Depunerea electrochimică a cuprului pentru realizarea cablajelor

imprimate utilizate în electronică

Scopul lucrării

Depunerea cuprului pentru realizarea cablajelor imprimate utilizate în industria

electronică.

Introducere

În tehnologia fabricării cipurilor electronice depunerile de cupru sunt utilizate intens

pentru fabricarea circuitelor imprimate. Prin circuit imprimat, se înţelege de obicei, ansamblul

suport izolant, conductoarele imprimate şi componente fixate definitiv pe suport.

Avantajul utilizării cuprului este datorat unei acoperiri uniforme pe suprafaţă în

special atunci când se utilizează aditivi specifici de depunere.

Pentru conductoare imprimate, cel mai utilizat material este cuprul cu puritate

electrotehnică (peste 99.5 %). Mult mai rar se foloseşte argintul (în tehnologii de sinteză).

Foaia de cupru pentru acoperirea semifabricatelor placate are grosimi de 5 - 100 [μm],

dar grosimea cea mai utilizată este în jur de 35 [μm]; grosimile mai mici nu asigură rezistenţă

suficientă (conductoarele se desprind uşor de suport, se rup la lipire, ...) şi se folosesc când

urmează îngroşarea conductoarelor prin depunere electrochimică de cupru, iar grosimile mai

mari nu sunt economice şi se utilizează pentru cablaje care lucrează în condiţii grele.

Depunerea electrochimică a cuprului se realizează în special pentru:

- Fabricarea cablajelor imprimate cu g ă uri nemetalizate, cu

conductoare metalizate, prin tehnologie substractiv ă, (fig. 4.4.1)

- Fabricarea cablajelor imprimate cu g ă uri metalizate prin tehnologia

substractiv ă, (fig. 4.4.2)

Pentru realizarea cablajelor circuitelor cu mare densitate de componente, în care se

folosesc circuite integrate complexe, cu multe terminale, cablajele dublu strat fără metalizarea

găurilor se pot folosi cu mare dificultate. Cablajele fiind complicate nu se pot face toate

conexiunile pe o singură faţă, iar numărul trecerilor care trebuie realizate cu fire este foarte

mare (spaţiu ocupat mare, manoperă multă, erori frecvente). Soluţia problemei constă în

utilizarea cablajelor cu găuri metalizate, iar pentru circuitele foarte complicate a cablajelor

multistrat, care sunt tot cu găuri metalizate.

Fig. 4.4.1 Fabricarea cablajelor cu conductoare metalizate cu găuri nemetalizate prin tehnologie

substractivă prin cuprare electrochimică

-

Fig. 4.4.2 Fabricarea cablajelor cu găuri metalizate prin tehnologie substractivă

Una din metodele folosite frecvent, de prevenire şi combatere a coroziunii metalelor

constă în acoperirea acestora cu straturi protectoare metalice şi nemetalice.

Baia de electroliză conţine o soluţie apoasă de CuSO4 acidulată cu H2SO4. Anodul este

confecţionat din cupru. Catodul este chiar plăcuţa de alamă care urmează să fie protejată.

În soluţia apoasă sulfatul de cupru, CuSO4 şi acidul sulfuric, H2SO4 sunt disociaţi în

ioni:

CuSO4 Cu2+

+ SO42

_

;

_2

SO4+H+ H2SO4 2

(4.4.1)

La electroliza cu anod solubil se desfăşoară următoarele reacţii electrochimice:

La anod (+): Cu2+ +Cu oxidare 2e-

(4.4.2)

La catod (-): Cu2+

+ 2e- reducere Cu

(4.4.3)

În baia de electroliză concentraţia CuSO4 se menţine constantă.

Masa teoretică de metal depus, mt, se calculează conform legii lui Faraday cu relaţia:

(4.4.4)

în care: A - este masa atomică a metalului, [g/mol];

I – intensitatea curentului electric, [A];

t – timpul de electroliză;

n – valenţa metalului, numărul de electroni cedaţi sau acceptai în reacţia redox;

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

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

(4.4.5)

unde, mp este masa practică de metal depusă, [g].

Grosimea, h a stratului de metal depus se calculează din relaţia:

(4.4.6)

în care: - densitatea absolută a metalului, [g/cm3];

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

Aparatură şi substanţe: instalaţie de electroliză (fig. 3), soluţia de degresare, soluţia de

decapare, hârtie abrazivă.

1 - baia de electroliză; 2 – voltmetrul

3 – ampermetru; 4 - potenţiometru

5 - sursa de curent continuu

6 - plăcuţa de alamă; 7 - anodul de cupru.

Fig. 4.4.3 Instalaţia de electroliză

Mod de lucru

1. Se curăţă cu hartie abraziva suprafaţa marcată pe care urmează să se facă depunerea;

2. Se imersează câteva minute în soluţia de degresare, se spală în jet de apă;

3. Se imersează 3 minute în soluţia de decapare, se spală cu apă distilată şi se usucă apoi cu

hârtie de filtru;

4. Se cântăreşte plăcuţa de alamă la balanţa analitică cu precizie de 0.01 g şi se notează

masa iniţială, mi;

5. Se realizează montajul conform figurii 3;

6. Se montează electrozii în suportul special, se conectează la bornele sursei de curent

continuu respectând polarităţile şi se introduc în baia de electroliză;

7. Se conectează instalaţia de electroliză la reţea şi se pune în funcţiune;

8. Se reglează cu ajutorul potenţiometrului sursei, intensitatea curentului electric la densitate

de curent de 0,02 [A/cm2].

ObservaţieObservaţie: în timpul electrolizei se va urmării ca intensitatea curentului electric să se

menţină constantă.

9. După 30 de minute se întrerupe funcţionarea instalaţiei; Catodul de alamă se scoate din

celula de electroliză se spală cu apă distilată şi se usucă prin tamponare cu hârtie de filtru;

10. Se cântăreşte la balanţa analitică şi se notează masa finală, mf;

11. Se măsoară suprafaţa totală, S a plăcuţei de metal care a fost acoperită cu cupru.

Rezultate şi calcule:

Se întocmeşte următorul tabel:

Metalul de

protejat

I

[A]

t

[ore]

mi

[g]

mf

[g]

mp

[g]

mt

[g]

c

[%]

S

[cm2]

h

[cm] []

Se calculează masa teoretică mt cu relaţia (4.4.4) cunoscând ACu=63.54[g/mol];

Se calculează masa de cupru depusă practic mp = mf - mi;

Se calculează randamentul de curent cu ajutorul relaţiei (4.4.5);

Se calculează grosimea stratului de cupru depusă la electroliză cu relaţia (4.4.6)

cunoscând Cu=8,93 [g/cm3].