Современное представление о металлизации диэлектрических материалов

СОДЕРЖАНИЕ

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ................................................................. 5

ОПРЕДЕЛЕНИЯ..................................................................................... 6

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ........................................................

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР…....….………………..............................

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ......................................................

2.1 Характеристика сырья, материалов и продукта................................

2.2 Методика проведения опыта...............................................................

2.3 Методика проведения анализа............................................................

2.4 Обработка результатов исследования................................................

2.5 Выбор и описание технологической схемы........................................

2.6 Технологический расчет.....................................................................

3. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ОХРАНА ТРУДА.....................

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………..

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………….

 

АННОТАЦИЯ

 

Металлизация диэлектрических материалов, прежде всего пластмасс и неорганических диэлектриков, широко распространена в различных областях промышленности. Ежегодно покрывают металлом сотни тысяч тонн пластмассовых изделий. Химическую металлизацию для обеспечения электропроводности поверхности используют в технологии печатных плат, без которых немыслимы современные радиоэлектронные устройства. Производство и продажа печатных плат в последние десятилетия стабильно растут. В настоящее время объем продажи печатных плат на Западе по разным оценкам составляет 5-7 млрд.долларов в год. До конца века прогнозируется дальнейший рост производства. Для сравнения - примерно такую же величину составляет объем продажи катализаторов. Годовые объемы производства печатных плат крупными предприятиями исчисляются миллионами единиц.

Существенную часть расходов на изготовление печатных плат составляют стоимость материалов и трудозатраты на металлизацию. Сокращение этих затрат - экономически весьма актуальная задача.

Основными стадиями процесса металлизации являются образование на поверхности диэлектрика участка электропроводящей фазы - зародыша фазы металла и рост этого участка за счет взаимодействия на его поверхности компонентов раствора. На различных стадиях палладиевой металлизации используются различные химические превращения. Проводятся они последовательным погружением в ряд ванн с неустойчивыми растворами, которые содержат драгоценные компоненты.

Актуальность научной части настоящей работы заключается в создании способа регулирования основных параметров реакции фотохимического синтеза центров электропроводящей фазы и последующим никелированием поверхности.

Физико-химия беспалладиевой металлизации коренным образом отличается от известной палладиевой, поэтому для создания технологии необходимо в первую очередь выявить те особенности металлизации, которые определяют сплошность и качество покрытия.С точки зрения фотохимии металлизация диэлектриков является представителем малоизученного класса.

Основная цель работы – разработка основ технологии металлизации диэлектриков без применения драгоценных металлов с операцией фотохимического меднения на основе фотолизасолей меди. Для этого были решеныследующие задачи:

-выяснить основные черты механизма фотохимического разложения неустойчивых солей, в основном - хлорида меди;

- определить возможность регулирования основных кинетических параметров фотохимической реакции:

- разработать методы получения медной пленки и дальнейшего никелевого покрытия;

- определить основные параметры технологии беспалладиевой металлизации, прежде всего операции фотохимического разложения слоя соли на поверхности диэлектрика;

Научная новизна. Полученные результаты существенно развивают представления о фотохимии реакций разложения, кинетике процессов зародышеобразования и роста участков превращения.

Практическая ценность способа беспалладиевой металлизации определяется тем фактом, что в производстве металлизованных изделий удается избавиться от необходимости использовать драгоценные металлы. Практическая ценность непосредственно настоящей работы заключается в систематическом изложении физико-химии основных технологических операций беспалладиевой металлизации, что необходимо для дальнейшего совершенствования технологии, расширения областей её применения, решения вопросов совместимости разработанных ранее для палладиевой технологии приемов, предварительных и последуюцих за металлизацией операций с новой технологией, определения требований к материалам.

Рассмотрены отечественные и зарубежные книги по металлизации пластмасс различными методами, периодические издания по электрохимии, проведен патентный поиск по данной теме в европейских, американских, японских и российских патентах, начиная с... года.

 

Экономический эффект на 1 м2 диэлектрического материала составляет около.... тенге.

 

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

 

Следующие рекомендации были применены к следующим курсовым работам:

ГОСТ 4165-78. Реактивы. Медь (II) серная кислота является 5-водной. Технические условия.

ГОСТ 1277-75. Реактивы. Серебро азотнокислое. Технические условия.

ГОСТ 4164-79. Реактивы. Медь (I) хлорид. Технические условия.

ГОСТ 12.3.008-75. Производство металлических и неметаллических неорганических покрытий.

ГОСТ 12.3.008-75 (2000). Нанесение покрытий. Общие требования безопасности.

ГОСТ 9.008-82. Покрытие. Условия.

ГОСТ 9.306-85. Покрытие. Символы.

ГОСТ 9.313-89. Пластмассовые покрытия.

ГОСТ 9.060-75. Ткани. Метод лабораторных испытаний устойчивости к микробиологическому разрушению.

ГОСТ 9.048-89. Равномерная коррозионная и антикоррозионная защита. Технические статьи. Метод лабораторного тестирования устойчивости к плесневым грибам.

ST RK ISO 20743-2012. Текстиль. Определение антибактериальной активности продуктов с антибактериальным действием.

 

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

 

Активация– процесс, в результате выполнения которого обрабатываемая поверхность диэлектрика приобретает каталитические свойства, обеспечивающие инициирование реакции химического восстановления металла.

Диэлектрик – вещество, плохо проводящее или совсем не проводящее электрический ток.

Обезжиривание – операция химической или электрохимической очистки поверхности металлических изделий от жировых пленок, окислов и других загрязнений, препятствующих растворению окислов металла.

Металлиза́ция — метод модификации свойств поверхности изделия путём нанесения на его поверхность слоя металла.

Меднение – процесс, позволяющий наносить на металл, а также другие материалы слой меди.

Никелирование – нанесение на поверхность изделий никелевого покрытия.

Травление – процесс, при котором часть металла удаляется с поверхности химическим способом.

Электропроводность – это способность проводника проводить электрический ток, то есть величина, обратная электрическому сопротивлению.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Металлизация диэлектрических материалов, прежде всего пластмасс и неорганических диэлектриков, широко распространена в различных областях промышленности. Ежегодно покрывают металлом сотни тысяч тонн пластмассовых изделий. Химическую металлизацию для обеспечения электропроводности поверхности используют в технологии печатных плат, без которых немыслимы современные радиоэлектронные устройства. Производство и продажа печатных плат в последние десятилетия стабильно растут. В настоящее время объем продажи печатных плат на Западе по разным оценкам составляет 5-7 млрд.долларов в год. До конца века прогнозируется дальнейший рост производства. Для сравнения - примерно такую же величину составляет объем продажи катализаторов. Годовые объемы производства печатных плат крупными предприятиями исчисляются миллионами единиц.

Существенную часть расходов на изготовление печатных плат составляют стоимость материалов и трудозатраты на металлизацию. Сокращение этих затрат - экономически весьма актуальная задача.

Металлизация непроводящих материалов позволяет получать изделия с совершенно новыми функциональными и декоративными свойствами. К традиционно подлежащим металлизации материалам относятся разнообразные полимеры (пластмассы), стекла, керамика, природные материалы и т.д.

Как будет показано ниже, металлизированная пластмасса стала чрезвычайно важным комбинированным материалом, как в быту, так и в промышленности. Но стоимость исходного полимера составляет только 20-30% от стоимости всего металлизированного изделия. Поэтому удешевление и повышение универсальности процесса металлизации логично приведет к снижению себестоимости продукта.

Таким образом, все вышесказанное обосновало выбор нами данной темы для исследования.

Основными стадиями процесса металлизации являются образование на поверхности диэлектрика участка электропроводящей фазы - зародыша фазы металла и рост этого участка за счет взаимодействия на его поверхности компонентов раствора. На различных стадиях палладиевой металлизации используются различные химические превращения. Проводятся они последовательным погружением в ряд ванн с неустойчивыми растворами, которые содержат драгоценные компоненты.

Актуальность научной части настоящей работы заключается в создании способа регулирования основных параметров реакции фотохимического синтеза центров электропроводящей фазы и последующим никелированием поверхности.

Физико-химиябеспалладиевой металлизации коренным образом отличается от известной палладиевой, поэтому для создания технологии необходимо в первую очередь выявить те особенности металлизации, которые определяют сплошность и качество покрытия.С точки зрения фотохимии металлизация диэлектриков является представителем малоизученного класса.

Цель работы – разработка основ технологии металлизации диэлектриков без применения драгоценных металлов с операцией фотохимического меднения на основе фотолизасолей меди.

Для достижения цели были решеныследующие задачи:

- выяснить основные черты механизма фотохимического разложения неустойчивых солей, в основном - хлорида меди;

- определить возможность регулирования основных кинетических параметров фотохимической реакции:

- разработать методы получения медной пленки и дальнейшего никелевого покрытия;

- определить основные параметры технологии беспалладиевой металлизации, прежде всего операции фотохимического разложения слоя соли на поверхности диэлектрика;

Научная новизна. Полученные результаты существенно развивают представления о фотохимии реакций разложения, кинетике процессов зародышеобразования и роста участков превращения.

Практическая ценность способа беспалладиевой металлизации определяется тем фактом, что в производстве металлизованных изделий удается избавиться от необходимости использовать драгоценные металлы. Практическая ценность непосредственно настоящей работы заключается в систематическом изложении физико-химии основных технологических операций беспалладиевой металлизации, что необходимо для дальнейшего совершенствования технологии, расширения областей её применения, решения вопросов совместимости разработанных ранее для палладиевой технологии приемов, предварительных и последуюцих за металлизацией операций с новой технологией, определения требований к материалам.

Экономический эффект на 1 м² диэлектрического материала составляет около.... тенге.

 

 

Литературный обзор

Современное представление о металлизации диэлектрических материалов

Металлизация непроводящих материалов позволяет получать изделия с совершенно новыми функциональными и декоративными свойствами. К традиционно подлежащим металлизации материалам относятся разнообразные полимеры (пластмассы), стекла, керамика, природные материалы и т.д.

Широкое распространение пластмасс обусловлено в первую очередь минимальной трудоемкостью создания деталей любой сложной формы и низкой стоимостью исходных материалов.

В основном пластмассы делятся на два типа: термореактивные и термопласты. Первый тип характеризуется более полной степенью полимеризации, в результате чего изделия из таких пластмасс не подвергаются деформации при воздействии повышенных температур и отличаются повышенной хрупкостью. Второй тип характеризуется пластичностью при нагревании и легко деформируется [1]. Кроме этого выделяют класс полимерных материалов - эластомеры (каучуки), применяемые в промышленности переработки пластмасс чаще всего как высокомолекулярные пластификаторы для снижения хрупкости стеклообразных или кристаллических полимеров.

К основным недостаткам пластмасс относится:

1. Низкая износоустойчивость;

2. Плохая теплопроводность;

3. Недостаточная устойчивость к воздействию света и растворителям;

4. Невозможность соединения деталей пайкой;

5. Отсутствие электропроводности (не считая новых "проводящих полимеров");

6. Выделение газообразных продуктов и постепенное старение;

Все вышеперечисленные недостатки устраняются после нанесения наповерхность пластмассовых деталей металлического покрытия. Для декоративных целей самым распространенным является трехслойное покрытие медь-никель-хром. Для обеспечения хорошей электропроводности - серебро. Для создания возможности пайки - олово [2].

На долю Европы и Северной Америки приходится примерно по 25% мирового производства и потребления пластмасс, в то время как на долю Азии (исключая Японию) приходится 30%. При подсчете на душу населения (на 2005 г.), это составляет по 100 кг на человека в Европе и Северной Америке, по 20 кг в Азии, и по 30 кг в среднем в мировом масштабе в год. Эти цифры продолжают расти во всех отраслях. Повсеместно используется около 40 видов пластмасс и этот список постоянно растет (таблица 1). Так, производители автомобилей вводят в эксплуатацию, по крайней мере, одну новую пластмассовую подложку в год. Существует общая тенденция расширения использования материалов с низкой энергией поверхности (PP, PE, TPO и т. д.), поскольку они сочетают низкозатратность с хорошими механическими свойствами, контролируемой эластичностью и высокой долговечностью. К сожалению, эти ценные свойства сочетаются с трудностями получения хорошей адгезии покрытия [3].

 

Таблица 1 - Стандартные сокращения для обозначения некоторых распространенных пластмасс

 

Сокраще- ние	Расшифровка	Сокраще-ние	Расшифровка
ABS	акрилонитрил-бутадиен-стирол	POM	Полиоксиметилен
ASA	акрилонитрил-стирол-акрилат	PP	Полипропилен
HDPE	полиэтиленвысокойплотности	PPE	Полифениленэфир
PA	полиамид (нейлон)	PS	Полистирол
PBT	полибутилентерефталат	PUR	Полиуретан
PC/PBT	смесьполикарбоната и полибутилентерефталата	PVC	Поливинилхлорид
PC	Поликарбонат	SBS	стирол-бутадиен-стирол блок сополимер
PE	Полиэтилен	SMA	сополимер стирола и малеинового ангидрида
PET	полиэтилентерефталат	TPO (TPE-O)	термопластичный олефин (смесь эластомера с полипропиленом)
PF	Фенолформальдегид	UF	Мочевиноформальдегиднаясмола
PMMA	Полиметилметакрилат	UP	ненасыщенныйполиэфир

 

Областями применения металлизированных пластиков в быту являются:

1. Внешняя отделка элементов бытовой техники;

2. Внешняя и внутренняя отделка деталей автомобилей;

3. Водопроводная арматура;

4. Корпуса часов;

5. Изделия широкого потребления (авторучки, столовые приборы, игрушки, фурнитура);

6. И т.д.

В приборостроении металлизации подвергаются:

1. Детали, служащие электрическими и магнитными экранами

2. Токонесущие элементы конструкций

3. Волноводы.

4. Печатные платы [1,4-8]

5. Формы для гальванопластики [9,10]

6. И т.д.

 

Нанести гальванопокрытие можно практически на любой диэлектрик. Но при этом необходимо, чтобы:

1. Наносимое покрытие имело достаточно прочное сцепление с основой;

2. Диэлектрик и покрытие обладали определенными физико-механическими свойствами, обусловливающими их совместное применение;

3. Диэлектрик имел такие химические свойства, которые позволяли бы его легко обрабатывать в приемлемых растворах и оборудовании;

4. Применяемые материалы были доступны, а технологический процесс нанесения покрытий - экономически эффективным;

Однако соответствует этим требованиям весьма ограниченная номенклатура диэлектриков. Фактически, для получения защитно-декоративных покрытий используют только модифицированные пластмассы, т.е. специально изготовленные для этих целей.

Из таких пластмасс наибольшее практическое применение получили АБС (ABS) пластики (их доля в общем потреблении составляет почти 90%). Они представляют собой сополимер акрилонитрила, стирола и бутадиена (каучука). Расширяется область применения полипропилена ПП (РР). Он имеет высокие механические и химические показатели и состоит из аморфной и кристаллической фаз. По сравнению с пластиками АБС у полипропилена более низкие водопоглощаемость и стоимость и большие стойкость к атмосферным воздействиям, термостойкость и прочность сцепления с металлом. Из других пластмасс, нашедших применение в практике нанесения гальванопокрытий, можно отметить полисульфон и поликарбонат. Они позволяют получать довольно высокую прочность сцепления. Благодаря повышенной теплостойкости и ударной вязкости их применяют преимущественно для изготовления деталей специального назначения.

Гальванические покрытия наносят также на полифениленоксид. По сравнению с известными пластмассами он имеет самый низкий КТР, высокую термостойкость и стойкость к перепаду температуры. Но он применяется только в особых случаях.

Представляет интерес и полистирол. По своей структуре и свойствам он очень близок к пластмассам типа АБС, но широкого практического применения не получил из-за недостаточного сцепления покрытия с основой. Его применение возможно к деталям, к которым не предъявляются высокие требования по термостойкости и механическим свойствам.

Для специальных целей покрытия наносят на полиэтилен, полиамиды (в том числе нейлон), полиэфиры, полиацетали, полиакрилаты, эпоксидные компаунды, поливинилхлорид, полиуретан, карболиты, фенолформальдегидные и эпоксидные стеклопластики, гетинакс.

Следует отметить, что номенклатура диэлектрических материалов, применяемых для нанесения на них металлопокрытий, непрерывно расширяется [8].

Металлизация керамических материалов позволяет осуществить в одном изделии сочетание проводника с изолятором, увеличить прочность керамических изделий, получить новые оптические свойства или придать большую декоративность изделию.