eng
Выпуск #8/2025
Р. Ахметгалиев, Н. Крашенинникова, Е. Алибекова, В. Егошин, Е. Ермолаев, Ш. Шугаепов, С. Алибеков
Особенности процессов гальванических покрытий металлокерамических корпусов для интегральных микросхем
Особенности процессов гальванических покрытий металлокерамических корпусов для интегральных микросхем
Просмотры: 854
DOI: 10.22184/1992-4178.2025.250.8.128.131
Анализируются основные проблемы нанесения гальванического покрытия «никель-золото» на основания металлокерамических корпусов, наиболее частые причины плохой адгезии покрытия к подложке и возможные пути устранения дефектов.
Анализируются основные проблемы нанесения гальванического покрытия «никель-золото» на основания металлокерамических корпусов, наиболее частые причины плохой адгезии покрытия к подложке и возможные пути устранения дефектов.
Теги: adhesion metal-ceramic packages nickel-gold electroplating nickel plating адгезия гальванического покрытия «никель-золото» металлокерамические корпуса никелирование
Особенности процессов гальванических покрытий металлокерамических корпусов для интегральных микросхем
Р. Ахметгалиев1, Н. Крашенинникова, к.ф.-м.н.2, Е. Алибекова, к.т.н.3, В. Егошин4, Е. Ермолаев5, Ш. Шугаепов6, С. Алибеков, д.т.н.7
Анализируются основные проблемы нанесения гальванического покрытия «никель-золото» на основания металлокерамических корпусов, наиболее частые причины плохой адгезии покрытия к подложке и возможные пути устранения дефектов.
Производство металлокерамических корпусов (МКК) для интегральных микросхем (ИС) представляет собой сложный многооперационный процесс, завершающей стадией которого является нанесение золотого покрытия по подслою никеля [1]. Качество покрытия существенно влияет, в первую очередь, на электрофизические характеристики корпусов. Помимо этого, покрытие должно обеспечивать возможность посадки кристалла, разварки выводов и герметизации корпуса. Необходимо учитывать, что в процессе установки микросхемы возможен нагрев основания корпуса до 250–450 °С, поэтому покрытия должны быть устойчивы к воздействию таких температур в течение определенного времени. В связи с этим одним из важнейших требований к покрытию является его хорошая адгезия к основе.
Одним из видов дефектов вследствие недостаточной адгезии является шелушение и отслаивание гальванопокрытия в процессе испытаний оснований корпусов на воздействие высоких температур. Покрытие отслаивается чаще всего по границе никеля и покрываемой основы (химического покрытия «никель-фосфор», если речь идет о металлизированной области самой металлокерамической платы). Предварительное химическое никелирование плат проводят с целью обеспечения герметичности металлизации и хорошего растекания припоя при пайке металлических комплектующих. Очевидно, что причиной таких дефектов является неудовлетворительное сцепление никелевого покрытия с подложкой.
Высокая адгезия покрытия к покрываемой поверхности может обеспечиваться [2]:
непосредственным межатомным взаимодействием материалов осадка и основы (например, при эпитаксиальном росте, когда структура осадка воспроизводит структуру основы);
взаимной диффузией материалов, в результате чего образуется промежуточный слой (иногда такой слой создается специально из какого-то третьего материала);
механическим взаимным зацеплением неровностей поверхностей осадка и основы.
Из этого следует, что основными факторами, определяющими сцепление гальванопокрытия с подложкой, являются:
Помимо этого, ухудшение адгезии может происходить при наличии посторонних включений, интенсивном газовыделении, а также вследствие внутренних напряжений. Часто тонкие покрытия обладают вполне удовлетворительной адгезией, в то время как при утолщении они начинают отслаиваться по причине увеличения внутренних напряжений.
Неправильная подготовка поверхности перед нанесением никелевого покрытия может заключаться в недостаточной ее очистке от загрязнений, жиров, масел, других органических веществ, наличии на поверхности оксидной пленки, неправильном травлении (неверном выборе травителя или режима травления). При травлении создается микрошероховатость поверхности, которая улучшает адгезию. Возможной причиной плохой адгезии может быть также плохая активация поверхности перед нанесением покрытия.
Обезжиривание поверхности обычно производится химическим методом с использованием щелочных растворов благодаря относительной простоте и возможности обработки деталей сложной формы. Однако более эффективным для удаления стойких загрязнений является электрохимическое обезжиривание, которое может проводиться как на катоде, так и на аноде.
Перед гальваническим никелированием представляется более целесообразным использование анодного обезжиривания.
В процессе катодного обезжиривания выделяется атомарный водород, который сорбируется металлом, охрупчивает его и ухудшает адгезию покрытия. Кроме того, на катоде может происходить процесс восстановления некоторых компонентов электролита, которые, осаждаясь на поверхности детали, могут ухудшать смачиваемость поверхности.
Анодное обезжиривание эффективно удаляет жиры, масла, смазки, другие органические загрязнения: органические вещества окисляются и удаляются с поверхности. К тому же анодное обезжиривание меньше подвержено внесению дополнительных загрязнений в электролит, может улучшить смачиваемость поверхности, создать микрошероховатость, способствуя улучшению адгезии.
Возможно, наилучшим вариантом является режим с изменением полярности (реверсивный режим): обезжиривание проводится при катодной поляризации, а перед окончанием процесса изменяется полярность. Важно подобрать оптимальную продолжительность анодного и катодного периодов: увеличение продолжительности анодного периода снижает скорость очистки поверхности металла, но уменьшает количество поглощаемого им водорода.
Оксидные и другие соединения, которые могут присутствовать на поверхности металла, удаляют путем травления чаще всего в кислых растворах. Обычно для травления никелевого подслоя используют либо серную, либо соляную кислоты. Однако надо учитывать, что эти кислоты, особенно серная, способны не только растворять оксидную пленку, но и растравливать поверхность металла, что сопровождается выделением водорода, который может сорбироваться металлом, ухудшая его свойства: повышается хрупкость, ухудшаются упругие характеристики, ударная вязкость. Серная кислота, кроме того, может приводить к образованию пассивирующих пленок на подложке никель-фосфор, что будет ухудшать адгезию.
Целесообразно заменить серную кислоту соляной с добавлением ингибиторов (катапина, ПБ-5, уротропина и др.) во избежание перетравливания поверхности [3]. Возможно, лучшим выбором была бы замена обеих этих кислот на органическую, например лимонную.
Как отмечалось, еще одна возможная причина плохой адгезии покрытия – неправильные параметры процесса никелирования:
Для улучшения адгезии никелевого покрытия в ГОСТ 9.305-84 рекомендовано в первые 30 с обработки резко увеличить величину тока в 1,5 раза (по сравнению с рабочей величиной), или выдержку без тока в течение 0,5–1 мин [4].
При ударном никелировании предварительная выдержка без тока может быть полезна. Во время выдержки в электролите без тока в кислой среде будет происходить дополнительная активация поверхности за счет растворения оксидных пленок. Выдержка позволит электролиту полностью смочить поверхность подложки, что особенно важно для изделий со сложной геометрией или подложек с высокой шероховатостью. Хорошая смачиваемость обеспечивает более равномерное и плотное покрытие.
Помимо этого, выдержка даст время для установления равновесного потенциала на поверхности подложки, что поможет обеспечить более равномерное осаждение никеля при включении тока. Кроме того, некоторые компоненты электролита (например, поверхностно-
активные вещества) могут адсорбироваться на поверхности подложки во время выдержки, формируя адсорбционный слой, который может способствовать лучшему сцеплению никелевого покрытия с подложкой.
Обычно выдержка без тока составляет 0,5–1 мин. Более длительная выдержка может привести к коррозии или пассивации поверхности.
Во время выдержки рекомендуется легкое перемешивание электролита для обеспечения его равномерного доступа к поверхности подложки.
В процессе основного никелирования чрезвычайно важен подбор и поддержание в заданном диапазоне состава электролита и величины рН.
Слишком низкий pH увеличивает скорость выделения на катоде водорода, пузырьки которого скапливаясь на покрываемой поверхности, препятствуют равномерному осаждению никеля и снижают адгезию. Водород может также проникать в покрытие, вызывая его охрупчивание.
Слишком высокий pH может способствовать образованию на покрываемой поверхности гидроксида никеля Ni(OH)2, который будет действовать как барьер, препятствуя хорошему сцеплению покрытия с подложкой и ухудшая адгезию.
Для большинства сульфатных электролитов никелирования, в частности для никелирования по ковару или по подслою никеля, ГОСТ 9.305-84 рекомендует рН в диа-
пазоне 3–5.
Для поддержания pH в оптимальном диапазоне корректирующие растворы необходимо добавлять небольшими порциями при тщательном перемешивании электролита.
Необходимо тщательно контролировать также температуру электролита, плотность тока, время никелирования и другие параметры процесса.
Адгезионная прочность покрытия может ухудшаться вследствие его загрязнения, соосаждения разного рода примесей. В связи с этим чрезвычайно важны постоян-
ный контроль чистоты электролита, его регулярная очистка и обновление.
Причиной отслоения покрытия могут быть также перерывы тока, например, из-за плохих контактов. При отсутствии контакта может произойти полное или частичное растворение покрытия, образовавшегося на поверхности в начальный период электролиза. Причиной этого явления, называемого биполярным эффектом, является то, что поверхность основания, не будучи поляризованной, становится анодом по отношению к соседним изделиям, надежно контактирующим с катодной штангой.
В связи с этим чрезвычайно важен хороший контакт всех покрываемых изделий с подвесками [5].
Для улучшения адгезии весьма полезным может быть использование нестационарных режимов электролиза.
Импульсный ток при правильно подобранном режиме снижает концентрационную поляризацию вблизи катода, что приводит к более равномерному распределению ионов никеля, уменьшает вероятность образования дефектов, позволяя получать менее пористые покрытия, способствует образованию мелкозернистой структуры никелевого покрытия, может уменьшить выделение водорода. Все это способствует улучшению сцепления покрытия с подложкой.
Еще более эффективным может быть реверсивный режим нанесения никелевого покрытия, предполагающий чередование анодного (растворение металла) и катодного (осаждение металла) периодов. Анодный период обеспечивает удаление дефектов и загрязнений с поверхности подложки, а катодный период – осаждение никеля на чистую и активированную поверхность, что улучшает адгезию. Кроме того, анодный период может создавать микрошероховатость на поверхности подложки, что повышает механическое сцепление с покрытием, а чередование анодного и катодного периодов может способствовать снятию внутренних напряжений в покрытии, что также улучшает адгезию.
Таким образом, как импульсный, так и реверсивный режимы нанесения никелевого покрытия могут значительно улучшить адгезию при правильном выборе параметров. Импульсный режим в основном улучшает структуру покрытия и снижает поляризацию, а реверсивный режим – обеспечивает циклическую очистку и активацию поверхности подложки.
Критически важным для обеспечения хорошей адгезии покрытия к подложке является также хорошее перемешивание растворов и качественная промывка изделий после каждой технологической операции. Эффективным методом очистки поверхности является ультразвуковая промывка.
Ультразвуковые волны создают в жидкости микроскопические пузырьки (кавитацию). Схлопываясь, эти пузырьки генерируют мощные микроструи и локальные ударные волны, проникающие в труднодоступные места (поры, углубления, щели), очищая поверхность
от тех загрязнений, которые невозможно убрать обычными методами промывки. Ультразвук ослабляет связи поверхности изделия с загрязнениями, которые могут препятствовать хорошей адгезии покрытия, и эффективно их удаляет.
Улучшить сцепление покрытия с подложкой можно также путем термической обработки изделия с нанесенным покрытием за счет взаимной диффузии материалов основы и покрытия и снятия внутренних напряжений. Обычно диффузионные процессы протекают с достаточной скоростью лишь при достаточно высокой температуре (700–800 °С), тем не менее отмечается [2], что часто оказывается достаточным прогрев даже при температуре 150–200 °С.
Однако при выборе режима термической обработки оснований необходимо учитывать возможные структурные изменения подслоя никель-фосфор: при температурах выше 300 °С начинается распад образующегося в процессе химического никелирования пересыщенного твердого раствора фосфора в никеле с образованием твердого раствора с содержанием фосфора менее 1 ат. % и фосфидов никеля (хотя эти структурные изменения могли уже происходить на более ранней стадии при нагреве оснований в процессе пайки). Образование фосфидов сопровождается резким возрастанием микротвердости покрытия [6, 7].
По имеющимся данным, снятие напряжений и улучшение адгезии без значительных изменений структуры Ni-P происходит уже при низкотемпературном отжиге
(200–300 °C). Но, возможно, для стабилизации структуры было бы целесообразно проводить отжиг выше температуры, до которой нагревается основание при посадке кристалла (400–450 °С).
Ориентировочная продолжительность термообработки – 0,5–2 ч (время выдержки тем больше, чем ниже температура).
При проведении термической обработки особое внимание необходимо обратить на скорость нагрева и охлаждения изделий: она не должна быть высокой во избежание возникновения новых напряжений.
Оптимальный режим термической обработки для улучшения адгезии покрытия необходимо подбирать эмпирическим путем.
Таким образом, на качество гальванопокрытий оказывает влияние множество факторов, которые должны быть учтены при разработке технологического процесса нанесения покрытия и неукоснительно соблюдаться при его реализации.
Учитывая вышеизложенное необходимо отметить, что АО «ЗПП» уделяет особое внимание не только технологическим особенностям процесса, но и системе контроля технологической дисциплины и многоэтапному контролю качества выпускаемой продукции. В этой связи проводятся исследования с привлечением ТГУ, МарГУ, ПГТУ, РХТИ, с целью поиска и внедрения возможных технологических улучшений на каждой стадии производственного процесса.
ЛИТЕРАТУРА
Шугаепов Ш.Н., Ермолаев Е.В., Егошин В.А., Ахметгалиев Р.Ш., Мазуренко А.А. Технологическое оборудование и материалы, применяемые для изготовления металлокерамических корпусов // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2022. №5 (00216). С. 62–65.
Гамбурr Ю.Д. Гальванические покрытия. Справочник по применению / М.: Техносфера, 2006. 216 с.
https://www.galvanostok.ru/tehnologii-pokritij/podgotovka-poverhnosti/travlenie-i-dekapirovanie/ГОСТ 9.305-84. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Операции технологических процессов получения покрытий.
Ильин В.А. Химические и электрохимические процессы в производстве печатных плат. М., 1994.
Гамбург Ю.Д. Химическое никелирование (получение никель-фосфорных покрытий путем электрокаталитического восстановления гипофосфитом). М.: РАН. 2020. 82 с.
Скопинцев В.Д. Ресурсо- и энергосберегающие технологии автокаталитического осаждения покрытий на основе сплава никель-фосфор. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М., 2016.
Р. Ахметгалиев1, Н. Крашенинникова, к.ф.-м.н.2, Е. Алибекова, к.т.н.3, В. Егошин4, Е. Ермолаев5, Ш. Шугаепов6, С. Алибеков, д.т.н.7
Анализируются основные проблемы нанесения гальванического покрытия «никель-золото» на основания металлокерамических корпусов, наиболее частые причины плохой адгезии покрытия к подложке и возможные пути устранения дефектов.
Производство металлокерамических корпусов (МКК) для интегральных микросхем (ИС) представляет собой сложный многооперационный процесс, завершающей стадией которого является нанесение золотого покрытия по подслою никеля [1]. Качество покрытия существенно влияет, в первую очередь, на электрофизические характеристики корпусов. Помимо этого, покрытие должно обеспечивать возможность посадки кристалла, разварки выводов и герметизации корпуса. Необходимо учитывать, что в процессе установки микросхемы возможен нагрев основания корпуса до 250–450 °С, поэтому покрытия должны быть устойчивы к воздействию таких температур в течение определенного времени. В связи с этим одним из важнейших требований к покрытию является его хорошая адгезия к основе.
Одним из видов дефектов вследствие недостаточной адгезии является шелушение и отслаивание гальванопокрытия в процессе испытаний оснований корпусов на воздействие высоких температур. Покрытие отслаивается чаще всего по границе никеля и покрываемой основы (химического покрытия «никель-фосфор», если речь идет о металлизированной области самой металлокерамической платы). Предварительное химическое никелирование плат проводят с целью обеспечения герметичности металлизации и хорошего растекания припоя при пайке металлических комплектующих. Очевидно, что причиной таких дефектов является неудовлетворительное сцепление никелевого покрытия с подложкой.
Высокая адгезия покрытия к покрываемой поверхности может обеспечиваться [2]:
непосредственным межатомным взаимодействием материалов осадка и основы (например, при эпитаксиальном росте, когда структура осадка воспроизводит структуру основы);
взаимной диффузией материалов, в результате чего образуется промежуточный слой (иногда такой слой создается специально из какого-то третьего материала);
механическим взаимным зацеплением неровностей поверхностей осадка и основы.
Из этого следует, что основными факторами, определяющими сцепление гальванопокрытия с подложкой, являются:
- качество предварительной обработки поверхности основы (очистки, полировки, травления);
- условия формирования первых слоев покрытия (насколько они способствуют образованию большого количества кристаллических зародышей);
- обработка системы «основа-покрытие» после осаждения (например, термическая обработка при температуре, обеспечивающей взаимную диффузию компонентов).
Помимо этого, ухудшение адгезии может происходить при наличии посторонних включений, интенсивном газовыделении, а также вследствие внутренних напряжений. Часто тонкие покрытия обладают вполне удовлетворительной адгезией, в то время как при утолщении они начинают отслаиваться по причине увеличения внутренних напряжений.
Неправильная подготовка поверхности перед нанесением никелевого покрытия может заключаться в недостаточной ее очистке от загрязнений, жиров, масел, других органических веществ, наличии на поверхности оксидной пленки, неправильном травлении (неверном выборе травителя или режима травления). При травлении создается микрошероховатость поверхности, которая улучшает адгезию. Возможной причиной плохой адгезии может быть также плохая активация поверхности перед нанесением покрытия.
Обезжиривание поверхности обычно производится химическим методом с использованием щелочных растворов благодаря относительной простоте и возможности обработки деталей сложной формы. Однако более эффективным для удаления стойких загрязнений является электрохимическое обезжиривание, которое может проводиться как на катоде, так и на аноде.
Перед гальваническим никелированием представляется более целесообразным использование анодного обезжиривания.
В процессе катодного обезжиривания выделяется атомарный водород, который сорбируется металлом, охрупчивает его и ухудшает адгезию покрытия. Кроме того, на катоде может происходить процесс восстановления некоторых компонентов электролита, которые, осаждаясь на поверхности детали, могут ухудшать смачиваемость поверхности.
Анодное обезжиривание эффективно удаляет жиры, масла, смазки, другие органические загрязнения: органические вещества окисляются и удаляются с поверхности. К тому же анодное обезжиривание меньше подвержено внесению дополнительных загрязнений в электролит, может улучшить смачиваемость поверхности, создать микрошероховатость, способствуя улучшению адгезии.
Возможно, наилучшим вариантом является режим с изменением полярности (реверсивный режим): обезжиривание проводится при катодной поляризации, а перед окончанием процесса изменяется полярность. Важно подобрать оптимальную продолжительность анодного и катодного периодов: увеличение продолжительности анодного периода снижает скорость очистки поверхности металла, но уменьшает количество поглощаемого им водорода.
Оксидные и другие соединения, которые могут присутствовать на поверхности металла, удаляют путем травления чаще всего в кислых растворах. Обычно для травления никелевого подслоя используют либо серную, либо соляную кислоты. Однако надо учитывать, что эти кислоты, особенно серная, способны не только растворять оксидную пленку, но и растравливать поверхность металла, что сопровождается выделением водорода, который может сорбироваться металлом, ухудшая его свойства: повышается хрупкость, ухудшаются упругие характеристики, ударная вязкость. Серная кислота, кроме того, может приводить к образованию пассивирующих пленок на подложке никель-фосфор, что будет ухудшать адгезию.
Целесообразно заменить серную кислоту соляной с добавлением ингибиторов (катапина, ПБ-5, уротропина и др.) во избежание перетравливания поверхности [3]. Возможно, лучшим выбором была бы замена обеих этих кислот на органическую, например лимонную.
Как отмечалось, еще одна возможная причина плохой адгезии покрытия – неправильные параметры процесса никелирования:
- неоптимальный состав электролита;
- загрязнение электролита;
- неоптимальные режимы процесса: температура, плотность тока, продолжительность электролиза и др.;
- высокие внутренние напряжения в покрытии.
Для улучшения адгезии никелевого покрытия в ГОСТ 9.305-84 рекомендовано в первые 30 с обработки резко увеличить величину тока в 1,5 раза (по сравнению с рабочей величиной), или выдержку без тока в течение 0,5–1 мин [4].
При ударном никелировании предварительная выдержка без тока может быть полезна. Во время выдержки в электролите без тока в кислой среде будет происходить дополнительная активация поверхности за счет растворения оксидных пленок. Выдержка позволит электролиту полностью смочить поверхность подложки, что особенно важно для изделий со сложной геометрией или подложек с высокой шероховатостью. Хорошая смачиваемость обеспечивает более равномерное и плотное покрытие.
Помимо этого, выдержка даст время для установления равновесного потенциала на поверхности подложки, что поможет обеспечить более равномерное осаждение никеля при включении тока. Кроме того, некоторые компоненты электролита (например, поверхностно-
активные вещества) могут адсорбироваться на поверхности подложки во время выдержки, формируя адсорбционный слой, который может способствовать лучшему сцеплению никелевого покрытия с подложкой.
Обычно выдержка без тока составляет 0,5–1 мин. Более длительная выдержка может привести к коррозии или пассивации поверхности.
Во время выдержки рекомендуется легкое перемешивание электролита для обеспечения его равномерного доступа к поверхности подложки.
В процессе основного никелирования чрезвычайно важен подбор и поддержание в заданном диапазоне состава электролита и величины рН.
Слишком низкий pH увеличивает скорость выделения на катоде водорода, пузырьки которого скапливаясь на покрываемой поверхности, препятствуют равномерному осаждению никеля и снижают адгезию. Водород может также проникать в покрытие, вызывая его охрупчивание.
Слишком высокий pH может способствовать образованию на покрываемой поверхности гидроксида никеля Ni(OH)2, который будет действовать как барьер, препятствуя хорошему сцеплению покрытия с подложкой и ухудшая адгезию.
Для большинства сульфатных электролитов никелирования, в частности для никелирования по ковару или по подслою никеля, ГОСТ 9.305-84 рекомендует рН в диа-
пазоне 3–5.
Для поддержания pH в оптимальном диапазоне корректирующие растворы необходимо добавлять небольшими порциями при тщательном перемешивании электролита.
Необходимо тщательно контролировать также температуру электролита, плотность тока, время никелирования и другие параметры процесса.
Адгезионная прочность покрытия может ухудшаться вследствие его загрязнения, соосаждения разного рода примесей. В связи с этим чрезвычайно важны постоян-
ный контроль чистоты электролита, его регулярная очистка и обновление.
Причиной отслоения покрытия могут быть также перерывы тока, например, из-за плохих контактов. При отсутствии контакта может произойти полное или частичное растворение покрытия, образовавшегося на поверхности в начальный период электролиза. Причиной этого явления, называемого биполярным эффектом, является то, что поверхность основания, не будучи поляризованной, становится анодом по отношению к соседним изделиям, надежно контактирующим с катодной штангой.
В связи с этим чрезвычайно важен хороший контакт всех покрываемых изделий с подвесками [5].
Для улучшения адгезии весьма полезным может быть использование нестационарных режимов электролиза.
Импульсный ток при правильно подобранном режиме снижает концентрационную поляризацию вблизи катода, что приводит к более равномерному распределению ионов никеля, уменьшает вероятность образования дефектов, позволяя получать менее пористые покрытия, способствует образованию мелкозернистой структуры никелевого покрытия, может уменьшить выделение водорода. Все это способствует улучшению сцепления покрытия с подложкой.
Еще более эффективным может быть реверсивный режим нанесения никелевого покрытия, предполагающий чередование анодного (растворение металла) и катодного (осаждение металла) периодов. Анодный период обеспечивает удаление дефектов и загрязнений с поверхности подложки, а катодный период – осаждение никеля на чистую и активированную поверхность, что улучшает адгезию. Кроме того, анодный период может создавать микрошероховатость на поверхности подложки, что повышает механическое сцепление с покрытием, а чередование анодного и катодного периодов может способствовать снятию внутренних напряжений в покрытии, что также улучшает адгезию.
Таким образом, как импульсный, так и реверсивный режимы нанесения никелевого покрытия могут значительно улучшить адгезию при правильном выборе параметров. Импульсный режим в основном улучшает структуру покрытия и снижает поляризацию, а реверсивный режим – обеспечивает циклическую очистку и активацию поверхности подложки.
Критически важным для обеспечения хорошей адгезии покрытия к подложке является также хорошее перемешивание растворов и качественная промывка изделий после каждой технологической операции. Эффективным методом очистки поверхности является ультразвуковая промывка.
Ультразвуковые волны создают в жидкости микроскопические пузырьки (кавитацию). Схлопываясь, эти пузырьки генерируют мощные микроструи и локальные ударные волны, проникающие в труднодоступные места (поры, углубления, щели), очищая поверхность
от тех загрязнений, которые невозможно убрать обычными методами промывки. Ультразвук ослабляет связи поверхности изделия с загрязнениями, которые могут препятствовать хорошей адгезии покрытия, и эффективно их удаляет.
Улучшить сцепление покрытия с подложкой можно также путем термической обработки изделия с нанесенным покрытием за счет взаимной диффузии материалов основы и покрытия и снятия внутренних напряжений. Обычно диффузионные процессы протекают с достаточной скоростью лишь при достаточно высокой температуре (700–800 °С), тем не менее отмечается [2], что часто оказывается достаточным прогрев даже при температуре 150–200 °С.
Однако при выборе режима термической обработки оснований необходимо учитывать возможные структурные изменения подслоя никель-фосфор: при температурах выше 300 °С начинается распад образующегося в процессе химического никелирования пересыщенного твердого раствора фосфора в никеле с образованием твердого раствора с содержанием фосфора менее 1 ат. % и фосфидов никеля (хотя эти структурные изменения могли уже происходить на более ранней стадии при нагреве оснований в процессе пайки). Образование фосфидов сопровождается резким возрастанием микротвердости покрытия [6, 7].
По имеющимся данным, снятие напряжений и улучшение адгезии без значительных изменений структуры Ni-P происходит уже при низкотемпературном отжиге
(200–300 °C). Но, возможно, для стабилизации структуры было бы целесообразно проводить отжиг выше температуры, до которой нагревается основание при посадке кристалла (400–450 °С).
Ориентировочная продолжительность термообработки – 0,5–2 ч (время выдержки тем больше, чем ниже температура).
При проведении термической обработки особое внимание необходимо обратить на скорость нагрева и охлаждения изделий: она не должна быть высокой во избежание возникновения новых напряжений.
Оптимальный режим термической обработки для улучшения адгезии покрытия необходимо подбирать эмпирическим путем.
Таким образом, на качество гальванопокрытий оказывает влияние множество факторов, которые должны быть учтены при разработке технологического процесса нанесения покрытия и неукоснительно соблюдаться при его реализации.
Учитывая вышеизложенное необходимо отметить, что АО «ЗПП» уделяет особое внимание не только технологическим особенностям процесса, но и системе контроля технологической дисциплины и многоэтапному контролю качества выпускаемой продукции. В этой связи проводятся исследования с привлечением ТГУ, МарГУ, ПГТУ, РХТИ, с целью поиска и внедрения возможных технологических улучшений на каждой стадии производственного процесса.
ЛИТЕРАТУРА
Шугаепов Ш.Н., Ермолаев Е.В., Егошин В.А., Ахметгалиев Р.Ш., Мазуренко А.А. Технологическое оборудование и материалы, применяемые для изготовления металлокерамических корпусов // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2022. №5 (00216). С. 62–65.
Гамбурr Ю.Д. Гальванические покрытия. Справочник по применению / М.: Техносфера, 2006. 216 с.
https://www.galvanostok.ru/tehnologii-pokritij/podgotovka-poverhnosti/travlenie-i-dekapirovanie/ГОСТ 9.305-84. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Операции технологических процессов получения покрытий.
Ильин В.А. Химические и электрохимические процессы в производстве печатных плат. М., 1994.
Гамбург Ю.Д. Химическое никелирование (получение никель-фосфорных покрытий путем электрокаталитического восстановления гипофосфитом). М.: РАН. 2020. 82 с.
Скопинцев В.Д. Ресурсо- и энергосберегающие технологии автокаталитического осаждения покрытий на основе сплава никель-фосфор. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М., 2016.
Отзывы читателей
