Problemet med platen-ut
Elektrofrie kobberbeleggsbad er designet for å avsette kobber selektivt på katalyserte arbeidsstykkeoverflater-vanligvis de aktiverte gjennom-hullene på trykte kretskort. Badet inneholder kobbersulfat, et reduksjonsmiddel (formaldehyd), kompleksdannende midler og stabilisatorer som hemmer avsetning på ikke-arbeidsstykkeoverflater.
Til tross for stabilisatorene, utvikler metalliske varmeovner i disse badene et kobberbelegg. Platen-ut begynner som en tynn film, går videre til et synlig kobberlag og danner til slutt et tykt, grovt avleiring. Det belagte kobberet reduserer varmeoverføringen, forbruker badekjemikalier, og -mest kritisk- gir en kilde til kobberpartikler som bryter løs og forårsaker defekter på arbeidsstykkene. Varmeren må fjernes og strippes med salpetersyre, en farlig operasjon som forkorter ovnens levetid.
PTFE varmevekslere belegger ikke kobber. Den ikke-ledende fluorpolymeroverflaten med lav-energi gir ingen katalytiske steder for initiering av strømløs kobberavsetning. Plate-ut er eliminert.
Den autokatalytiske initieringsmekanismen
Elektrofri kobberavsetning krever en katalytisk overflate for å starte. Det formaldehydreduksjonsmiddel dehydrogenerer på overflaten, og frigjør elektroner som reduserer kobberioner til metallisk kobber. Det nyavsatte kobberet er i seg selv katalytisk, og opprettholder reaksjonen.
Varmeoverflater i rustfritt stål og titan, selv om de ikke er så katalytiske som palladium (den tilsiktede arbeidsstykkekatalysatoren), er tilstrekkelig aktive til å sette i gang kobberavsetning. Metalloksidoverflaten har steder hvor formaldehyd kan dehydrogenere. Når noen få kobberkjerner dannes, katalyserer de ytterligere avsetning. Stabilisatorene i badet-adsorberer typisk cyanid, tiourea eller proprietære forbindelser- på metalloverflaten og hemmer denne initieringen, men inhiberingen er aldri fullstendig. Over tid kjernener og vokser kobber uunngåelig.
Den varme varmeoverflaten forverrer problemet. Den forhøyede temperaturen ved rørveggen akselererer den kjemiske kinetikken. Temperaturen driver også bort oppløst oksygen, som normalt bidrar til å passivere metalloverflaten mot avsetning. Kombinasjonen av katalytisk overflate, forhøyet temperatur og utarmet oksygen skaper ideelle forhold for initiering av plate-ut.
| Plate-Out-parameter | Varmeapparat i rustfritt stål | Titanium varmeapparat | PTFE varmeveksler |
|---|---|---|---|
| Overflatekatalytisk aktivitet | Moderat | Lav-Moderat | Ingen (ikke-ledende) |
| Plate-starttid (kontinuerlig drift) | 2-6 uker | 4-12 uker | Forekommer ikke |
| Kobberavsetningstykkelse etter 12 uker (μm) | 50-200 | 20-100 | 0 |
| Rengjøringsmetode | Salpetersyrestrimmel (farlig) | Salpetersyrestrimmel | Ikke nødvendig |
| Påvirkning av varmerens levetid av stripping | Reduserer levetiden med 20-40 % per stripe | Reduserer levetiden med 15-30 % per stripe | N/A |
Den ikke-katalytiske PTFE-overflaten
PTFE er en elektrisk isolator med et båndgap som hindrer elektronoverføring. Det formaldehydreduksjonsmiddel kan ikke dehydrogenere på PTFE-overflaten fordi det ikke er noen elektroniske tilstander tilgjengelig for å akseptere elektronene. Starttrinnet for strømløs kobberavsetning er umulig.
Selv om kobberkjerner skulle dannes i bulkløsningen og drive til PTFE-overflaten, ville de ikke feste seg. Den lave overflateenergien til PTFE (18-20 mN/m) forhindrer sterk feste. Eventuelle løst sedimenterte partikler blir feid bort av normal badesirkulasjon.
PTFE-overflaten bruker ikke stabilisator. På metalliske overflater forbrukes stabilisator kontinuerlig ved adsorpsjon, og den lokale stabilisatorkonsentrasjonen på overflaten er utarmet. Denne uttømmingen skaper mikro-soner der avsetning kan starte. På PTFE er stabilisatorkonsentrasjonen ved overflaten den samme som i bulkbadet. Den fulle stabiliserende effekten av badkjemien er tilgjengelig på varmeoverflaten.
De operasjonelle og kvalitetsmessige fordelene
Eliminering av plate-fjerner behovet for periodisk salpetersyrestripping-en farlig operasjon som genererer giftige NOx-gasser, forbruker varmeapparatets levetid og skaper farlig avfall. PTFE-veksleren fungerer kontinuerlig uten rengjøringsavbrudd.
Eliminering av kobberpartikler som avgis fra belagte varmeoverflater reduserer defekter på arbeidsstykkene. Ved PCB-produksjon kan en enkelt kobberpartikkel som forårsaker en kortslutning mellom tilstøtende spor kassere et helt panel. Defektreduksjonen bidrar direkte til avlingsforbedring.
Sammendrag
Elektroløse kobberbad plater på metalliske varmeoverflater fordi metalloksidene gir katalytiske steder for formaldehyddehydrogenering, og initierer autokatalytisk kobberavsetning. PTFE varmevekslere hindrer plate-ut gjennom deres ikke-ledende, ikke-katalytiske overflate som ikke kan støtte initieringsreaksjonen. Overflaten med lav-energi forhindrer også adhesjon av eventuelle kobberpartikler som dannes i bulkløsningen. Eliminering av plate- fjerner behovet for farlig salpetersyrestripping og forbedrer arbeidsstykkets utbytte ved å eliminere en kilde til kobberpartikkeldefekter.
Teknisk støtte for PTFE-varmevekslerspesifikasjoner i strømløst kobber og andre autokatalytiske pletteringsbad er tilgjengelig ved innsending av badkjemi, driftstemperatur, gjeldende plate-utgangshastighet og strippingsprosedyredetaljer.
