NL8006113A - Werkwijze voor het electrolytisch bekleden van voorwerpen met gedrukte schakelingen en andere niet metallische substraten met een laag koper; werkwijze voor het bereiden van een bad voor electrolytische koperbekleding. - Google Patents

Description

ft νο πΑο

Betr.: Werkwijze voor bet electrolytisch "bekleden van voorwerpen met gedrukte schakelingen en andere niet metallische substraten met een laag koper; werkwijze voor het bereiden van -een bad voor electrolysis che koperbekleding.

Voorwerpen met gedrukte schakelingen zoals platen met gedrukte schakelingen worden in grote aantallen in telecommunicaties, computers en andere electronische toepassingen gebruikt. Van gedrukte schakelingen gebruik makende systemen passen gewoonlijk platen toe met schakelingen 5 aan beide zijden van een plaat, of in het geval van uit meerdere lagen bestaande platen, schakelingen aan elk grensvlak binnen een plaat. De platen worden geperforeerd met gaten en de wanden van de gaten worden geleidend gemaakt om schakelingen aan een zijde van de plaat electrisch in verbinding te stellen met de schakelingen aan de andere zijde van 10 de plaat. De platen worden gewoonlijk gemaakt van papier-epoxy, papier-fenolhars of epoxy-glasdoek. De perforaties zijn aanvankelijk niet-geleidend. De platen worden echter typisch gekatalyseerd om ze ontvankelijk te maken voor een stroomloze afzetting van koper waarover heen een electrolytische koperbekleding wordt aangebracht. Dit leidt 15 tot het opbouwen van een laag van electrisch geleidend koper in de gaten met een dikte van ongeveer 25-50 μα.

In het Amerikaanse octrooischrift 3.769*179 van aanvraagster wordt een zuur kopersulfaat electrolytisch bekledingsbad beschreven, waarmede koper kan worden afgezet in en door de gaten in platen met 20 gedrukte schakelingen, zelfs wanneer de gaten afmetingen van slechts een kwart van de dikte van de plaat bezitten. Deze afzetting ’’door de gaten" wordt verkregen uit een electrisch bekledingsbad, dat 70-150 g/l CuSO^HgO en 175-300 g/l HgSO^ bevat. Dit bad wordt typisch aangeduid als een zeer zuur, weinig koper bevattend of HA-LC-bad.

25 ("high acid, low copper"). Het bad bevat een kleine hoeveelheid van een korrel verfijnend middel. Een van de in het octrooi genoemde middelen is instant koffie. Zijn toepassing in een concentratie van 0,1-1,0 g/l draagt bij aan de produktie van een ductiele afzetting van koper in de perforaties op de plaat alsmede op de vlakke oppervlakken daarvan.

30 Het electrolytische bekledingsbad wordt gebruikt bij temperaturen tussen 20 en 30°C, bij voorkeur 22-27°C en een kathodestrocmdichtheid in het gebied van ongeveer l6l-6U6 en bij voorkeur 215-377 A/m .

O

Het bad bevat bij voorkeur tussen 1 en 10 ca: /1 van 85 vol.#-ig fosfor- 8006113 -2- zuur, dat dient cm verbranding van de afzetting bij hoge strocmdicht-heden te veiminderen terwijl tegelijkertijd een uniforme anodecorrosie wordt bevorderd, zodat er door wordt bijgedragen aan de vorming van een gladde electrolytische afzetting. Bovendien bevat het bad tussen 10 5 en 250 delen per millioen chlorideionen, die dienen om trapsgewijze bekleding, strocmsgewijze bekleding en de vorming van afvalslib te verhinderen.

Volgens het octrooi omvat instant koffie zowel gemalen gebrande en gevriesdroogde koffie als van caffeine ontdane instant koffies. 10 Deze koffies worden onder verschillende merken in de handel gebracht, b.v. Maxim, Nescafe, Sunrise en Tasters Choice.

Omdat het gemakkelijk verkrijgbaar is, betrekkelijk weinig kost en gemakkelijk te bereiden is, is instant koffie commercieel aanvaard als korrelverfijnend middel in een HA-LC-bekledingsbad voor toepassingen 15 bij gedrukte schakelingen. Het gebruik van instant koffie als korrel-verfijnend middel is echter niet geheel bevredigend, andat het gebruik in het bekledingsbad leidt tot de vorming van een gelatineus materiaal dat de neiging heeft om samen met het koper op het substraat te worden af ge zet, waardoor een verlaging in ductiliteit en een verhoging in de 20 treksterkte van de koperlaag resulteren. Het gelatineuze materiaal blijkt in verband te staan met het dispergeermiddel, dat bij de bereiding van de instant koffie wordt gebruikt. De gel kan moeilijk door filtreren van het bekledingsbad worden verwijderd, omdat hij neigt tot verstopping van het filtreermedium.

25 Men heeft nu gevonden dat betere eigenschappen en bekledings- resultaten mogelijk zijn wanneer regelmatige koffie in plaats van instant koffie als korrelverfijnend middel wordt gebruikt in een HA-LC-elec-trolytisch bekledingsbad.

Een van-de doeleinden van de uitvinding is een beter, weinig 30 onderhoud vragend electrolytisch koperbekledingsbad te verschaffen, dat gebruikt kan worden voor het electrolytisch af zetten van een dunne koperlaag op geperforeerde platen met gedrukte schakelingen.

Een ander doel is cm het gebruik van een bekledingsbad mogelijk te maken dat niet het gebruik van een efficiënt en kostbaar filtratie-35 systeem in samenhang daarmee vereist of vraagt.

8006113 ^ * -3-

Weer een ander doel van de uitvinding is om op platen met gedrukte schakelingen een electrolytisch afgezette laag van koper met hetere ductiliteit (d.w.z. rek) treksterkte en theimische spanningseigen-schappen te produceren dan verkregen wordt met een had van het type vol-5 gens het Amerikaanse octrooischrift 3.769*179» waarbij het had wordt gemodificeerd door een extract van regelmatige koffie in de plaats van dat van instant koffie te gebruiken.

Deze doeleinden en andere doeleinden en voordelen zullen aan de hand van de volgende beschrijving duidelijk worden.

10 Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een ver beterd HA-LC-electrolytisch bekledingsbad en op een werkwijze voor het electrolytisch bekleden van platen met gedrukte schakelingen en andere niet metallische substraten met een laag van ductiel koper. Het bad wordt bereid door 70-150 g/1 CuSO^^HgO en 175-300 g/1 HgSO^ te mengen, 15 waaraan 0,1-1,0 g/1 regelmatig gebrouwde koffie wordt toegevoegd. Des-gewenst bevat het bad tussen 1 en 10 cnr/1 fosforzuur en tussen 10 en 250 delen per millioen chlorideionen.

De electrolytische bekleding wordt uitgevoerd door een geleidend substraat, b.v. een plaat met een gedrukte schakeling, die tevoren met 20 een laag van stroomloos af gezet koper is bedekt, onder te dompelen in het bad dat op een temperatuur tussen 20 en U0°C wordt gehouden en waardoorheen een strocm wordt geleid met een stroamdichtheid tussen l6l en 6k6 A/m^.

In deze aanvrage wordt met de term "regelmatige koffie'? koffie 25 bedoeld, die bereid wordt door waterige extractie van koffiebonen, waarbij typisch heet water wordt gebruikt. De koffie omvat een mengsel van koffiebonen die in verschillende gebieden van koffieteelt zijn gegroeid.

De koffiebonen worden fijn gemalen voor gebruik in een variëteit van koffiefabrikanten, maar het zal duidelijk zijn, dat de methode voor het 30 extraheren van de koffie uit de koffieboon geen deel van de uitvinding uitmaakt. De extractie wordt typisch uitgevoerd met water dat een temperatuur tussen 80 en 95°C bezit, en wel gedurende 1 tot 1,5 uur onder agitatie. De geëxtraheerde koffie wordt vervolgens van de koffiebonen afgescheiden door filtratie, afschenken of andere geschikte manieren.

35 De koffiebonen worden bij voorkeur zo fijn mogelijk gemalen, cmdat de 8006113 -Inmate van extractie o.a. afhangt van de deeltjesgrootte van het gemalen produkt.

Na extractie en afscheiding ligt de pH van het koffieëxtract tussen ongeveer U en 5· Om. schimmelvorming te verhinderen vordt de pE ingesteld 5 op een vaarde van ongeveer 9»5 onder toepassing van natriumhydroxyde of

O

natriumcarbonaat. Verder vordt bij voorkeur ongeveer 1 cm /1 formaldehyde toegevoegd om het koffieëxtract te stabiliseren.

De concentratie aan koffie in het extract hangt af van de voor het extraheren van de koffie uit de boon toegepaste methode, alsook van 10 de temperatuur, de extractieduur en de mate van agitatie. Gevoonlijk zal de concentratie van het extract tussen 15 en 20 g/1 bedragen. Natuurlijk is verdere concentratie of verdunning mogelijk. Het extract vordt aan het bekledingsbad toegevoegd in een hoeveelheid die voldoende is cm een koffieconcentratie tussen 0,1 en 1,0 g/1, bij voorkeur 15 ongeveer 0,5 g-1 of lager te verkrijgen. Hoevel grotere hoeveelheden in het bekledingsbad kunnen vorden gebruikt, vordt geen opmerkelijk voordeel verkregen vanneer de concentratie meer dan 1 g/1 bedraagt. Bekledingseconomische overwegingen dicteren derhalve het gebruik van minder dan deze hoeveelheid.

20 Vele van de in de handel verkrijgbare merken van regelmatig koffie kunnen vorden gebruikt voor het bereiden van het korrelverfijnende middel volgens de uitvinding. Typische voorbeelden zijn Maxwell House,

Hills Brothers, Fifth Avenue, Folgers en van caffeine ontdane merken zoals Sanka. Het koffieëxtract vordt na zijn bereiding direct toegevoegd 25 aan het waterige bad samen met de electrolyt en andere toevoegingen op het moment dat het bad voor het eerst vordt bereid. Omdat het koffie-extract een electrochemisch verbruikte toevoeging is, zal door periodieke analyse van het bad of visueel onderzoek van de beklede ondertëLen blijken of de afzetting grofkorrelig vordt, waardoor de behoefte vordt 30 duidelijk gemaakt aan de toevoeging van meer koffieëxtract cm een extra korrelverfijning te verkrijgen. Een eenvoudige proef is cm een hoeveelheid van het bekledingsbad te brengen in een Hullcèl,een proefpaneel te bekleden, en de afzetting in het gebied van hoge strocmdichtheid vaar het verlies aan korrelverfijning gemakkelijk kan vorden vastge-35 steld, te inspecteren.

3006113 -5-

De volgende onverwachte resultaten werden verkregen door een extract van regelmatige koffie te gebruiken i.p.v. instant koffie · als korrelverfijner.

a) De afzetting was meer ductiel tenzij het bekledingsbad dat de instant 5 koffie bevatte, volledig door een filtreermedium met afmetingen van 5 ^um of kleiner werd gefiltreerd met een snelheid van tenminste 1,5 keer per uur gedurende de bekleding teneinde niet opgeloste verontreinigingen die samen met de instant koffie in het bad werden geïntroduceerd, te verwijderen. Zoals eerder vermeld is het buitengewoon lastig cm deze 10 onoplosbare verontreinigingen volledig te verwijderen vanwege hun gela-tineuze aard.

b) De bestandheid van de electrolytische koperafzetting tegen het optreden van scheuren als gevolg van thermische spanningen is beter. Dit kan worden gedemonstreerd door een klein bekleed gedeelte van de plaat 15 met gedrukte schakeling te laten drijven op gesmolten soldeer gedurende 10 "seconden bij ongeveer 288°C. Het paneel wordt vervolgens afgekoeld, een gedeelte gemonteerd, gepolijst.en onderzocht met een metallograaf. Van een onvoldoende gefiltreerd bekledingsbad dat instant koffie bevat, wordt ernstige vorming van scheuren aan de hoeken van de gaten waar-20 gencmen, terwijl de in het bad dat een extract van regelmatige koffie bevat, beklede platen een dergelijke vorming van scheuren niet vertonen.

c) De treksterkte en rekeigenschappen van de koperafzetting worden verbeterd. Dit kan worden gedemonstreerd door koperfoelie op een in de handel verkrijgbare trektesten te trekken. De rek van het koper kan 25 worden verhoogd met een factor 50% of meer, terwijl een gunstige verlaging van 20/5 of meer in treksterkte een gevolg is van het gebruik van regelmatige koffie i.p.v. instant koffie in een koperbekledingsbad met onvoldoende filtratie.

d) Dunne koperfoelies, onderzocht cm structurele oriëntatie vast te 30 stellen, blijken een sterke isotrcpe oriëntatie in het (220)vlak te bezitten wanneer ze zijn afgezet uit een bekledingsbad dat een extract van regelmatige koffie bevat, terwijl foelies die bekleed zijn met een niet gefiltreerd bad dat instant koffie bevat, een willekeurige, grotendeels anisotrope oriëntatie in de (lil·) (200), (220) en (311) vlakken 35 bezitten. De anisotrope structuur draagt bij aan slechte fysische eigen- 8006113 c -6- schappen-treksterkte en rek- en heeft eveneens een nadelige invloed qp de thermische spanningseigenschappen van de afzetting.

De uitvinding "wordt aan de hand van de voorbeelden nader toegelicht.

5 Voorbeeld I: •Men bereidde 189 1 van elk van de volgende oplossingen:

A B C

CuSOj^HgO 120 g/l 120 g/l 120 g/l

IgSOj^ 210 g/l 210 g/l 210 g/l 10 chloride Uo mg/l Uo mg/l Ho mg/l

HgïO^ (85 vol.#) 8 g/l 8 g/l 8 g/l instant koffie 0,5 g/l --- 0,5 g/- extract van reg.gemalen koffie — 0,5 g/l--

Deze baden werden gebruikt voor het bekleden van 1,6 mm dikke, 15 stroomloos met koper beklede platen met gedrukte schakelingen, die gaten met een diameter van 0,8 mm bevatten, onder de volgende omstandigheden:

ABC

agitatie lacht lucht lucht 20 filtratie van de oplossing niet niet 2 cmkeringen van ' het vat per uur door 5 /um media temperatuur (°C) 26 26 26 stroomdichtheid (A/m^) 377 377 377 tijdsduur (min) U5 h-5 25 Na de bekleding werden delen van 12,7 x 25 ,H mm van de gaten be vattende , beklede platen uitgeponst en werd thermische spanning onderzocht door elk gedurende 10 seconden te laten drijven op gesmolten soldeer met een temperatuur van 288°C. Na afkoelen werd elk proefdeel gemonteerd, gepolijst en onderzocht met een metallograaf. De in oplossing A 30 beklede monsters vertoonden ernstige vorming van barsten in de hoeken terwijl die welke bekleed waren in oplossingen B en C, geen barstvoiming vertoonden.

Voorbeeld II:

Dezelfde oplossingen als in voorbeeld I werden gebruikt voor het 35 bekleden van 0,05 mm dikke koperfoelies op roestvrij stalen assen van 8006113 -7- 10 x 15 cm om de fysische eigenschappen te bepalen. Ha de bekleding werden de foelies van het substraat verwijderd en werden proefmonsters met een breedte van 12,7 mm en een lengte van 152 mm uitgesneden en in de bek van een Ihstron Pull Tester geplaatst. Onder toepassing van kruiskopsnelheid 5 van 5 mm/min en een meetlengte van 5 cm werden de monsters getrokken totdat ze braken. Uit de stress/strain-krcmmen werden de rek en de treksterkte berekend.

ABC rek (*) 12-15 20-25 20 - 23 10 treksterkte (bar) 3310-3516 2620-2827 2689-2096

Voorbeeld III:

Dezelfde oplossingen als gebruikt in voorbeeld I werden gebruikt voor het bekleden van koperfoelies voor het vaststellen van hun structuur. Onder toepassing van een Norelco goniometer met een gebied als diffracto-15 meter met een rontgenbuis met een door nikkel gefiltreerd koperdoel, werden verschillende oriëntatiepieken af getast. De uit oplossing A beklede foelie vertoonde een oriëntatie met willekeurige distributie over de (lil), (200), (220) en (3H) vlakken. De uit de oplossingen B en C beklede foelies vertoonden een zeer sterke oriëntatie in het voorkeurs-20 (220) vlak.

De bads amenstelling van voorbeeld IB, alsmede de badtemperatuur, stroomdichtheid en bekledingsduur vertegenwoordigen een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding. Het is echter duidelijk dat de hoeveelheid ingrediënten in het bad, de temperatuur, de strocmdichtheid en de 25 tijd binnen de eerder beschreven grenzen kunnen worden gevarieerd zander dat daarmede de uitvinding wordt verlaten.

80 0 6 1 1 3

Claims (3)

1. Werkwijze voor het electrolytisch "bekleden van voorwerpen met gedrukte schakelingen, in het "bijzonder platen met gedrukte schakelingen, en andere niet metallische substraten met een laag koper, dat gewenste rék- en treksterkteëigenschappen bezit, met het kenmerk, dat men 5 a) een bad bereidt dat tussen 70 en 150 g/l OuSOj^HgO en 175-300 g/1 HgSO^ bevat, waaraan tussen 0,1 en 1,0 g/l van een extract van regelmatige koffie wordt toegevoegd, en b) een laag koper electrolytisch afzet op het substraat uit het bad bij een stroamdi-chtheid tussen l6l en 6k6 A/m en een badtemperatuur 10 tussen 20 en 1*0°C.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het" bekle-dingsbad tevens tussen 1 en 10cm /1 H^FO^ en tussen 10 en 250 delen per millioen chlorideionen bevat.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de koffie 15 als een waterig concentraat van 15-20 g extract per liter wordt toegevoegd. 1*. Werkwijze voor het verbeteren van de k or reiver fijning van een electrolytisch bekledingsbad, dat 70-150 g/l CuSO^^HgO en 175-300 g/l HgSO^ bevat, met het kenmerk, dat men daaraan tussen 0,1 en 1,0 g/l 20 van een extract van regelmatige koffie toevoegt. 10 0 6 1 1 3