Боевые дроны, военные дроны

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ И
ОКРАСКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ

5.1. Необходимо применять
системы ЛКМ, включающие однородные материалы для подготовки поверхности
(шпатлевки, пропитки, грунтовки) и окраски (эмали, краски, декоративной
штукатурки и фактурные составы).

5.2. Материалы, применяемые
для подготовки и окраски поверхностей, должны иметь гигиенические заключения и
сертификаты соответствия (систем ГОСТ Р или МСС), гарантирующие стабильность
технических характеристик, заявленных в нормативной документации на материалы.

5.3. В данном разделе
рассматриваются типовые системы ЛКМ, предназначенные для окончательной
подготовки и финишной окраски поверхностей строительных конструкций.

5.4. Системы ЛКМ
подразделяются на материалы для наружных, внутренних отделочных работ и
универсальные, водные и органорастворимые. Тип системы определяется связующим
(акриловые, акрил-стирольные, плиолитовые, силикатные, силиконовые и т.п.).

5.5. Системы ЛКМ содержат
комплекс материалов, включающие:

– пропиточные составы;

– выравнивающие шпатлевочные
составы;

– грунтовки;

– финишные окрасочные
материалы.

5.5.1. Пропиточные составы.

5.5.1,а. Пропиточные составы
предназначаются для:

– упрочнения рыхлых слоев
поверхности путем ее пропитки, связывания солей, образующихся в основании-подложке,
при этом поры остаются открытыми;

– выравнивания сильно и
неравномерно впитывающих оснований;

– уменьшения впитывающей
способности и повышения адгезии финишных слоев.

5.5.1,б. Пропиточные составы
представляют собой низковязкие растворы смол или дисперсий с включением
различных добавок.

5.5.1,в. Технические
требования к пропиточным составам нормируют следующие показатели1:

– условная вязкость по
ВЗ-246 (диаметр сопла 4 мм), сек – 12 – 25;

– массовая доля нелетучих, %
– 8 – 14;

– время высыхания, ч – 1 –
20.

1 Числовые значения характеристик даны ориентировочно.

5.5.2. Шпатлевочные составы.

5.5.2,а. Шпатлевочные
составы предназначаются для заполнения мелких пор, раковин, выравнивания
поверхности, для заполнения мест примыкания поверхностей строительных
конструкций (стыков, швов, листов сухой гипсовой штукатурки и т.д.).

5.5.2,б. Шпатлевочные
составы представляют собой однородные пастообразные массы, состоящие из
наполнителей, целевых добавок и связующих (синтетических смол или водных
дисперсий) или тонкодисперсные сухие смеси.

5.5.2,в. Шпатлевочные
составы поставляются на объекты готовыми к применению или в виде расфасованной
в бумажные мешки сухой мелкодисперсной смеси, затворяемой на строительном
объекте водой при перемешивании.

Шпатлевочные составы по
функциональному назначению подразделяются на применяемые для внутренних работ и
для наружных работ.

Сухие шпатлевочные составы
по виду вяжущего подразделяются на цементные (на основе цемента – ГОСТ 965-89;
ГОСТ 10178-85),
гипсовые (на основе гипса – ГОСТ 125-79).

Материалы, применяемые для
приготовления сухих шпатлевочных составов, должны отвечать требованиям
соответствующих стандартов и технических условий.

При приготовлении сухих
шпатлевочных составов применяются следующие материалы:

– цементы – ГОСТ –
10178-85;

– гипс – ГОСТ 125-79*;

– минеральные заполнители –
песок строительный с размером частиц (степенью дисперсности) не более 0,2 мм – ГОСТ
8736-93;

– модифицирующие добавки в
различных комбинациях, обеспечивающие удобоукладываемость, прочность сцепления
с основанием, трещиностойкость и другие характеристики рабочей смеси и
затвердевшего материала покрытия.

Шпатлевочные составы должны
отвечать следующим требованиям:

– внешний вид – шпатлевка
должна быть однородной, со степенью дисперсности не более 0,2 мм,
высококачественная финишная шпатлевка – не более 0,1 мм;

– консистенция – подвижность
по погружению стандартного конуса должна быть 7 – 10 см;

– шпатлевки не должны
стекать с вертикальной поверхности;

– удобонаносимость –
шпатлевка должна легко наноситься, не свертываться и не тянуться за шпателем;

– усадка – на слое шпатлевки
проектной толщины, нанесенном на бетонную поверхность, после высыхания не
должны появляться усадочные трещины;

– шлифуемость – после
высыхания шпатлевка должна легко шлифоваться мелкозернистой наждачной бумагой.

Готовые к применению
шпатлевочные составы должны отвечать следующим требованиям (см. табл. № 3):

Таблица № 3

Физико-механические
показатели сухих шпатлевочных смесей, рабочей (свежеприготовленной) смеси и
затвердевшего раствора должны отвечать требованиям, приведенным в табл. № 4.

Таблица № 4

5.5.2,г. Шпатлевочные
составы наносят на обработанные пропитками поверхности тонким слоем при помощи
шпателя или механизированно. При необходимости возможно нанесение второго слоя.
После высыхания поверхности обрабатываются наждачной бумагой и обеспыливаются.
Толщина шпатлевочного слоя – 1 – 5 мм.

5.5.3. Грунтовочные составы.

5.5.3,а. Грунтовочные
составы предназначаются для пропитки и связывания поверхностных слоев
основания, эгализации (выравнивания) впитывающей способности поверхности,
обеспечивания адгезии и сокращения расходов финишных покрытий.

5.5.3,б. Грунтовочные
составы представляют собой суспензии пигментов наполнителей целевых добавок в
растворе синтетических связующих или водных дисперсий полимеров.

5.5.3,г. Грунтовочные
составы поступают на объекты готовыми к применению или готовятся
непосредственно на строительном объекте путем разбавления финишной краски
растворителем или водой.

5.5.3,д. Технические
требования к грунтовочным составам нормируют следующие показатели2:

– условная вязкость по
ВЗ-246 (диаметр сопла 4 мм), сек – 20 – 50;

– массовая доля нелетучих, %
– 30 – 50;

– время высыхания, ч – 1 –
24;

– водо- и щелочестойкость, ч
– 24;

– адгезия к основанию, МПа –
не менее 0,3.

2 Числовые значения характеристик даны ориентировочно.

5.5.4. Финишные отделочные
материалы.

5.5.4,а. Краски
водно-дисперсионные.

Краски водно-дисперсионные
различных цветов представляют собой суспензии пигментов, наполнителей в водные
дисперсии или эмульсии синтетических полимеров с добавлением различных
вспомогательных веществ и предназначаются для наружных и внутренних отделочных
работ.

Краски водно-дисперсионные в
зависимости от типа связующего разделяются на следующие основные типы:

– водно-дисперсионные
акриловые краски (на основе эмульсий акриловых или стиролакриловых сополимеров)
предназначены для окрашивания бетонных, железобетонных, оштукатуренных,
асбесто-цементных, кирпичных поверхностей, гипсокартонных листов; краски
отличаются высокими физико-механическими свойствами и долговечностью;
предназначаются для отделки фасадов и интерьеров;

– силикатные краски (на
основе жидкого калийного стекла или жидкого калийного стекла, модифицированного
водными эмульсиями акриловых сополимеров), отличаются повышенной
паропроницаемостью, высокой декоративностью и светостойкостью, предназначаются
преимущественно для окрашивания фасадных поверхностей при
ремонтно-реставрационных работах;

– силан-силоксановые,
силиконовые краски на основе водоразбавляемых силоксановых, силан-силоксановых,
силиконовых водоразбавляемых смол или на основе акриловых сополимерных водных
эмульсий, модифицированных силан-силаксановыми или силиконовыми смолами,
отличаются повышенной паропроницаемостью, водостойкостью и пониженным
грязеудержанием, применяются преимущественно для окраски бетонных,
железобетонных, оштукатуренных и кирпичных поверхностей фасадов при
ремонтно-восстановительных работах;

– краски на основе
гомополимерной или модифицированной поливинилацетатной дисперсии применяются
преимущественно для отделки интерьеров;

– водно-дисперсионные краски
для внутренних работ в зависимости от состава подразделяются на краски для
отделки потолков, для отделки интерьеров (стен и потолков) с нормальным
температурно-влажностным режимом, для помещений с повышенной влажностью (кухни,
ванные комнаты) и для поверхностей, подлежащих частому мытью (палаты больниц);

Выбор финишного покрытия для
фасадных работ определяется видом поверхности и требованиями к эксплуатационным
характеристикам финишного покрытия.

В табл. № 5 и № 6 представлены технические требования к
водно-дисперсионным краскам, предназначенным для отделки интерьеров и фасадов.

Таблица № 5

Таблица № 6

5.5.4,б. Органо-растворимые
краски.

Органо-растворимые краски
представляют собой суспензии пигментов, наполнителей и технологических добавок
в растворе синтетических смол.

Краски акриловые

Акриловые краски
представляют собой суспензии пигментов и наполнителей в растворе акриловых
сополимеров с добавлением пластификаторов и добавок.

Акриловые краски
предназначаются для защитной и декоративной отделки бетонных, кирпичных и
оштукатуренных поверхностей фасадов жилых домов, школ, детских садов и других
объектов в заводских и построечных условиях.

Краски акриловые выпускаются
централизованно в соответствии с требованиями технических условий по рецептурам
и утвержденным технологическим регламентам. Акриловые краски должны отвечать
следующим требованиям3:

3 Числовые значения характеристик даны ориентировочно.

Таблица № 7

Краски акриловые
рекомендуется применять в интервале температур от -10 до 25 °С.

Краски перхлорвиниловые

Краски перхлорвиниловые представляют
собой суспензию пигментов и наполнителей в перхлорвиниловом связующем с
добавлением пластификаторов и специальных добавок.

Перхлорвиниловые краски
предназначаются для защитной и декоративной отделки бетонных, кирпичных и
оштукатуренных поверхностей фасадов жилых домов, школ, детских садов и других
объектов в построечных условиях.

Краски перхлорвиниловые
выпускаются централизованно в соответствии с техническими условиями по
утвержденным рецептурам и технологическим регламентам. Свойства перхлорвиниловых
красок приведены в табл. № 84:

4 Числовые значения характеристик даны ориентировочно.

Таблица № 8

Краски перхлорвиниловые
рекомендуется применять в интервале температур от -10 до 4 °С.

Краски плиолитовые

Краски плиолитовые
представляют собой суспензию пигментов и наполнителей в смеси плиолитовых смол
с добавлением пластификаторов и специальных добавок.

Плиолитовые краски
предназначаются для защитной и декоративной отделки бетонных, кирпичных и
оштукатуренных поверхностей фасадов жилых домов, школ, детских садов и других
объектов.

Краски плиолитовые
выпускаются централизованно в соответствии с техническими условиями по
утвержденным рецептурам и технологическим регламентам. В табл. № 9
приведены требования, предъявляемые к плиолитовым краскам5:

5 Числовые значения характеристик даны ориентировочно.

Таблица № 9

Краски плиолитовые
рекомендуется применять в интервале температур от -10 до 25 °С.

Органо-силикатные композиции
«ОС-11-21» и « OC -12-03М»

Органо-силикатные композиции
«ОС-11-21» и «ОС-12-03М» представляют собой суспензию пигментов и наполнителей
с добавлением специальных добавок в органо-силикатном связующем.

Композиции органо-силикатные
«ОС-11-21» и «ОС-12-03М» предназначены для наружной окраски зданий и сооружений
по кирпичным, бетонным, оштукатуренным и металлическим поверхностям.

Композиции органо-силикатные
«ОС-11-21» и «ОС-12-03М» выпускаются централизованно в соответствии с
техническими условиями по утвержденным рецептурам и технологическим
регламентам.

Композиции органо-силикатные
«ОС-11-21» и «ОС-12-03М» должны соответствовать следующим требованиям (см.
табл. № 10):

Таблица № 10

Композиции органо-силикатные
«ОС-11-21» и «ОС-12-03М» рекомендуется применять в интервале температур от -10°
до 4 °С.

Декоративные фактурные
составы

Декоративные фактурные
составы представляют собой высоконаполненные суспензии пигментов и наполнителей
в синтетических связующих (водных дисперсиях или растворах синтетических смол)
с целевыми добавками.

Декоративные фактурные
составы предназначены для наружной и внутренней отделки зданий и сооружений по
кирпичным, бетонным и оштукатуренным поверхностям.

Применение декоративных
фактурных составов исключает операцию по шпатлеванию поверхности перед
нанесением.

Внешний вид покрытия,
выполненного декоративными фактурными составами, имеет разнообразную фактуру
(зернистую, рельефную, специальную) и зависит от фракции наполнителя и метода
нанесения.

Декоративные фактурные
составы выпускаются централизованно в соответствии с техническими условиями по
утвержденным рецептурам и технологическим регламентам.

Декоративные фактурные
составы должны соответствовать следующим требованиям (см. табл. № 11)6:

6 Числовые значения характеристик даны ориентировочно.

Таблица № 11

Декоративные фактурные
составы на основе растворов синтетических смол рекомендуется применять в
интервале температур от -10 до 25 °С, декоративные фактурные составы на основе
водных дисперсий полимеров – в интервале от 5 до 27 °С.

Декоративные минеральные
штукатурки

Декоративные штукатурки
представляют собой сухие смеси на основе минеральных вяжущих, которые после
затворения водой и нанесения на поверхность образуют декоративное отделочное
покрытие. Применение таких материалов устраняет необходимость тщательного
выравнивания основания, обеспечивает повышенную прочность и паропроницаемость.

Свойства декоративных
штукатурок должны соответствовать следующим требованиям (см. табл. № 12):

Таблица 12

Декоративные минеральные
штукатурки применяются в качестве финишного покрытия в системах наружной теплоизоляции
и при отделке наружных и внутренних поверхностей бетонных, оштукатуренных и др.
на минеральном вяжущем.

Декоративные минеральные
штукатурки рекомендуется применять в интервале температур от 5 до 25 °С.

Иммерсионное олово (immersion tin — immsn) с подслоем органического металла

Толщина: 0,5…0,8 Sn мкм.

Это иммерсионное покрытие обеспечивает высокую плоскостность печатных площадок платы и совместимо со всеми способами пайки, нежели ENIG. Процесс нанесения иммерсионного олова схож с процессом нанесения иммерсионного золота.

Иммерсионное олово обеспечивает хорошую паяемость после длительного хранения, что достигается введением подслоя органометалла (0,08…0,1 мкм) в качестве барьера между медью контактных площадок и непосредственно оловом (см. рис. 3). Барьерный подслой предотвращает взаимную диффузию меди и олова, образование интерметаллидов и рекристаллизацию олова.

В данном случае подозрения, что из ImmSn самопроизвольно могут образоваться нитевидные кристаллические усы, несостоятельны, поскольку толщина покрытия недостаточна для их формирования. А в результате пайки оно теряет самостоятельность для каких-либо неблагоприятных процессов, характерных для чистого олова.

Плюсы:

– отличная паяемость;

– плоская поверхность, покрытие подходит для установки компонентов с малым шагом выводов;

– можно использовать те же паяльные пасты, что и для плат с покрытием HASL;

– полная совместимость с бессвинцовыми припоями;

– способность к многократной перепайке;

– простота эксплуатации;

– стабильный процесс;

– простые анализы;

– хорошие условия для обеспечения соединений типа Press-Fit (Пресс-фит) (запрессовывание штырей-хвостовиков разъемов в металлизированные отверстия плат);

– не влияет на размер металлизированных отверстий;

– сравнительно недорогое покрытие;

– допускается нанесение покрытия как по маске, так и до нанесения маски.

Минусы:

– платы требуют осторожного обращения;

– не пригодно для производства клавиатур/сенсорных панелей.

Но существует еще одно, едва ли не самое основное требование к финишным покрытиям ПП: НАДЕЖНОСТЬ. И вот тут-то испытания образцов ПП с различными видами финишных покрытий показали, что свежеосажденные покрытия имеют характеристики, не уступающие характеристикам при горячем лужении (HASL), чего нельзя сказать о результатах после искусственного старения.

На примере одной из важнейших характеристик покрытий — смачиваемости — мы видим ухудшение или полное отсутствие смачиваемости по сравнению с горячим лужением при следующих условиях искусственного старения:

1. Пары воды/8 час:

– HASL — смачиваемость 1,07;

– химический Ni/иммерсионное Au — смачиваемость 0.

2. Т = 85°С/отн. влажность 85%/ 24 час:°С

– HASL — смачиваемость 1,0;

– химическое Ag — смачиваемость 0,9;

– иммерсионное Sn (традиционный процесс) — смачиваемость 0,9.

3. Т= 155°С/4 час:

– HASL — смачиваемость 1,0;

– иммерсионное Sn (традиционный процесс) — смачиваемость 0,69;

– органическая защита (OSP) — смачиваемость 0.

Эти результаты приводят к значительному уменьшению области применения ПП с указанными финишными покрытиями.

В итоге рейтинг паяемости бессвинцовых финишных покрытий можно выстроить, как показано на рисунке 4.

Далее остановимся на рассмотрении двух самых перспективных финишных покрытиях: иммерсионное олово с подслоем органнометалла и иммерсионное золото с подслоем никеля.

ООО «Остек-Сервис-Технология» совместно с компанией J-KEM International AB (Швеция) предлагает к использованию технологию осаждения иммерсионного олова нового поколения, которая позволяет получить финишное покрытие, отвечающее современным требованиям к покрытиям ПП и обеспечивающее высокую надежность.

Производителям ПП хорошо известны проблемы традиционных финишных покрытий иммерсионным оловом. Это миграционные процессы, связанные с диффузией меди и олова, образование интерметаллидов на границе медь/олово, рекристаллизация олова и, как следствие, рост дендридов, потеря паяемости после непродолжительного хранения.

Разработанная технология осаждения иммерсионного олова нового поколения — это комбинация двух технологий: осаждения на медь Органического Mеталла (ОМ) в качестве барьерного слоя и последующего осаждения слоя иммерсионного олова.

Что же представляет собой так называемый органический металл?

Атомы классических металлов окружены «электронными облаками», обеспечивающими неограниченное перемещение электронов. Но это же свойство было обнаружено в веществе — полимере! — которое не относится к группе классических металлов (см. рис. 5):

– соединение чисто органическое, содержит C, H, O, N, S;

– не имеет металлических добавок;

– проводит электрический ток;

– имеет потенциал «благородного металла» (серебро);

– обладает каталитическими свойствами;

– может быть окислено и восстановлено без видоизменений;

– полностью нерастворимо и может использоваться только в виде дисперсии.

Предварительная обработка очи-щенной медной поверхности в растворе органического металла значительно снижает скорость диффузионных процессов, препятствует образованию интерметаллидов и рекристаллизации олова, позволяя получить покрытие с высокими техническими характеристиками.

Присутствие органического металла оказывает прямое влияние на структуру последующего осадка иммерсионного олова. Создается более совершенная и менее напряженная структура олова, что дает возможность получить более плотную, гладкую поверхность. Это приводит к значительному снижению скорости процессов окисления и образования дендридов (см. рис. 6 и 7).

Результаты испытаний образцов ПП, на которые в качестве финишного покрытия было нанесено иммерсионное олово с барьерным слоем органического металла, показали, что смачиваемость поверхности (среднее значение — 1,28) даже несколько лучше, чем при горячем лужении (среднее значение — 1,08). Паяемость покрытия сохраняется до нескольких лет без консервации.

Процесс прост в эксплуатации, легко контролируется, экономичен, может проводиться как в вертикальных, так и в горизонтальных линиях (см. рис. 8).

Основные стадии процесса:

– кислая очистка;

– микротравление;

– осаждение органического металла;

– осаждение иммерсионного олова.

Кислый очиститель удаляет окислы с поверхности меди.

Микротравитель — это стабилизатор для травильного раствора меди, основанного на серной кислоте и перекиси водорода. Воздействуя химически на медную поверхность, микротравитель создает топологию поверхности, обеспечивающую хорошую адгезию с последующими химическими и электрохимическими покрытиями.

Финишное покрытие иммерсионным оловом с подслоем органического металла, при толщине 1 мкм, имеет ровную, плоскую поверхность, сохраняет паяемость и возможность нескольких перепаек даже после длительного хранения, имея технические характеристики покрытия, полностью отвечающие современным требованиями к ПП (см. рис. 9).

Покрытие ImmSn с подслоем органического металла прошло многочисленные испытания и хорошо закрепилось в производстве ПП. Это покрытие используется в России уже около восьми лет. В настоящее время ImmSn с подслоем органического металла внедрено на 15 российских предприятиях, где успешно работает.

На все растворы, составляющие процесс осаждения иммерсионного олова с подслоем органического металла, выпущены российские ТУ, а сам процесс введен в действующий стандарт отрасли ОСТ 107.460092.028-96 «Печатные платы. Технические требования к технологии изготовления».

Также компания ООО «Остек-Сервис-Технология» совместно с фирмой J-KEM International AB предлагает технологию нанесения иммерсионного золота.

Само золотое иммерсионное покрытие представляет собой композицию из меди контактной площадки, подслоя химически осажденного никеля и иммерсионно осажденного золота. Тонкий слой золота толщиной 0,05…0,1 мкм несет единственную функцию — защитить никель от окисления для последующей пайки. При пайке оно быстро растворяется в припое и обнажает свежую поверхность никеля для смачивания припоем.

Всякий иммерсионный процесс состоит в реакции замещения одного металла другим из раствора. Поэтому толщина иммерсионного золота в данном случае принципиально не может быть большой — как только поверхность никеля будет закрыта золотом, ее общение с раствором для реакции замещения прекратится.

Это значит, что все участки поверхности никеля будут обязательно покрыты золотом, пока они свободны для реакции замещения. Это еще значит, что несмотря на чрезвычайно малую толщину иммерсионно осажденного золота, его сплошность гарантируется самим механизмом процесса.

Иммерсионное золото можно было бы осаждать и прямо на медь контактной площадки, но их взаимная диффузия приводила бы к быстрой потере паяемости из-за превращения тонкого слоя золота в интерметаллоид CuXAuY, не растворимый в припое. Барьерный подслой никеля толщиной 3…6 мкм предотвращает этот процесс диффузии и потерю паяемости (см. рис. 10).

Рассмотрим последовательность процесса нанесения иммерсионного золота с подслоем химического никеля:

– кислая очистка;

– микротравление;

– активация;

– химическое осаждение подслоя никеля;

– нанесение иммерсионного золота.

Кислый очиститель удаляет масла, окислы, отпечатки пальцев с медных поверхностей. Он не оказывает воздействия на паяльную маску, краски, эпоксифенольные подложки. Микротравитель равномерно подтравливает медную поверхность, что дает отличную адгезию с последующим осаждением никеля.

Коллоидный палладиевый активатор полностью катализирует медную поверхность, не затрагивая диэлектрики. Использование активатора гарантирует получение плотного никелевого осадка при обработке в последующей ванне химического никелирования. Раствор химического никелирования дает качественное полублестящее покрытие сплавом никель-фосфор с хорошей пластичностью и отличной адгезией к медной поверхности контактной площадки.

Из раствора иммерсионного золочения должен получаться плотный, мелкокристаллический, блестящий золотой осадок 24-каратного золота (см. рис. 11).

Печатные платы, защитное покрытие на которые нанесено с помощью ENIG-процесса, могут иметь характерный дефект, называемый «черная контактная площадка» («black pad»). Данный дефект приводит к образованию механически непрочных паяных соединений, которые могут треснуть и/или отслоиться даже под действием минимальной нагрузки.

Дефект наиболее отчетливо проявляется для корпусов с матричным расположением выводов вследствие большей жесткости — BGA, QFP, QFN. Название дефекта произошло от темно-серой или черной поверхности площадки, обнажающейся при отслоении паяного соединения.

Практика работы на ПТК ПП ГРПЗ показала, что явление «черная контактная площадка» связано с чрезмерной коррозией никеля в процессе иммерсионного осаждения золота. Если кристаллическая структура осажденного никеля имеет вид, отличный от нормального (см. рис. 10), с большими межкристаллитными прослойками, как показано на рисунке 12, это означает, что не вся поверхность никеля участвует в обменных реакциях с раствором золочения, а сами инородные прослойки, не покрытые золотом, являются причиной зарождения очагов коррозии (см. рис. 13, 14).

Что провоцирует образование чрезмерно больших межкристаллитных прослоек?

Механизм, ведущий к возникновению черной контактной площадки, в настоящее время еще окончательно не изучен, однако проведенные исследования свидетельствуют, в частности, о влиянии на его появление содержания фосфора в ванне, а также остаточного фосфора в покрытии после его нанесения.

Фосфор выделяется в процессе восстановления никеля на поверхность медной площадки; при пайке и растворении золота в припое этот поверхностный слой фосфора обнажается. Он имеет плохую паяемость — припой не смачивает его поверхность и скатывается с нее.

Известно, что при образовании кристаллической структуры все инородные для кристалла компоненты вытесняются в пространство между кристаллами — в межкристаллитные прослойки. В данном случае фосфор, сопровождающий реакцию химического восстановления никеля, может образовывать с никелем твердый раствор, а может и вытесняться в межкристаллитное пространство.

Мелкокристаллическая структура никеля с межкристаллитными прослойками образуется при содержании фосфора до 7%. При большем содержании фосфора — от 7 до 12% — структура никелевого слоя приобретает аморфную форму и, значит, не имеет кристаллической структуры и межкристаллитных прослоек.

В этом случае реакция замещения никеля золотом происходит равномерно по всей поверхности с хорошей укрывистостью, что предотвращает процессы окисления никеля. Из этого следует первая рекомендация — чтобы предотвратить образование «черной контактной площадки» при химическом никелировании следует обеспечивать максимальную концентрацию фосфора.

Подготовка поверхности под иммерсионное золочение является основополагающей операцией обеспечения необходимой морфологии наносимых затем покрытий никеля и золота. Гарантированные результаты дают растворы микротравления. При микротравлении поверхность меди активируется за счет удаления верхнего «отравленного» слоя и получает микрошероховатость, обеспечивающую хорошую адгезию никеля.

Равномерная активация поверхности меди способствует равномерному осаждению палладия за счет реакции замещения, а это, в свою очередь, обеспечивает равномерное осаждение никеля. Важно, что за этим должна следовать тщательная отмывка металлизируемой поверхности для предотвращения попадания палладия в раствор никелирования, что привело бы к разрушению раствора.

Отсюда вторая рекомендация — поверхности, подлежащие иммерсионному золочению, должны быть максимально сглажены, что достигается выполнением операции микротравления.

Процесс восстановления золота сопровождается растворением никеля, т.е. это процесс коррозии никеля. При больших скоростях реакции процесс замещения может оказаться несбалансированным, и коррозия никеля может стать преобладающей, и под золотом уже образуется черная, пока не заметная глазу, поверхность никеля.

Предлагаемые на рынке готовые процессы и растворы для иммерсионного золочения предусматривают в своем составе компоненты, притормаживающие окислительно-восстановительный процесс. Третья рекомендация — нужно использовать надежных проверенных поставщиков химических процессов и материалов.

Перечислим общие рекомендации по обеспечению устойчивости процесса иммерсионного золочения:

1. Большинство производителей используют комбинированный позитивный метод, предусматривающий применение металлорезиста в виде олова для избирательного травления меди. Для последующего нанесения маски и иммерсионного золочения его удаляют. Важно, чтобы его удаление и последующая промывка были полными, иначе остатки металлорезиста могут стать причиной локальной коррозии меди с распространением ее на последующие слои никеля.

Для тентинг-метода нужно предусмотреть тщательное проявление и отмывку фоторезиста, не допуская наличия вуали.

2. При осаждении никеля важно предотвратить высокие скорости осаждения, которые порождают толстые и глубокие межкристаллитные образования — причины коррозии. Для этого в первую очередь необходимо точно поддерживать рН раствора в пределах ±0,1. То же относится к точности поддержания температуры раствора:

±1°С при общей температуре раствора в пределах 85…90° С. В процессе работы раствор никелирования требует постоянного пополнения никелем и восстановителем. Поэтому ванны никелирования целесообразно оснастить системой автоматического дозирования и управления рН и температурой.

3. Для обеспечения стабильности процесса никелирования в составе раствора предусмотрено наличие стабилизатора. Контроль содержания стабилизатора должен являться частью ежедневного обслуживания ванны химического никелирования.

Активное перемешивание раствора способствует доставке стабилизатора к металлизируемой поверхности, компенсирующей его дефицит.

4. Равномерность и скорость осаждения золота обеспечивается поддержанием его концентрации в растворе и температурой раствора. Слишком высокая температура ведет к неравномерному осаждению золота и нежелательному ускорению окислительно-восстановительных реакций. Слишком низкая температура замедляет процесс осаждения.

Низкая концентрация золота обуславливает неоднородность покрытия с непрокрытиями, под которыми никель не получает защиты от окисления и коррозии.

Время погружения плат в ванну золочения должно быть достаточным для получения сплошной пленки, но не более. Излишнее пребывания плат в ванне золочения несущественно увеличивает толщину золота, но за счет неизбежных диффузионных процессов приводит к коррозии никеля.

5. Иммерсионное золочение производится на монтажных поверхностях — в окнах паяльной маски. Нужно добиваться полного проявления, отмывки и отверждения маски, чтобы в окнах не было ее остатков, которые будут потом нарушать морфологию осадков. Не до конца отвержденная маска будет разрушаться в агрессивных горячих растворах химического никелирования и осаждаться на поверхности контактных площадок. Адгезия покрытий будет ослаблена.

6. Некоторые поставщики паяльных масок не гарантируют их устойчивость к горячим растворам никелирования, поэтому они рекомендуют использовать иммерсионное золочение до нанесения паяльной маски. Это не правильно!

Открытая поверхность диэлектрического основания плат, имеющего значительную пористость, впитывает ионногенные продукты растворов, которые не могут быть полностью удалены даже тщательной промывкой. Их остатки в виде ионов металлов и галогенов приводят к существенному снижению качества электрической изоляции плат и потере их надежности.

Не до конца отмытые ионогенные остатки растворов снижают сопротивление изоляции в условиях повышенной влажности. Остатки химических загрязнений в условиях повышенной влажности провоцируют осмотические явления, приводящие к отслоению паяльной маски и влагозащитного покрытия.

Ионогенные загрязнения создают на поверхности платы под маской электролит, в котором развиваются электрохимические процессы, завершающиеся образованием электропроводящих мостиков — «дендритов» и, соответственно, — коротких замыканий. Повышенные потери в диэлектрике платы, обусловленные присутствием химических загрязнений, снижают уровни СВЧ-сигналов (Стандарт IPC 4252).

Кроме того, обработка открытой поверхности плат в агрессивных растворах приводит к разрушению адгезионного слоя фольги и, как следствие, отслоению тонких проводников и образованию под ними пазух, в которых скапливаются загрязнения.

Адгезия паяльной маски к проводникам, покрытым иммерсионным золотом, намного ниже, чем к медным проводникам. В процессе эксплуатации маска может отслаиваться. Поэтому паяльная маска должна наноситься только на развитую поверхность медных проводников (IPC-SM-839), получаемую с помощью механической обработки или микротравления, но не на тонкий блестящий слой золота.

В процессе нанесения паяльной маски на иммерсионное золото и ее термодубления поверхность золота «отравляется» парами органических соединений, входящих в состав паяльной маски, что ухудшает смачиваемость монтажной поверхности контактных площадок припоем и снижает надежность паяного соединения.

7. На завершающей стадии обработки плата должна быть тщательно отмыта с контролем качества отмывки и высушена с последующей вакуумной упаковкой.

Иммерсионное золочение — процесс, требующий высокой технологической культуры. Приведенные выше рекомендации — лишь часть особенностей использования технологии золочения.

https://www.youtube.com/watch?v=QTf3XQeh2LA

Точное следование технологии нанесения иммерсионного золота и своевременная замена растворов гарантируют качество покрытия и отсутствие дефекта типа black pad.