Влияние метансульфонового электролита на электроосаждения сплава олово-свинец | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 5 февраля, печатный экземпляр отправим 9 февраля.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Химия

Опубликовано в Молодой учёный №4 (346) январь 2021 г.

Дата публикации: 25.01.2021

Статья просмотрена: 15 раз

Библиографическое описание:

Ивчин, Д. С. Влияние метансульфонового электролита на электроосаждения сплава олово-свинец / Д. С. Ивчин, Т. С. Фомин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 4 (346). — С. 79-81. — URL: https://moluch.ru/archive/346/77979/ (дата обращения: 26.01.2022).



В статье авторы исследовали влияние метансульфонового электролита на электроосаждения сплава олово-свинец.

Ключевые слова: электроосаждение, метансульфоновый электролит, олово-свинец, сплав.

В настоящее время в связи с высоким темпом роста научно- технического прогресса, активного использования радиоэлектронной аппаратуры и различной техники во всяческих областях жизни, покрытия электролитическими сплавами приобретают все большее значение и представляет собой предмет особого интереса.

При производстве печатных плат, диодов и транзисторов, интегральных схем, арматуры приборов и кабелей, вывода кабелей по технологии «Reel-to-Reel» в электронной и радиотехнической промышленности основными покрытиями являются покрытия сплавами олова и, прежде всего, сплавы олово-свинец и олово-висмут. Покрытия сплавами олова в отличие от покрытий чистым оловом не склонны к аллотропическому переходу и иглообразованию, наносятся на печатные платы электролитически для улучшения пайки элементов или в качестве металлорезиста при травлении. По сравнению с другими металлами, применяемыми для замены золота и серебра, сплавы олова обладают следующими достоинствами: хорошей способностью к пайке, в том числе и после длительного хранения, относительно высокой электропроводностью, такой же как у металлов группы платины, сравнительно небольшой себестоимостью, низким контактным сопротивлением. При использовании блестящих покрытий взамен матовых увеличивается и коррозионная стойкость, а также скорость осаждения. Кроме того, уменьшается количество брака и исключаются некоторые финишные операции, такие как оплавление, окраска и так далее.

Немаловажной задачей также является подбор электролита, который должен являться высокоэффективным, ресурсосберегающих и экологически безопасным.

Для печатных плат важным аспектом является катодная плотность тока, которая не должна превышать 8 А/дм 2 . Для печатных плат также важной составляющей является хорошая рассеивающая способность, которая характеризуется высокой полярезуемостью катода.

При электроосаждении сплавов применяют аноды из термического сплава (оловянные, например: бронза, латунь), а также из входящих в состав слава отдельных металлов с раздельной или общей подводкой тока к ним. В случае использования анодов из одного металла убыль ионов второго металла компенсируется добавлением в электролит его соли [1].

Для определения требуемой длительности процесса, что необходимо для получения качественной толщины покрытия, и для вычисления осажденного металла широко используется закон Фарадея.

Закон Фарадея: m=(Q/F)*(A/z),

где m — это масса осажденного на электроде металла (в граммах), Q — полный электрический заряд, прошедший по цепи (в кулонах), и А — атомная масса иона металла, z — число электронов, F — постоянная Фарадея. При постоянном токе Q = It, где I — сила тока, а t — время.

Мы использовали модель электролита АК-2MS, и для ее работы нами был использован модуль поддержки приложений BASIC 4.5 на платформе DOSBox 0.74 в среде Windows 10. Это позволило нам запускать программы АК-2MS и полностью эмитировать процесс электроосаждения сплава с последующим выводом на экран компьютера толщины осадка на медной подложке в 3D-виде, имитацию размера зерна кристаллических блоков, выход сплава по току, % свинца в сплаве, толщину покрытия в мкм, и поскольку мы задавали время электролиза, мы имели возможность получать и время осаждения 1 мкм покрытия.

Вычислительный процесс осуществлялся с использованием линейных уравнений регрессии, связывающих %Pb и выход сплава по току с независимыми переменными, которыми являлись катодная плотность тока, концентрация соли олова и концентрация соли свинца в электролите. Размер кристаллических блоков определялся на основе электронно- микроскопических исследований и был связан в программе с соотношением концентраций Синтанола АЛМ-10 и блескобразующей добавки АК-2 [2].

Из метансульфоновых электролитов возможно электроосаждение матовых, полублестящих и блестящих покрытий сплавом олово-свинец, обладающих хорошей оплавляемостью, паяемостью и высокой коррозионной стойкостью в широком диапазоне плотностей тока. Электролит также характеризуется высокой рассеивающей способностью. Для получения блестящих покрытий вводят в электролит специальную блескообразующую композицию и ПАВ [3].

Изучая метансульфоновый электролит для электроосаждения сплава олово-свинец, был найден оптимальный состав данного электролита.

Состав электролита АК-2МС:

Sn 2+ — 30 г/л

Pb 2+ — 18 г/л

C𝐻3S𝑂3H – 225 г/л (свободной метансульфоновой кислоты)

Синтанол АЛМ-10–15 г/л

АК-2–30 мл/л (блескообразующая добавка)

Режим электролиза: температура электролита 20–35°С, i к = 6 А/дм 2 , время осаждения 5 минут.

Полученные данные изменения плотности тока в работе виртуальной модели электролита АК-2МС приведены в таблице 1.

Таблица 1

𝑖 к

ВТ, %

%Pb

Толщина покрытия, мкм

2 А/дм 2

77,425

46,11

4,035

4 А/дм 2

66,675

42,74

6,924

6 А/дм 2

55,925

39,36

8,681

8 А/дм 2

45,175

35,98

9,318

10 А/дм 2

34,425

32,61

8,847

12 А/дм 2

23,675

29,24

7,277

14 А/дм 2

12,925

25,862

4,621

Зависимость % Pb от катодной плотности тока, А/дм2

Рис.1. Зависимость % Pb от катодной плотности тока, А/дм 2

Зависимость выхода по току (%) от катодной плотности тока, А/дм2

Рис.2 Зависимость выхода по току (%) от катодной плотности тока, А/дм 2

Блестящие покрытия получаются при катодных плотностях тока от 2 А/дм 2 до 6 А/дм 2 , а при дальнейшем повышении катодной плотности тока покрытие получается матовым, что значительно ухудшает покрытие.

При плотности тока в 6 А/дм 2 выходит оптимальный процент свинца — 39 %, выход по току составляет 55,925 %, а толщина равна 8,682 мкм. Следовательно, наилучшей катодной плотностью тока являются значения от 2 до 6 А/дм 2 .

Сплав олово-свинец является чрезвычайно токсичным и ядовитым для человека, но его применение хорошо подходит для покрытия микроплат из-за своей низкой температуры плавления.

Литература:

  1. Н. Г. Бахчисарайцьян, Ю. В. Борисоглебский, Г. К. Буркат и др.; Под ред. В. Н. Варыпаева, В. Н. Кудрявцева Практикум по прикладной электрохимии: Учеб. Пособие для вузов/— 3-е изд., перераб.— Л.: Химия, 1990. — 304 с.
  2. Попов А. Н. Логические исследования блескообразующих композиций// Защита металлов № 5, 1993, т.29, с.773–781
  3. Гребенчиков Р. В., Попов А. Н., Колесников В. А., Угрюмова Е. С. Исследование электроосаждения блестящих покрытий сплавом олово-висмут для процессов производства печатных плат по субтрактивной технологии// Гальванотехника и обработка поверхности. 2017. Том 25, № 1. С.55–59.
Основные термины (генерируются автоматически): катодная плотность тока, покрытие, электролит, BASIC, время осаждения, выход сплава, плотность тока, покрытие сплавами, сплав, электроосаждение сплава.


Ключевые слова

сплав, электроосаждение, метансульфоновый электролит, олово-свинец
Задать вопрос