XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Общие сведения

 

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.

Применение

В приборостроении металлизации подвергаются:

1. Детали, служащие электрическими и магнитными экранами

2. Токонесущие элементы конструкций

3. Волноводы.

4. Печатные платы.

5. Формы для гальванопластики.

Химическая металлизация

В рамках классической технологии металлизации диэлектриков, использующей благородные металлы, для данной цели используют химически нанесенные металлические покрытия - в основном медь. Слой меди получается тонким (1-2 мкм), для получения более толстого слоя используют гальваническое наращивание.

Основной химической реакцией при металлизации диэлектрика является катодная реакция восстановления меди формальдегидом, выраженная уравнением:

Достоинства: малый расход материалов, электроэнергии, а также повышенная надёжность печатных проводников в целом. Недостатки: трудоёмкость процесса подготовки диэлектрика, который очень важен для нанесения слоя.

Гальваническая затяжка

При нанесении гальванических покрытий на диэлектрики учитывают специфику способа получения покрытий и особенности материала основы. Так, при химико-гальваническом нанесении покрытия отличительной чертой способа является наличие тонкого электропроводного подслоя, который повреждается при небольших механических воздействиях и растворяется в агрессивных электролитах, имеет ограниченную электропроводность (особенно подслой сульфидов), предъявляет повышенные требования к контактным элементам подвесочных приспособлений, весьма чувствителен к биполярному эффекту. Особенность же диэлектриков обусловлена их природой и структурой.

В качестве первого гальванического подслоя в большинстве случаев служит матовая медь, которая одновременно является буфером между пластмассой и блестящим никелем. Она способствует также повышению прочности сцепления между электропроводным подслоем и последующим покрытия. В качестве буферного слоя применяются также осадки матового и полублестящего никеля с толщиной 50-75 % общей толщины покрытия.

При осуществлении технологических процессов [1] нанесения гальванических покрытий (рис.1) стараются не применять растворы с повышенной температурой (60°С), сильно кислые или щелочные электролиты и электролиты, дающие напряженные осадки или осадки, требующие механического глянцевания. Сушку деталей после нанесения покрытий обычно производят при температуре, не превышающей 60°С.

Рис. 1. Схема установки для гальванического покрытия металла: 1  вольтметр; 2  амперметр; 3  реостат; 4  ванна; 5 электролит

Чтобы электропроводный подслой не растворялся вследствие биполярного эффекта, принимают такие меры, которые исключают взаимное экранирование деталей во время электролиза, обеспечивают довольно жесткое крепление их на подвесках и постоянный электрический контакт с ними. Гальваническое меднение осуществляют из сернокислых и пирофосфатных электролитов. Иногда применяют этилендиаминовые электролиты.

Скорость наращивания медного слоя 3-4 мкм/час, параметры: напряжение в ванной в нормальном режиме 2В, ток – 12-13 А.

Вакуумная металлизация

Способ вакуумной металлизации заключается в конденсации паров металла на покрываемой поверхности в вакуумных установках [2]. Этот способ весьма эффективен при получении тонких пленок (0,1-1,0 мкм) слоев металла на мелких деталях, обрабатываемых в барабане насыпью. Тонкие слои покрытия обладают плохой износоустойчивостью. Вакуумный способ в большинстве случаев не имеет преимуществ перед ХЭМ и имеет значительно больший расход материалов и электроэнергии.

Шоопирование

Металлизация распылением расплавленного металла: применяется сравнительно редко вследствие того, что слой металла получается неравномерным, пористым и плохо сцепленным с основой.

Вжигание

Нанесение на поверхность диэлектрика специальной пасты, содержащей мелкодиспергированный металл или его соединения и органическую связку. Режим вжигания серебра в стекло и керамику [1] приведен на рис.2.

Рис.2. График температурного режима вжигания серебра: 1 – зона удаления жидких составляющих пасты (20-14°С); 2 – зона разложения и удаления канифоли (200-320°С); 3 – зона пиролиза соединений серебра (320-410°С); 4 – интервал вжигания (600-850°С); 5 – нижняя граница стеклования стеклянной подложки; 6 – график вжигания серебра в стекло; 7 – график вжигания серебра в керамику; 8 – температура плавления серебра 961°С

Фольгирование

Метод, который основан на нагревании и прессовании фольги на листе диэлектрика, при низком давлении для избегания появления воздушных пузырей внутри текстолита. Медную фольгу получают электроосаждением меди на вращающиеся барабаны из нержавеющей стали или из титана (рис.3). Сторона фольги, обращенная к полированному барабану, имеет высокое качество поверхности и способствует формированию печатных проводников с высокой точностью. Матовая сторона фольги имеет большую шероховатость и способствует хорошей адгезии фольги к препрегу 3 (рис.4).

Рис. 3. Оборудование для получения медной фольги

Рис. 4. Схема изготовления фольгированных материалов: 1 – медная фольга в рулоне,

2 – разрезание по длине, 3 – пакеты препрега и фольги, 4 – пресс, 5 – контроль

Сравнительные характеристики методов нанесения металлических покрытий на диэлектрик приведены в таблице 1.

Таблица 1

Сравнительные характеристики методов нанесения металлических покрытий на диэлектрик

Метод нанесения покрытия	Толщина покрытия мкм	Скорость нанесения, мкм/час	Достоинства	Недостатки	Область применения
Химический	1-2	1-2	Малый расход материалов, эелектроэнергии, а также повышен-ная надёжность ПП в целом	Трудоёмкость процесса подготовки диэлектрика	Производство ПП
Гальванический	8	3-4	Высокая скорость нанесения покрытия, нет перегрева основного материала	Высокая стоимость, низкая скорость наращивания	Производство ПП
Шоопирование	5-10	15-25	Эстетичность вида	При распылении металла капли могут сильно окисляться	Восстановление деталей
Фольгирование	От 5 до 105	-	Стабильность размеров, термостойкость	Необходимость прессования листов	Производство ПП
Вжигание	5-10	10-12	Низкая стоимость, гибкость метода	Высокая трудоёмкость	Электротехника, электроника
Вкуумное испарение	0,7-2	4	Низкая цена, чистота поверхности, не нужна предварительная полировка	Высокая стоимость и сложность технического обслуживания оборудования	Декоративное покрытие, микроэлектроника

Заключение

При выборе способа нанесения того или иного вида покрытия следует учитывать следующие факторы:

служебное назначение покрытия и детали, на которую оно наносится;

требование к толщине и качеству поверхности;

условия эксплуатации покрытия (климатические, механические воздействия, прочие);

программа выпуска (серийность).

Литература

Гормаков А.Н. Материаловедение и технология обработки конструкционных материалов в приборостроении: учебное пособие / А.Н. Гормаков; Томский политехнический университет. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 340 с.

https://promzn.ru/obrabotka-metalla/vakuumnaya-metallizatsiya.html

Шепелев Н.И., Лукин И.А. – Сборка, монтаж и регулировка приборов систем автоматического управления. – М.; Машиностроение, 1982. – 255с.

Григорьян С.Г. Конструирование систем управления и электроники. учебно-методическое пособие – Новочеркасск 2017.

Код для цитирования: Скопировать