Depunerea electrochimica a cuprului pentru realizarea cablajelor imprimate utilizate in electronica

Depunerea electrochimica a cuprului pentru realizarea cablajelor imprimate utilizate in electronica

Scopul lucrarii

Depunerea cuprului pentru realizarea cablajelor imprimate utilizate in industria electronica.

Introducere

In tehnologia fabricarii cipurilor electronice depunerile de cupru sunt utilizate intens pentru fabricarea circuitelor imprimate. Prin circuit imprimat, se intelege de obicei, ansamblul suport izolant, conductoarele imprimate si componente fixate definitiv pe suport.

Avantajul utilizarii cuprului este datorat unei acoperiri uniforme pe suprafata in special atunci cand se utilizeaza aditivi specifici de depunere.

Pentru conductoare imprimate, cel mai utilizat material este cuprul 737i83h cu puritate electrotehnica (peste 99.5 %). Mult mai rar se foloseste argintul (in tehnologii de sinteza).

Foaia de cupru pentru acoperirea semifabricatelor placate are grosimi de 5 - 100 [ m], dar grosimea cea mai utilizata este in jur de 35 [ m]; grosimile mai mici nu asigura rezistenta suficienta (conductoarele se desprind usor de suport, se rup la lipire, ) si se folosesc cand urmeaza ingrosarea conductoarelor prin depunere electrochimica de cupru, iar grosimile mai mari nu sunt economice si se utilizeaza pentru cablaje care lucreaza in conditii grele.

Depunerea electrochimica a cuprului se realizeaza in special pentru:

Fabricarea cablajelor imprimate cu gauri nemetalizate, cu conductoare metalizate, prin tehnologie substractiva, (fig. 4.4.1)

Fabricarea cablajelor imprimate cu gauri metalizate prin tehnologia substractiva, (fig. 4.4.2)

Pentru realizarea cablajelor circuitelor cu mare densitate de componente, in care se folosesc circuite integrate complexe, cu multe terminale, cablajele dublu strat fara metalizarea gaurilor se pot folosi cu mare dificultate. Cablajele fiind complicate nu se pot face toate conexiunile pe o singura fata, iar numarul trecerilor care trebuie realizate cu fire este foarte mare (spatiu ocupat mare, manopera multa, erori frecvente). Solutia problemei consta in utilizarea cablajelor cu gauri metalizate, iar pentru circuitele foarte complicate a cablajelor multistrat, care sunt tot cu gauri metalizate.

Fig. 4.4.1 Fabricarea cablajelor cu conductoare metalizate cu gauri nemetalizate prin tehnologie substractiva prin cuprare electrochimica

Fig. 4.4.2 Fabricarea cablajelor cu gauri metalizate prin tehnologie substractiva

Una din metodele folosite frecvent, de prevenire si combatere a coroziunii metalelor consta in acoperirea acestora cu straturi protectoare metalice si nemetalice.

Baia de electroliza contine o solutie apoasa de CuSO₄ acidulata cu H₂SO_4. Anodul este confectionat din cupru. Catodul este chiar placuta de alama care urmeaza sa fie protejata.

In solutia apoasa sulfatul de cupru, CuSO₄ si acidul sulfuric, H₂SO₄ sunt disociati in ioni:

; (4.4.1)

La electroliza cu anod solubil se desfasoara urmatoarele reactii electrochimice:

^{La anod (+): (4.4.2)}

^{La catod (-):} (4.4.3)

In baia de electroliza concentratia CuSO₄ se mentine constanta.

Masa teoretica de metal depus, m_t, se calculeaza conform legii lui Faraday cu relatia: (4.4.4)

in care: A - este masa atomica a metalului, [g/mol];

I – intensitatea curentului electric, [A];

t – timpul de electroliza;

n – valenta metalului, numarul de electroni cedati sau acceptai in reactia redox;

F – constanta lui Faraday (96500 [A·s/Eg] = 26,8 [A·h/Eg]).

Randamentul de curent pentru cantitatea de electricitate, Q constanta este:

(4.4.5)

unde, m_p este masa practica de metal depusa, [g].

Grosimea, h a stratului de metal depus se calculeaza din relatia:

(4.4.6)

in care: r- densitatea absoluta a metalului, [g/cm³];

S- suprafata piesei metalice acoperite cu stratul protector, [cm²].

Aparatura si substante: instalatie de electroliza (fig. 3), solutia de degresare, solutia de decapare, hartie abraziva.

1 - baia de electroliza; 2 – voltmetrul

3 – ampermetru; 4 - potentiometru

5 - sursa de curent continuu

6 - placuta de alama; 7 - anodul de cupru.

Fig. 4.4.3 Instalatia de electroliza

Mod de lucru

Se curata cu hartie abraziva suprafata marcata pe care urmeaza sa se faca depunerea;

Se imerseaza cateva minute in solutia de degresare, se spala in jet de apa;

Se imerseaza 3 minute in solutia de decapare, se spala cu apa distilata si se usuca apoi cu hartie de filtru;

Se cantareste placuta de alama la balanta analitica cu precizie de 0.01 g si se noteaza masa initiala, m_i;

Se realizeaza montajul conform figurii 3;

Se monteaza electrozii in suportul special, se conecteaza la bornele sursei de curent continuu respectand polaritatile si se introduc in baia de electroliza;

Se conecteaza instalatia de electroliza la retea si se pune in functiune;

Se regleaza cu ajutorul potentiometrului sursei, intensitatea curentului electric la densitate de curent de 0,02 [A/cm²].

Observatie in timpul electrolizei se va urmarii ca intensitatea curentului electric sa se mentina constanta.

Dupa 30 de minute se intrerupe functionarea instalatiei; Catodul de alama se scoate din celula de electroliza se spala cu apa distilata si se usuca prin tamponare cu hartie de filtru;

Se cantareste la balanta analitica si se noteaza masa finala, m_f;

Se masoara suprafata totala, S a placutei de metal care a fost acoperita cu cupru.

Rezultate si calcule:

Se intocmeste urmatorul tabel:

Se calculeaza masa teoretica m_t cu relatia (4.4.4) cunoscand A_Cu=63.54[g/mol];

Se calculeaza masa de cupru depusa practic m_p = m_f - m_i;

Se calculeaza randamentul de curent cu ajutorul relatiei (4.4.5);

Se calculeaza grosimea stratului de cupru depusa la electroliza cu relatia (4.4.6) cunoscand r_Cu=8,93 [g/cm³].