Способ локального нанесения металлических покрытий

 

Сущность изобретения: нанесение локальных металлических покрытий осуществляют электрохимическим осаждением металла из раствора его соли при воздействии на покрываемую подложку фокусированным потоком энергии интенсивностью 3-Ю6 - 1П8 Вт/см2. 1 ил о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з С 25 D 5/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М А ВТОРСМОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф»

° »

ЪФ

ГОСУДАРСТВ Е Н Н ОЕ ПАТЕ НТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4879510/26 (22) 01.11.90 (46) 07.06.93. Бюл. И 21 (71) птделение Института химической физики AH СССР (72) В,А.Бендерский, И.О.ЕФимов, А.Г.Кривенко и В,A.Êóðìàý (56) Гальванотехника. Справочник под редакцией Гинберга А.И. и др.

И.: Машиностроение, 1987, с. 530, Патент СИЛ Р 4217183, кл. 204-15, опубл. 1980.

Изобретение относится к электрохимическим способам получения локального металлического покрытия на токопроводящих подложках.

Известен способ локального нанесения покрытий путем химического осаждения металла из раствора его соли с использованием маски, которая после осаждения удаляется.

Недостатками этого способа являютсл многостадийность и малая скорость осаждения.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ получения безмасочного локального покрытия на токопроводящей подложке путем электрохимического осаждения металла из раствора его соли при воздействии на подложку кон« центрированных потоков энергии с интенсивностью 10 -106 Вт/см, Возникающий при этом нагрев электрода приводит к ускорению химической реакции, ЫЛ,, 1819914 А1 (54) СПОСпБ ЛОКАЛЬНОГО НАНЕСЕНИЯ ИЕтАлличгских покРцтий (57) Сущность изобретения: нанесение локальных металлических покрытий осуществляют электрохимическим осаждением металла из раствора его соли при воздействии на покрываемую подложку Фокусированным потоком энергии интенсивностью 3 10 - 10 Вт/см .

1 ил. что обусловлено ее аррениусовской за- . висимостью от температуры„

Недостатками предложенного способа являются: невозможность ускорить процесс катодной поляризацией подложки без снижения контрастности (под контрастностью мы понимаем отношение толщины осалка в облучаемой области к толщине осадка в необлучаемой области), т.к, ускорение электрохимической реакции нагревом снижается при снижении энергии активации реакции катодной поляризацией; это ограничение делает невозможным осаждение сплавов метал лов, если отдельные компоненты сплава имеют различающиеся потенциалы восстановления, для достижения высоких нагревов при указанной интенсивности необходимо использовать лостаточно длительное воздействие энергетическими импульсами (t 10 с), что приводит к снижению разрешающей способности ме1819914

3 торя (минимального размера осадка) вследствие расширения зоны нагрева за счет теплопроводности, Поэтому длл получения осадков на токопррводящих полложках с минимальными размерами (порядка диаметра воздействующего на полложку энергетического потока) необходимо использовать лишь подложки с толщиной меньше диаметра данного потока, для получения осадков на гладких подложках с низкой адгезией необходимо использовать растворы. сложного состава, которые содержат компоненты, повышающие адгезию всей поверхности, что снижает селективность метода, невозможность получения покрытия на металлической подложке любой хими- 20 ческой природы, а лишь на металле, катализирующем реакцию химического осаждения металлсодержащего покрытия, невозможность получения металлсо° держащего покрытия любой химической 25 природы - химически осаждается только относительно небольшое число металлсодержащих покрытий, в основном это Мх-, Со- и . Cu -содержащие покрытия, т.е, те, которые подвержены ав- 0 токаталитическому действию восстановителей (гипофосфит, борогидрид, фор- малъдегид, диметиламинборан, гидразин, глюкоза и др.) ° необходимость сложной, часто многостадийной подготовки поверхности перед химическим осаждением (напр., попеременные стадии травления-активации при химическом осаждении НхР на А1) .

Цель изобретения -,интенсификация процесса получения локального металл-; содержащего покрытия с одновремен-. ным повышением его разрешающей спо собности, увеличение числа пригодных 4r .для осажденил подложек и металлсо- . . держащих- покрытий заданного состава.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения локального металлсодержащего покРытия при воздействии на подложки, помещенные в раствор соответствующей соли металла, используют концентрированные потоки энергии наносекундного диапазо" на длительности с интенсивностью от

106 до 108 Вт/смз в,условиях электролиза металлаодержащих компонент раствора, причем токопроводящая подложка одновременно является катодом, Сущность изобретения состоит в следующем: поверхность подложки после облучения с указанной интенсивностью и рлительностью нагревается до 1Оз К и остывает за время " 20 мкс, Неравномерный нагрев приводит к появлению пластических деформаций в образце, что ускоряет в 1Оз раз протекание электрохимической реакции за счет снижения,ее энергии активации в течение 1 мс после окончания импульса энергетического воздействия.

Увеличение плотности дислокаций в материале подложки и превышение s

- 50 раз времени сохранения активности электрода, по сравнению со временем остывания, свидетельствует о нетеплов6м характере, активации и позволяет устранить вышеуказанные недостатки прототипа, т.е, становится возможным ускорение процесса катодной поляризацией без снижения контрастности и осаждение сплавов, от.дельные компоненты которых имеют различающиеся потенциалы восстановления. Ускорение процесса вследствие пластической деформации подложки наблюдается только в пределах зоны энергетического воздействия и не зависит .от толщины подложки. При этом происходит локальное повышение адгезии подложки, поэтому в состав электролита нет необходимости включать компоненты, повышающие адгезию всей поверхности.

Выбор нижнего предела интенсив. ности обусловлен. тем, что пластические деформации в подложке возникают лишь когда послерняя превысит

106 Вт/см2. При интенсивности

0 10 Вт/смз начинается разрушение подложки вследствие кавитации в пристеночнь<х слоях жидкости и испарения материала подложки.

Для получения осадков с высокой контрастностью подложка должна иметь малую адгезию к осажлаемому покрытию.

Для получения локального металлсодержащего покрытия следует использовать растворы солей, содержащих осаждаемый металл, причем - компонен- . ты покрытия должны осаждаться при более положительных потенциалах, чем потенциал электрохимической деструкции растворителя (напр., выделения водорода при использовании водных ра- створов солей) - иначе снижается выход по току основного процесса, его I

819914 6 раствора, содержащего 0,2 M (:цБО +

+ 1 н 2504 при потенциале

-1,2 R. Интенсивность излучения

8 К10 6 RT/см2. Импульс каторного тока соответствовал плотности тока

1 А/см2, длительность 0,1 ис.

Осадок меди в виде фигуры, имеющей форму траектории движения луча, полу10 чали в течение 10 мин. Ширина дорожг ки осаждения m10 см, Без применения катодной поляризации осаждение мери на указанные в

1 примерах 1 и 2 подложки невозможно, 15. а при потенциалах Е >-1 В (кремниевая порложка) и F.) - 1,2 В (медная порложка) процесс идет с малой скоростью. При интенсивности менее

10 Вт/см2 термодеформация подложек б не происходит и осаждение становится невозможным по причине низкой адгезии подложки. Тот факт, что ширина дорожки осаждения практически совпадает с диаметром лазерного луча, свидетельствует.о достижении контрастности, близкой к максимальной.

5 1 скорость и ухуршается качество покрытия.

Изобретение осуществляют следующим образом (см. чертеж), Рабочий электрод 2, выполняющий функции токопроводящей порложки рля осаждения, припаян к токоввору 1 и помещен в электрохимическую ячейку 3, заполненную электролитом 4, в.состав которого входят осаждаемые компоненты (соли осаждаемого металла). Рабочий электрод поляризуют с помощью потенциостата 7 по трехэлектродной схеме, включающей вспомогательный электрод

5 и эректрод сравнения б, Подложку 2 облучают лазером 11, луч которого сфокусирован линзой 10. В случае необходимости сканирование луча осуществляют. путем рвижения зеркала 12.

Соединенное с осью электродвигателя направляющее зеркало 12 вращается таким образом, чтобы луч описывал фи гуру заранной траектории. Ток рабочего электрода регистрируют с помощью измерителя тока 8 на осциллографе 9. При катодной поляризации на рабочем электроде осаждаетея металл из раствора. с

Пример 1. В качестве подложки используют монокристалЛический кремний марки 1А 2ВДБ10, толщиной

340 мкм. Ячейку заполняют раствором

0,2 И CuS04 + 1 н..Н $04 . Луч неоримового лазера ЛТИ ПЧ-7 (11 гармоника 530 нм, длительность импульса

15 нс, частота следования 12,5 Гц) фокусируют в пятно диаметром 2х10 см на рабочий электрор, чем достигается интенсивность излучения на порложку

5х10 Вт/см2. При потенциале Е -1 В (относительно насыщенного каломелького электрора) после лазерного нагрева на осциллографе фиксировали импульс катодного тока, соответствующий плотности тока i " 1 Л/см, длительностью 0,2 мс. Осадок меди а виде фигуры, имеющей форму траектории движения луча, получают при обработке в течение 3 мин. Ширина дорожки осаждения равна диаметру лазерного луча, т.е. 10 см. Осаждение металла на неосвещаемой поверхности не происходит, несмотря на значитель ное катодное перенапряжение.

Пример .2. В качестве nop"" ложки использована пластина (2 мм) сплава А1-ИВ. Рсаждение ведут по ме-I торике, аналогичной примеру 1, из

Пример 3. В качестве подложки использована мерь, предвариЗ0 тельно нанесенная электролитически на пластину из А1"Ng - сплава.

Осажрение сплава Ni-Р ведут по методике примера 1 при потенциале

-0,6 В из раствора (ГОСТ Р 9.047-75), З5 содержащего, t/ë:

NiSO4 или .NiC1 кб Н О 20-25 аН2 02хН2О 10-25

40 ИН4С1 30-35

Цитрат натрия трехзамещенныи 35-55 (1=25+0,5 С, рН 7,5-9,0, корректировка 0,1 И раствором 1ЧаОН). Интенсив45 ность излучения 10 Вт/см „ Импульс т тока соответствовал плотности тока

1. 0,5 А/см2, длительность 0,1 мс„

Осадок Ni-P в вире фигуры, имеющей форму траектории движения луча, полу50 чали в течение 40 мин. Ширина дорожки осаждения равна диаметру лазерного луча, т„е. 10 см, Данные рентгеновского микроанализа свидетельствуют о наличии в осадке -3-7 Р, что

55 соответствует ГОСТУ.

Из данного примера следуют те же выводы, что и из примеров l и 2. Кроме того, соответствие сорержания фос1819914

Составитель В.Бендерский

Редактор Т,Никольская Техред М.Моргентал Корректор П. Гереши

Заказ 2007 . Тирак . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР.

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101/

7 фора в покрытии ГОСТУ 9.047-75 свидетельствует о воэможности получения таким способом осадков заданного состава, 5

Таким образом, предлагаемый способ позволяет интенсифицировать процесс получения локального металлсо . лержащего покрытия заданного состава . 1О с одновременным повышением его разрешающей способности, расширить круг используемых полложек и осаждаемых мсталлсодержащих покрытий.

15 формула изобретения

Способ локального нанесения ме ,таллических покрытий, включающий электрохимическое осаждение металла из раствора его соЛи при воздействии на покрываемую подложку фокусированным потоком энергии, о т л и ч а ю щ и йс я тем,. что, с целью интенсифика» ! ции процесса,.повышения разрешающей способности, расширения типа используемых подложек и ролучаемых покрытий,: на подложку воздействуют фокусированным потоком энергии интенсивностью

3 10 -10 Вт/см .