Текст ФХОТЭС часть 1-2 для 2015 (1245610), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

10

0

4 8 12 16 20

Количество растворенной меди в ед. объема, г/л

Рис. 2.5. Зависимость скорости травления меди от количества меди,

перешедшей в травитель

Скорость травления изменяется не только с изменением концентрации FeCl_{3 ,} но и температуры, химических добавок и интенсивности перемешивания.На рис. 2.6 приведены кривые, отражающие зависимость скорости травления от концентрации раствора при различных температурах:

4

О тносительное время

травления, мин

3 25С

35С

2

70С 55С

1

10 20 30 40

Содержание FeCl ₃ в исходном растворе,%

Рис. 2.6. Зависимость времени травления меди от температуры и концентрации травителя

Оптимальная концентрация для минимального времени травления изменяется от 30% FeCl ₃ при комнатной температуре до 35% FeCl ₃ при 70С. Как и следовало ожидать, увеличение температуры вызывает увеличение скорости травления. Максимальной температурой можно считать ту, при которой травление не приводит к разрушению резиста и (или) к разложению травителя.

Травильные растворы на основе персульфата аммония ((NH ₄) ₂ S ₂ O ₈ .

Травильные растворы на основе персульфата аммония применяют для травления меди при использовании фоторезистов и металлических резистов, в том числе и олово-никель, олово-свинец.

Достоинством персульфата аммония является то, что он не разрушает защитные покрытия, выполненные из металлорезистов. Однако он имеет ряд недостатков:

— персульфат аммония имеет более низкую устойчивость к разложению, чем хлоридные травители;

— персульфат аммония дает большее подтравливание (боковой подтрав равен примерно толщине проводника).

Для плат, покрытых оловянно-свинцовым припоем, состав травителя может быть таким: персульфат аммония (240 г/л и 96% серная кислота - 16 мл). Применение этого раствора приводит к образованию на поверхности припоя нерастворимого защитного слоя сульфата свинца. Контроль качества раствора обычно состоит в анализе содержания растворенной меди.

Травильные растворы на основе хлорной меди CuCl ₂

Для травления меди применяются растворы хлорной меди (CuCl ₂ ) с концентрацией 135 405 г/л. В состав травильного раствора входят также HCl, NaCl, H₂O₂, Cu. В раствор часто добавляют свободную медь до 30 г/л, чтобы реакция травления не была каталитической. Травление обычно проводят при температуре 2638С. Скорость травления примерно в два раза меньше, чем в хлорном железе. По мере выпадения осадка CuCl, ванна из темно-коричневой становится зеленой, поэтому корректировку можно производить по цвету раствора. Достоинством метода является малый растрав проводников: боковой подтрав составляет 0,5 толщины покрытия.

Общая схема химической реакции имеет вид:

Cu + CuCl₂  Cu₂ Cl₂ (хлористая медь)

Корректировка раствора осуществляется добавлением H₂ O₂ и NaCl или HCl через каждые 1020 г стравленной меди. Ее цель — предотвращение образования нерастворимой соли CuCl :

2CuCl + H₂ O₂ + 2HCl  2CuCl₂ + 2 H₂ O₂.

Травильные растворы на основе (CuCl₂) не следует применять для плат, покрытых сплавом олово-свинец. Этот сплав не разрушается в хлорной меди, но могут иметь место точечные разрушения защитного покрытия. Для предотвращения этого явления излишки кислоты нейтрализуют, вводя NaOH.

Травильные растворы на основе хромовосерной кислоты (CrO₃)

Травильные растворы на основе смеси хромовой и серной кислот являются предпочтительными для плат, покрытых сплавом олово-свинец. Хотя эти растворы являются сильными окислителями, на слой припоя они не оказывают влияния из-за образования нерастворимой пленки сульфата свинца. Этот травитель имеет несколько недостатков: скорость травления значительно ниже, чем при применении других травителей; ванна истощается при накоплении примерно 35 г/л растворенной меди.

Реакцию травления меди в смеси хромовой и серной кислот можно записать в следующем виде:

3Cu + 2CrO₃ +6H₂ SO₄  Cr₂ (SO₄)₃ + 3CuSO₄ + 6H₂O

В продажу хромовая кислота поступает в кристаллическом виде и стоит дороже, чем хлорное железо, хлорная медь и персульфат аммония.

Практика показала, что перемешивание повышает скорость травления в данном травителе, но для этого лучше использовать наложение вибрации. При перемешивании с помощью нагнетания воздушного потока скорость значительно меньше, а кроме того, образуется токсичный туман и брызги. Пары травителя предельно агрессивны и приводят к выходу из строя оборудования, вызывая коррозию. Также разрушаются резиновые детали, шланги, перчатки. Для предотвращения этого в травитель вводят противотуманные добавки или засыпают на поверхность пластмассовую крошку. Не следует применять этот травитель, если диэлектрик имеет фенольную основу (гетинакс), так как он может быть частично разрушен.

2.2. Химическое полирующее травление поверхности

Химическое полирование поверхности (также, как электрохимическое) не создаёт нарушений структуры материала. Этот метод служит для тех же целей, что и электрополирование, однако применяется этот метод для менее ответственных деталей. Скорость съёма материала этим методом довольно высока и составляет от 25 до 40 мкм /мин. Такая скорость затрудняет регулирование процесса. При этом шероховатость поверхностей после химического полирования, как правило, выше, чем после электрохимического полирования.

Механизм химического полирования имеет много общего с электрохимическим полированием, но они оба плохо изучены.

Эффект полирования очевидно объясняется наличием вязкой плёнки продуктров реакции у поверхностей детали.

Плёнка создает условие для преимущественного растворения микровыступов за счёт более короткого диффузионного пути частиц травителя к этим поверхностям.

Существенную роль электрохимических процессов при химическом полировании подтверждает то обстоятельство, что при добавлении в раствор солей благородных металлов, скорость растворения возрастает, на поверхности образуются как бы микрогальванические пары. Роль вязкой плёнки в этом процессе подтверждается тем, что при интенсивном перемешивании раствора, химическое полирование прекращается.

Параметры химического полирования определяются главным образом, природой металла детали и характером травителя. Например, для химического полирования алюминия применяются в основном кислотные травители, в их состав входят фосфорная, азотная, серная, уксусная, борная и лимонная кислота.

Алюминивые сплавы, содержащие цинк и медь, полируются неудовлетворительно. Кроме того, литьевые сплавы (алюминий с кремнием) не полируются химическим способом.

Для химического полирования меди и её сплавов, используют растворы на основе азотной, фосфорной и уксусной кислот. В таких растворах важным фактором является количество воды, потому что пропорция воды и кислот позволяет управлять процессом химического полирования.

На скорость полирования влияет даже покачивание детали, следовательно увеличивается скорость химического полирования.

Качество поверхности зависит от структурных и физических параметров сплавов. Например, трудно полируются сплавы с крупнозернистой структурой, а также составы типа латуни. (латунь марки Л58 плохо полируется, а латунь марки Л63 хорошо полируется). Хорошо полируются сплавы нейзильбер и мельхиор.

Химическое полирование целесообразно применять для обработки мелких, сложнопрофильных деталей, особенно из стальных сплавов.

Для сплавов стали, растворы полирования содержат серную, азотную, фосфорную, уксусную и другие кислоты.

Для повышения вязкости добавляют органические вещества: глицерин, желатин, декстрин.

Процесс полирования стали характеризуется периодическим выделением газов: кислорода и диокиси углерода O₂ и CO₂. При этом происходит циклическая пассивация плёнки и растворение плёнки. Такое явление имеет место при определённых концентрациях компонентов травителя, в частности при соотношении травителя и растворителя 1:3. При малых концентрациях травителя поверхность полируется, но вид имеет не блестящий, а матовый.

А если травителя становится больше оптимального соотношения, то химическое полирование совсем прекращается.

Углеродистые стали полируют в смеси серной, азотоной, фосфороной, соляной кислот.

Химическое и электрохимическое полирование выполняют в ваннах, на барабанах.

Иногда, процесс химического полирования применяют не для полирования, а для создания шероховатости поверхности.

2.3. Электро-химическое полирующее травление поверхности

Электрохимическая обработка основана на законах анодного растворения металлов при электролизе.

При прохождении электрического тока через электролит на поверхности заготовки происходят химические реакции, и поверхностный слой металла превращается в химическое соединение.

Продукты электролиза переходят в раствор или удаляются механическим способом.

Производительность этого способа зависит от электрохимических свойств электролита, обрабатываемого материала и плотности тока.

Электрохимическое полирование осуществляется в ванне, заполненной электролитом (растворы кислот и щелочей).

Обрабатываемую заготовку подключают к катоду (рис. 21.5). Катодом служит металлическая пластинка из свинца, меди, стали (иногда электролит подогревают).

Рис. 2.7. Схема электрохимического полирования:

1 – ванна; 2 – обрабатываемая заготовка; 3 – пластина-электрод; 4 – электролит; 5 – микровыступ; 6 – продукты анодного растворения

При подаче напряжения начинается процесс растворения металла заготовки (в основном на выступах микронеровностей). В результате избирательного растворения, микронеровности сглаживаются, и обрабатываемая поверхность приобретает металлический блеск.

Улучшаются электрофизические характеристики деталей: уменьшается глубина микротрещин, поверхностный слой не деформируется, исключаются упрочнения и термические изменения структуры, повышается коррозионная стойкость.

Этим методом получают поверхности под гальванические покрытия, доводят рабочие поверхности режущего инструмента, изготовляют тонкие ленты и фольгу, очищают и декоративно отделывают детали.

Механизм анодного растворения при электрохимическом полировании

Удаление металла при электрохимическом полировании происходит под действием электрического тока в среде электролита без непосредственного контакта катоды (инструмента) и заготовки. В основе процесса электрохимического полирования лежит явление анодного растворения металла. Анодное растворение может протекать в электролитах различного состава, в том числе в неагрессивных электролитах — водных растворах хлорида натрия, нитрата натрия и др. Эти соли дешевы и безвредны для обслуживающего персонала.

Под действием тока в электролите материал анода растворяется и в виде продукта реакции выносится из промежутка потоком электролита. В результате реакции образуются газообразные продукты, которые удаляются в атмосферу. Катод не изнашивается, что является одним из достоинств процесса электрохимического полирования.

При растворении в воде молекулы, например, солей, распадаются на положительные (катионы) и отрицательные (анионы). Молекулы воды поляризуются и располагаются в виде сферы вокруг какого-то центрального иона (рис. 1.20).

Характеристики

Список файлов учебной работы