25.07.2019

Высококачественные покрытия Ni, Au производства компании «ТЕСТПРИБОР»

Различные металлические покрытия, выполненные электрохимическим, химическим и другими способами находят активное применение при производстве широкого спектра изделий микроэлектроники.

Нанесение покрытий осуществляется в различных целях: придание деталям определенных механических качеств (твердость, антифрикционные свойства), коррозионной стойкости, паяемости, получения заданных физических характеристик (электропроводности, удельного сопротивления, оптических параметров), декоративных свойств и т.д.[1]

Производство компании «ТЕСТПРИБОР» в рамках освоения различного рода экспериментальной и серийной продукции владеет следующими технологиями нанесения покрытий:

  • электрохимическое никелирование из растворов различных составов: толщина слоя покрытия до 30 мкм;
  • электрохимическое никелирование сплавом никель - фосфор: толщина слоя покрытия до 30 мкм;
  • химическое никелирование сплавами никель - фосфор, никель - бор: гарантированная толщина покрытия до 10 мкм, для изделий сложной формы и топологии с большим количеством изолированных монтажных площадок (в том числе на печатных платах), проволочных выводов (примеры изделий с никелевым покрытием, осажденным химическим способом представлены на фото 1);

Керамические платы и основания корпусов с покрытием никелем

Фото 1. Керамические платы и основания корпусов с покрытием никелем, выполненным химическим и электрохимическим способами.

  • электрохимическое золочение: толщина покрытия до 10 мкм (примеры изделий с золотым покрытием, выполненным электрохимическим способом представлены на фото 2);

Основания металлокерамических и металлостеклянных корпусов с гальваническим золотым покрытием

Фото 2. Основания металлокерамических и металлостеклянных корпусов с гальваническим золотым покрытием.

  • химическое и иммерсионное золочение -толщина покрытия, нанесенного химическим способом, от 0,5 до 2,5 мкм, толщина слоя иммерсионного покрытия до 0,15 мкм - для изделий сложной формы и топологии с большим количеством изолированных монтажных площадок (в том числе печатных плат), проволочных выводов (примеры изделий с золотым покрытием, осажденным химическим способом представлены на фото 3);

Изделия производства АО «ТЕСТПРИБОР» с покрытием химическим и иммерсионным золотом

Фото 3. Изделия производства АО «ТЕСТПРИБОР» с покрытием химическим и иммерсионным золотом.

  • «черный никель» (примеры изделий на фото 4).

Изделия с покрытием черный никель

Фото 4. Изделия с покрытием черный никель.

Серийная подготовка поверхности изделий, а также нанесение покрытий электрохимическим способом осуществляется на оборудовании трех гальванических линий: никелирования, золочения, снятия покрытий (см. фото 5).

Оборудование для нанесения гальванических покрытий

Фото 5. Оборудование для нанесения гальванических покрытий участка химической обработки АО «ТЕСТПРИБОР»: А – линии снятия покрытий и золочения, Б – линия никелирования.

Для изготовления данного оборудования использовались высококачественные коррозионно устойчивые материалы, не влияющие на используемые растворы (полипропилен, ПВДФ и т.п.). Оборудование разработано и изготовлено по техническому заданию инженеров АО «ТЕСТПРИБОР» при участии зарубежных компетентных специалистов, работающих в области нанесения гальванического покрытия.

Кроме самого оборудования важным фактором успеха при выполнении покрытия электрохимическим методом является грамотно спроектированная оснастка, позволяющая:

  • наносить покрытие на большое количество изделий с разницей в толщине от изделия к изделию не превышающей 1-2% внутри партии и не более 5% по поверхности одного изделия в зависимости от его формы и особенностей топологии;
  • наносить покрытие разной толщины на изолированные друг от друга части изделия, что особенно важно в случае нанесения золотого покрытия и позволяет снизить себестоимость детали за счет снижения расхода золота на покрытие тех участков, которые удаляются в процессе монтажа корпуса в прибор при сборке конечного устройства, либо выполнить частичное покрытие только технологически важных участков;
  • минимизировать размер паразитных точек контакта, либо устранять их методом локального покрытия;
  • использовать химически стойкие материалы (нержавеющая сталь, полиэтилен, поливинилхлорид) для снижения рисков загрязнения растворов продуктами травления подвески.[2]

Примеры оригинальной оснастки для гальванического покрытия, спроектированной и изготовленной АО «ТЕСТПРИБОР», представлены на фото 6.

Примеры оснасток для гальванического покрытия:

Фото6. Примеры оснасток для гальванического покрытия:
А - для лабораторной установки,
Б – для частичного покрытия или нанесения покрытия разной толщины на одно изделие,
В – для электрохимического никелирования и золочения в серийном режиме.

Одним из часто используемых металлов наносимых в виде, как технологического подслоя, так и самостоятельного финишного покрытия, является никель. Полученное гальваническим способом покрытие имеет высокую степень чистоты и в связи с этим устойчиво в восстановительной среде к температурам около 1400ºС, что в купе с высокой коррозионной устойчивостью, прекрасными механическими свойствами, способствованием растеканию серебросодержащих высокотемпературных припоев является необходимым условием качественной герметизации оснований корпусов и других аналогичных изделий. Подслой никелевого покрытия обязателен при последующем нанесении золотого покрытия на большинство используемых при производстве изделий микроэлектроники материалов (ковар, инвар, сталь, алюминий)[3].

Хочется отметить, что выбранный способ движения оснастки - вращение подвески на приводе с определенной скоростью и частотой инверсии – позволяет не только избежать появления питтинговых дефектов, но и добиться определенной структуры покрытия за счет быстрой смены режимов нанесения (в момент перемещения деталей напротив анодных корзин) и кристаллизации покрытия (при удалении деталей от анодов), то есть добиться большей плотности покрытия и повышения коррстойкости.

Толщина никелевого покрытия при электрохимическом способе осаждения может достигать 30 мкм.

В случае необходимости получения покрытия с низким и стабильным во времени переходным сопротивлением в месте электрического контакта, термостойкого и коррозионного, подходящего для монтажа различных элементов с использованием пайки, сварки и клея используется метод электрохимического золочения (осаждение так называемого «мягкого золота») [4].

В данном случае очень важна чистота наносимого покрытия, которая зависит не только от рецептуры используемого раствора. На производстве АО «ТЕСТПРИБОР» введен целый ряд мероприятий по профилактике качества электролита мягкого золочения, позволяющих получить покрытие с чистотой золота 99,998%: очистка электролита специфическими ионообменными смолами для извлечения вредоносных металлических примесей (меди, кобальта, никеля), механическая фильтрация через полипропиленовый картридж с размером пор 1 мкм, доливка воды до уровня с заданным сопротивлением.

Кроме того снова уделяется особое внимание равномерности покрытия, что важно при использовании драгметаллов. Конструкция ванн и режимы вращения подвесок на приводах организованы таким образом, чтобы детали находились на одинаковом расстоянии от анодов.

Толщина наносимого покрытия достигает 10 мкм, по требованию заказчика слой золотого покрытия может быть увеличен.

В том случае, когда на детали имеется большое количество изолированных поверхностей (например, при производстве печатных плат), изделие имеет сложную форму, либо изолированные керамической втулкой или стеклом проволочные вывода требующие покрытия, предпочтительно использовать химический способ нанесения. Такая технология в данном случае предпочтительна, так как позволяет значительно снизить себестоимость изделия, за счет снижения трудоемкости и затрат материалов, в связи с отсутствием необходимости вводить дополнительные конструкционные решения для соединения покрываемых поверхностей в единую электрическую цепь, повысить качество покрытия.

Химическое осаждение покрытий в условиях производства наносятся с использованием установки представленной на фото 7.

Установка для нанесения покрытия химическим способом

Фото 7. Установка для нанесения покрытия химическим способом, а также для проведения экспериментальных работ.

Для формирования подслоя под золотое покрытие, а также других технологических целей, в том числе на металлизацию, выполненную из тугоплавких материалов (молибден, вольфрам) на диэлектрических подложках (керамика) используются покрытия сплавами никель-бор и никель-фосфор. Толщины покрытий в основном не превышают 10 мкм. Выбор сплава определяется требованиями заказчика.

При необходимости на никелевое покрытие возможно нанести слой золота выполненный химическим или иммерсионным способами. Осаждение покрытия в этом случае может происходит по следующим схемам:

  1. путем контактного обмена золота с электроотрицательной никелевой основой;
  2. в результате химического осаждения золота при окислении восстановителя на электроотрицательной основе;
  3. путем окисления восстановителя на осевшем золоте [5].

В технологическом процессе АО «ТЕСТПРИБОР» используются составы, работающие по всем вышеперечисленным способам, толщина наносимого покрытия золотом может гарантированно достигать до 2,5 мкм . Проведенные испытания изделий с таким покрытием показали, что покрытие сохраняет паяемость и антикоррозионные свойства (фото 8 - изделие с золотым покрытием, выполненным химическим способом, толщиной 2,5 мкм после монтажа кристалла).

Основание корпуса с золотым покрытием, нанесенным электрохимическим способом

Фото 8. Основание корпуса с золотым покрытием, нанесенным электрохимическим способом после монтажа кристалла.

Для контроля качества покрытий в условиях производства АО «ТЕСТПРИБОР» используются следующие методы испытаний:

1. Для определения толщины покрытия - рентгенофлуоресцентный метод анализа (см. фото 9).

Установка рентгенофлуоресцентного анализа

Фото 9. Установка рентгенофлуоресцентного анализа.

2. Для проверки сцепления покрытия с основой применяется метод термической проверки с использованием толкательной печи (см. фото 10).

Толкательная печь для испытаний нагревом покрытия никель-золото

Фото 10. Толкательная печь для испытаний нагревом покрытия никель-золото.

3. Визуальный контроль качества на наличие различных дефектов под микроскопом.

Визуальному контролю и контролю адгезии подвергается 100% изделий.

Кроме того производственная лаборатория и участок химической обработки постоянно производят анализы качества электролитов на содержание основных и примесных компонентов, контролируют условия хранения химических реактивов для приготовления растворов, осуществляют контроль параметров процесса и их постоянства от загрузки к загрузке, что позволяет гарантировать качество наносимых покрытий и продукции в целом.

Итог:

      1. На производстве АО «ТЕСТПРИБОР» освоены следующие технологии нанесения металлических покрытий:

  • электрохимическое никелирование из электролитов различных составов;
  • электрохимическое никелирование сплавом никель-фосфор;
  • химическое никелирование сплавами никель-фосфор, никель-бор;
  • электрохимическое золочение;
  • химическое и иммерсионное золочение;
  • «черный никель».

      2. Гальванические покрытия, выполненные на базе производства компании «ТЕСТПРИБОР» являются высококачественными так как:

  • особое внимание уделено проектированию оборудования и оснастки, позволяющим получать повторяемость по толщине и характеристикам покрытий внутри партии и достигать равномерности покрытия на одном изделии настолько, насколько позволяют его геометрические характеристики;
  • качество используемых растворов и постоянство технологических параметров четко контролируются производственной лабораторией и инженерным персоналом;
  • контроль качества изделий производится в несколько этапов по многим параметрам на 100% продукции, что снижает вероятность попадания бракованных изделий к заказчику;
  • грамотно подобранные составы позволяются наносить как классические покрытия, так и редко используемые при обычной практике - например, золотое покрытие, выполненное химическим способом до толщины более 2 мкм, что способствует осуществлению широкого спектра задач поставленных заказчиками компании.

Использованные источники:

  1. Технологии в производстве электроники. ЧастьII. Справочник по производству печатных плат./ Под редакцией П. Семенова. – М: ООО «Группа ИТД», 2007.
  2. Виноградов, С.С. Организация гальванического производства. Оборудование расчет производства, нормирование / Под редакцией проф. В.Н. Кудрявцева – М:, Глобус, 2005. - 231 с.
  3. Мельников, П.С. Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении. – М.: Машиностроение, 1979. – 296 с.
  4. 4.Y. Okinaka, M Hoshino Some Recent in Gold Plating for Electronic Application, Gold Bulletin, 1998, 31(1), p 3-13.
  5. В.В. Рогожин, М.М. Спасская, Е.Ю. Ананьева и др. Использование борсодержащих веществ для получения функциональных покрытий никель-бор различного назначения // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2012, №4 (1), с. 140 – 147.

www.test-expert.ru