллических осадков. Повышенная рассеивающая способность обусловлена также высокой проводимостью раствора, которая возрастает при увеличении содержания борфтористоводородной кислоты до 400 г/л. Кроме того, электролит не имеет взвесей и осадка, что значительно облегчает его эксплуатацию и контроль состава.

Таблица 6. Основные неполадки при осаждении сплава олово-свинец [8]

Вид дефекта Возможная причина Способ устранения
Наросты на острых краях Высокая плотность тока Снизить плотность тока
Крупнокристаллическая структура осадка (образование дендритных наростов) Пониженное содержание борфтористоводородной кислоты Произвести анализ, добавить борфтористоводородную кислоту до нормы
Плохая рассеивающая способность ванны Недостаточно свободной борфтористоводородной кислоты Произвести анализ и откорректировать электролит
Плохое сцепление покрытия Неудовлетворительная подготовка поверхности перед покрытием Улучшить подготовку плат
Полосчатость осадка Избыток органической добавки Разбавить электролит водой и откорректировать его по результатам анализа
Избыточное количество свинца в осадке Избыточное количество свинца в электролите Осадить избыточное количество свинца серной кислотой в отдельной порции электролита, объем которой зависит от объема ванны и количества избыточного свинца в электролите. Порцию отфильтровать от осадка сульфата свинца и раствор присоединить к основному электролиту
Состав электролита в норме по свинцу, но количество органической добавки недостаточное Добавить в электролит 1-2 г/л пептона. Ввиду того что пептон со временем расходуется в осадке, необходимо вводить его по мере расхода (один раз в месяц)
Недостаточное количество олова в электролите Скомпенсировать недостаток олова в электролите
Низкая скорость осаждения сплава Плохая растворимость анодов вследствие образования на них пассивной пленки. Или мала площадь анодов Зачистить аноды крацовочной щеткой, зачистку проводить периодически через 1,5-2 ч работы. Увеличить анодную поверхность. Отношение площади анодов и катодов должно быть не менее 2:1
Плохая адгезия Вуаль от фоторезиста (недопроявление) или конденсация органических пленок во время сушки Улучшить подготовку поверхности плат
Обеднение электролита по олову и свинцу Плохая растворимость анодов, образование пассивной пленки Зачистить аноды крацовочной щеткой, зачистку проводить периодически через 1,5-2 ч работы. Увеличить анодную поверхность
Ухудшение способности к пайке Изменение состава сплава, накопление меди в электролите более 0,05 г/л, наличие органических загрязнений Произвести анализ и откорректировать электролит, проработать электролит для очистки его от загрязнений, очистить активированным углем

Оловянно-свинцовый сплав выдерживает действие хромовой кислоты, хлоридов, щелочных металлов, персульфата аммония и щелочного раствора хлорной меди. Сплав разрушается в кислых растворах хлорной меди и хлорного железа.

Гальванически осажденный сплав ОС, имеющий развитую пористую поверхность, быстро окисляется, что ухудшает паяемость. Быстрое окисление покрытия объясняется, в основном, наличием в капиллярных порах остатков электролита, удалить которые промывкой практически не удается. Поэтому для получения хорошей паяемости гальваническое покрытие необходимо оплавлять. Кроме того, при травлении ПП происходит потемнение сплава ОС из-за образования пленок, препятствующих пайке. Для улучшения смачиваемости припоем необходимо проводить осветление поверхности металлического резиста. Растворы кислот не оказывают осветляющего действия на сплав ОС после обработки его в травильном растворе. Это дает основание полагать, что на поверхности сплава образуются не просто окислы олова и свинца, а соединения более сложного состава. Для осветления используются растворы, содержащие в качестве основных реагентов тиомочевину и соляную кислоту. Осветляющая способность тиомочевины CS(NH2)2 обусловлена взаимодействием ее растворов с оловом и свинцом. Тиомочевинные комплексы этих металлов устойчивы в кислой среде. Поэтому для осветления (табл. 7) применяются лишь кислые растворы тиомочевины.

Таблица 7. Растворы для осветления сплава ОС

Компоненты раствора I II III
Тиомочевина CS(NH2)2, г/л 80 90 100
Борфтористоводородная кислота HBF4, г/л 100
Соляная кислота (плотностью 1,19), мл/л 50-60 50-60
Спирт этиловый С2Н5ОН, мл/л 5
Синтанол ДС-10, г/л 1
Моющее средство «Прогресс» До 1 л 3-5 г/л
Вода, л До 1 л До 1 л
Температура, °С +18…25 +18…25 +60…65
Продолжительность обработки 5-15 с 1 мин. 2-3 мин.

После операции осветления требуется тщательно промыть платы горячей водой, потом протереть их поролоновой губкой или волосяной щеткой и высушить. В одном литре раствора осветления можно, по данным предприятий, обработать 135-150 дм 2 поверхности заготовки, затем раствор нужно заменить. Разрыв во времени между осветлением сплава ОС и его оплавлением не должен превышать двух часов.

Одна из важнейших проблем покрытия ОС — значительное ухудшение паяемости ПП в процессе хранения. Причиной этого является образование на границе раздела Си-Sn-Pb интерметаллических соединений типа Cu3Sn и Cu6Sn5.

Чтобы исключить процессы взаимодиффузии меди и олова, необходимо создать барьерный слой между медью и сплавом олово-свинец. В качестве такого барьерного слоя используется тонкий (2 мкм) слой никеля. Подслой никеля осаждается из стандартного сернокислого электролита непосредственно перед осаждением сплава олово-свинец.

Для перевода гальванического сплава олово-свинец в металлургическое проводят его оплавление. Цель этой операции: улучшить способность к пайке, устранить «навесы» металлорезиста по кромке проводников, снизить рабочую температуру пайки на 15-30 °C. Оплавление осуществляют путем нагрева в нагревостойких жидкостях или воздействием инфракрасного излучения.

Сегодня, когда повсеместно используются паяльные маски, металлорезист олово-свинец при групповом нагреве для пайки плавится под маской с уменьшением объема, от чего под маской образуются пазухи. Это создает не только косметический дефект, но и каналы проникновения всевозможных загрязнений, грозящих отказами плат в составе изделий. Поэтому перед нанесением маски металлорезист олово-свинец с платы удаляют, а после нанесения и проявления маски обнаженные монтажные поверхности облуживают на специальных установках или наносят финишные покрытия различного содержания [1].

В следующей части статьи будет описано гальваническое осаждение других функциональных покрытий (никеля, золота, олова и др.).

Источник

Читайте также:  Цвет серое олово киа спектра