1.2 Способы металлизации диэлектриков

Способы металлизации делятся на:

1.  Механические, когда покрытие формируется заранее и только после этого крепится к покрываемой поверхности;

2.  Физические, когда металл вначале превращают в пар или жидкость, наносимые на покрываемую поверхность, где они опять превращаются в твердый металл, образуя компактное покрытие;

3. Химические (химико-электролитические), когда проводящий слой на полимере образуется в ходе химической реакции, а затем на него осаждается металл химически и/или гальванически [11,12].

Примером обзорных статей по методам металлизации является [13], в томчисле по ХЭМ [14].

В промышленности получили распространение три способа металлизации: напыление жидкого металла, вакуумное напыление, химико-электролитическая металлизация (ХЭМ).

Первый способ, заключающийся в нанесении расплавленного металла действием сжатого воздуха, получил весьма ограниченное распространение из-за большой неравномерности покрытий, весьма грубой поверхности металлического слоя, слабого сцепления напыленного металла с поверхностью.

Способ вакуумной металлизации заключается в конденсации паров металла на покрываемой поверхности в вакуумных установках. 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.

ХЭМ обычно производится путем обработки пластмассовых деталей в растворах, в которых химически получают токопроводящий слой. Полученный тонкий слой затем затягивают химическим восстановлением металла и/или гальванически до необходимой толщины. ХЭМ характеризуется возможностью получения большого ассортимента покрытий по видам и толщинам, не требует для осуществления сложного оборудования, обеспечивает получение равномерных по толщине покрытий и хорошее сцепление их с основой. В качестве проводящего подслоя не обязательно применять химически осажденные металлы. Далее будет показано, что для этих целей можно использовать проводящие порошки, осажденные из суспензий, сульфиды металлов и т.д. Таким образом, можно выделить классическую технологию ХЭМ и многообразные альтернативные ей технологии [1].

1.2.1 Классическая технология металлизации

 

Классическая технология металлизации диэлектриков - это технология, содержащая в себе операции сенсибилизации и активирования (раздельно или совмещенно) и почти всегда предусматривающая использование драгоценных металлов - в основном палладия. Эти два процесса можно объединить под термином активация[1].

В результате активации на поверхности пластмассы образуются микроскопические зародыши, которые служат катализатором последующей реакции химического восстановления металлов, в результате которой создается токопроводящий подслой . На него методами электрохимического осаждения обычно наносят слой меди, а затем любой другой металл, выполняющий функции основного металлического покрытия. Таким образом, ключевым вопросом становится создание электропроводного подслоя, по которому и будет происходить электроосаждение основного металла. Способ создания подслоя является главным отличием всех технологий металлизации диэлектриков.

Сама по себе классическая технология вариативна - встает вопрос об использовании в ней благородных, неблагородных металлов или неметаллических веществ, фазового состава используемых технологических растворов (чистый раствор или суспензия). Иногда различия присутствуют и в способах предварительной подготовки поверхности, хотя в основном это отдельных независимый вопрос, решаемый под конкретный вид диэлектрика.

Несмотря на активные разработки альтернативных способов металлизации, классическая технология все еще доминирует в производстве и в ней по-прежнему используется хлорид палладия (реже серебро). Это объясняется универсальностью методики, отработанностью и достаточной степенью исследования.

Вся классическая технология детально изложена в известных работах [1,8,11,12]. Описание ее отдельных элементов, приводится также в современных периодических изданиях, например [15,16] (в том числе раздел по прямой активации - [17,18,19]), исследованиях [20,21], справочниках и учебных пособиях [22,23,24,25]. Рассмотрим эту технологию более подробно, разбив ее на ряд основных операций.

Тонкие пленки из алюминия, свинца, золота, хрома, титана и других металлов на стеклянных поверхностях можно получить разными методами, главными из которых являются: а) электроосаждение; б) химическое осаждение; в) термическое разложение на нагретой подложке галоидного соединения металла или его газообразного карбонила; г) взрыв металлических проволок в инертных газах; д) химическая реакция галоидной соли металла с парами воды, ведущая к образованию окисла металла; е) катодное распыление металлов или их окислов в разряде низкого давления; ж) химическое испарение в вакууме металлов и их устойчивых соединений.

Наиболее распространенными в настоящее время методами являются химическое осаждение, испарение в вакууме и катодное распыление.

Покрытие никелем заготовки из оптического стекла осуществляется в такой последовательности: обезжиривание в хромовой смеси; обработка в растворе, содержащем 35 мол/л 40%-ной HF и 20 г/л NH4F (фторид аммония), при комнатной температуре в течение 5 мин; обработка в растворе хлористого олова; активирование в растворе хлористого палладия; химическое никелирование.

Химически никелировать можно также кварц, стеатит, ультрафарфор, пьезокерамику, термокорунд, германий, кремний, сапфир, рубин, полистирол, капрон, винипласт, текстолит и другие изоляционные материалы.