Краткий справочник гальванотехника - 1993 - Ильин. Справочник гальванотехника санктПетербург " политехника"

• Название: Справочник гальванотехника санктПетербург " политехника"
• Дата: 17.07.2022
• Размер: 3.02 Mb.
• Имя файла: Краткий справочник гальванотехника - 1993 - Ильин.doc
• Тип: Справочник; #632290
• страница: 32 из 41

33. Травление меди

Травление меди является одной из основных операций в про­изводстве печатных плат. Травильные растворы, с помощью которых осуществляется эта операция, должны удовлетворять следующим требованиям;

в состав раствора должны входить дешевые и доступные ма­териалы;

раствор должен допускать возможность его регенерации и ути­лизации меди из отработанных растворов;

величина бокового подтравливания проводников должна быть минимальной;

травильные растворы не должны воздействовать на диэлектри­ческое основание печатной платы и на защитный рисунок.

В производственной практике получили распространение рас­творы хлорной меди, кислые растворы для негативного способа и аммиачные (щелочные) для позитивного.

Хлорид меди окисляет и растворяет медь по реакции

CuCl₂ + Сu 2СuС1.

Образующаяся CuCl нерастворима и может служить источни­ком засорения форсунок и травильных установок. В присутствии ионов хлора в виде НС1, NaCl, NH₄C1 образуются хорошо раство­римые комплексы CuCl₂. Окисление образующихся соединений одновалентной меди (хлористой меди) можно осуществить раз­личными способами, например, воздействием газообразного хлора или перекисью водорода:

2СuС1 + Cl₂ 2CuCl₂;

2CuCl + Н₂O₂ + 2НС1 2CuCl, + 2Н₂O.

Частично хлористую медь окисляет и кислород воздуха в ки­слой среде:

2СuС1 + ½ O₂ + 2НС1 2СuС1 + 2Н₂O.

Таким образом, отработанный кислый раствор хлорной меди можно легко регенерировать в исходное состояние. Состав рас­твора (г/л): CuCl — 150—300; НС1 — 70—90, рН 1—0,8. Основ­ные характеристики: боковое подтравливание 40—60 мкм; ем­кость по меди 10—20 г/л. Максимальная скорость травления 35 мкм/мин. Корректирование раствора возможно как в ручном исполнении, так и в автоматическом режиме.

В первом случае сливают примерно 1/7 часть отработанного раствора, а оставшуюся часть подкисляют НС1 до рН 1—2 (20—25 г/л НCl). Разбавленную в отношении 1 : 6 перекись водорода вводят в регенерируемый раствор в количестве 110—115 г/л. Раствор перемешивают сжатым воздухом и через 20—30 мин можно приступить к работе. Слитый раствор подлежит обработке для утилизации меди электрохимическим способом.

При автоматическом корректировании раствора все его пара­метры контролируются с помощью датчиков, имеющихся в авто­матической линии ГГМ1.240.007. Датчики дают информацию о следующих параметрах раствора: температуре, кислотности рН плотности ρ, окислительно-восстановительном потенциале (Е), уровне раствора h. Момент регенерации определяется по накопле­нии хлорной меди более 10 г/л сверх установленного содержания по норме, при этом датчики указывают значения: Е = 390 ÷ 395 Мв; ρ = 1,12 г/см³; рН 2. По сигналу датчиков дозиру­ющие устройства введут в раствор компоненты: НCl до рН 0,4; Н₂O₂ до E = 550 ÷ 600 мВ; NH₄C1 до уровня, который снизился вследствие откачки 1/6—1/7 части раствора.

Способ электрохимической регенерации отработанного медно-хлоридного раствора травления является весьма перспективным, гак как помимо регенерации раствора он обеспечивает возмож­ность утилизации меди в виде катодного осадка. Указанный спо­соб заключается в пропускании постоянного тока через электро-
лизер с графитовыми электродами, разделенными катионитовой мембраной. На рис. 16 представлена схема процесса регенерации меди из кислого раствора.

Отработанный травильный раствор, охлажденный в теплооб­меннике, из установки травления направляется в анодное про­странство электролизера, где половина ионов Сu⁺ окисляется на графитовом аноде до Cu²⁺ а вторая половина вследствие элек­тродиализа через катионитовую мембрану проникает в катодное пространство и на графитовом катоде происходит восстановление Сu⁺ до металла (Сu⁰). Разряд ионов Сu²⁺ на катоде менее вероятен,



Рис. 16. Установка для электрохимической регене­рации травильного раствора:

1 — теплообменники; 3 — катод; 3 — катионитовая мем-

брана; 4 — анод; 5 — сборник травильного раствора; 6 —

сборник медного порошка; 7 — сепаратор

так как он происходит при более отрицательных потенциалах, чем разряд ионов Сu⁺. Раствор, обогащенный ионами Сu²⁺, через теплообменник возвращается в травильную установку.

Циркуляция раствора в католите осуществляется лишь для его охлаждения. Медь на графитовом катоде осаждается в виде по­рошка чистотой 99,8% и периодически сбрасывается в сепара­тор, а затем и в лоток, откуда выгружается для утилизации. В установке фирмы FSL режим электролиза следующий: сила тока 2000 А, напряжение 12 В. Производительность установки 2,5 кг/ч меди. Электрохимическая регенерация более рацио­нальна, чем химическая, так как она не требует затрат материалов на окисление Сu⁺ и на последующее выделение солей меди, на­капливающихся в растворе при травлении. Таким образом, элек­трохимическая регенерация осуществляется по реакции

2Cu⁺ Cu²⁺ + Сu,

которая является строго обратной реакции травления.
Раствор хлорной меди, несмотря на малую емкость по меди, является наиболее перспективным при выполнении операции тра­вления в производстве односторонних плат из гетинакса. Анало­гичным является так называемый перекисный хлоридный раствор, применяемый некоторыми предприятиями. Раствор приготавли­вается из перекиси водорода и соляной кислоты, взятых в соот­ношении 1 : 3. В процессе травления меди происходят реакции:

Сu +Н₂О₂ СuО + Н₂О;

СuО + 2НС1 СuС1₂ + Н₂О;

СuС1₂ + Сu 2СuС1.

По мере накопления в растворе солей меди этот раствор прак­тически ничем не отличается от приведенного выше меднохлоридного.

В аммиачной среде соли меди образуют комплекс:

CuCl₂ + 4NH₄OH Сu(NH₃)₄C1₂ + 4Н₂O.

Аммиачная комплексная соль двухвалентной меди является окислителем и растворяет медь по реакции

Сu(NН₃)₄Cl₂ + Сu 2Cu(NH₃)₂C1.

Отработанный раствор, содержащий одновалентную медь, легко регенерируется в результате окисления одновалентной меди кислородом воздуха:

2Cu(NH₃)₂Cl + ½ O₂ + 2NH₄C1 + 2NH₄OH 2Cu(NH₃)₄Cl₂ + 3H₂O.

Составы травильных растворов приведены в табл. 148.

Корректирование раствора можно осуществить в ручном ис­полнении или автоматически. В первом случае при накоплении стравленной меди до 60 г/л сливают 1/2 раствора. В оставшуюся
Таблица 148. Состав растворов и режим травления меди

Компоненты и режим	Концентрация, г/л
	1	2
Компоненты: Медь хлорная Аммоний хлористый Соли углеаммонийные Аммиак водный (25%-ный), мл/л Режим: рН Температура, °С Скорость травления, мкм/мин	120–140 150–180 – 400 8,3–8,7 40–50 20–25	80–110 100 20–30 до 20 8,0–8,7 40–45 8–12

часть вводят NH₄C1 (100—115 г/л), доводят до рабочего уровня разбавленным NH₄OH до рН 8,5—8,8. Слитый раствор напра­вляют на утилизацию меди.

Во втором случае с помощью датчиков температуры плот­ности и кислотности раствора на дозирующие устройства подается сигнал, по которому раствор автоматически корректируется. Окисление Сu⁺ в Сu²⁺ происходит непрерывно вследствие воздей­ствия кислорода воздуха при струйном методе обработки. По до­стижении ρ = 1,17 г/см³ подается сигнал на насос, который отка­чивает половину раствора и подкачивает порцию свежего рас­твора, состоящего из смеси NH₄C1 и (NН₄)₂СO₃.

При снижении рН до 8,5 по сигналу датчика рН открывается вентиль баллона с газообразным аммиаком и происходит насы­щение раствора аммиаком, которое прекращается по достижении рН 8,5÷8,8. Корректирование раствора газообразным аммиаком приводит к его повышенному расходу вследствие большой лету­чести аммиака.

На ряде предприятий освоен метод корректирования травителя раствором следующего состава, г/л: хлористый аммо­ний — 150; аммиак водный 25%-ный— 400—500. Раствор вво­дится по сигналу датчика величины рН.

Автоматический цикл регенерации предусмотрен в линии ще­лочного травления ДМУМ.240.001. Способ электрохимической регенерации раствора в установке УЭХР, разработанный Горьковским политехническим институтом, заключается в пропу­скании травильного раствора через электролизер, в котором анод — графитовый, катод — полированная коррозионно-стойкая сталь. На катоде при плотности тока 12 А/дм² происходит вос­становление меди до металла, а на аноде вследствие окислитель­ных процессов выделяется смесь газов: N₂, CO₂, О₂. Газообразный хлор не выделяется, так как он сразу же расходуется на окисле­ние NH₃ до N₂. По аналогичному принципу действует установка «Урмат», разработанная Московским ГСПИ. Электрохимический процесс осуществляется при i_k = 20 А/дм². Установка снабжена датчиками травильной способности раствора, который дает ин­формацию о концентрации Сu²⁺. Через 20А∙ч/л блок дозирования включает корректировку солями аммония.

Недостатком медно-аммиачных травителей является загряз­нение атмосферы и сточных вод аммонийными солями, которые, попадая в систему очистных сооружений, могут образовать ком­плексные соединения тяжелых металлов (никеля, меди и др.) и утечку их из нейтрализаторов в очистные стоки.

Аммиачный медно-сульфатный раствор является аналогом аммиачно-медного хлоридного раствора и основным компонентом раствора служит комплексная соль Cu(NH₃)₄SO₄. Процесс тра­вления протекает по реакции:

Сu(NH₃)₄SO₄ + Сu 2Сu(NH₃)₂SO₄.

Травильный раствор имеет состав, г/л: медь сернокислая — 90—100, сульфат аммония —160—180; аммиак водный 25%-ный — 400. Температура раствора 45—50 °С. Травление меди в этом растворе протекает более медленно, чем в аналогичном хлоридном, поэтому он рекомендуется для использования в полуадди­тивной технологии при травлении тонких (5—7 мкм) слоев меди. С целью ускорения процесса вводится бромистый аммоний в количестве 4—5 г/л.

Промывка плат после травления вначале производится в ам­миачном растворе, а затем проточной холодной водой. Образо­вавшийся травильный шлам на проводящем рисунке удаляется осветлением в растворе состава (г/л): тиомочевина — 80—90; кислота соляная 50—60; спирт этиловый 5—6; препарат ОС-20 — 8—10. Температура раствора 18—25 °С: продолжительность 1— 1,5 мин.