§ 40. ПОЛУЧЕНИЕ ПОКРЫТИЙ ИЗ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Электрохимическая обработка. Электрическая энергия широко используется в электрохимии. В основе электрохимических процессов лежит электролиз. Механизм электролиза и химические процессы, протекающие при этом, известны из школьного курса химии и физики. Суть их в том, что при прохождении электрического тока в электролитах возникает направленное движение ионов, сопровождающееся химическими реакциями, в результате которых на электродах оседают химические вещества.

►   В этом случае электрическая энергия переходит в химическую.

В качестве источников электрического тока используют генераторы постоянного тока или выпрямители тока.

Электролиз применяют на практике с начала прошлого века, но и в наши дни его значение велико, в частности, в металлургии для получения некоторых цветных металлов.

►   Электролиз — основа гальванотехники, которая подразделяется на гальваностегию и гальванопластику.

Гальваностегия — способ нанесения методом электролиза тонких металлических покрытий, которые прочно связаны с обрабатываемым изделием.

Этим способом защищают металлы от коррозии, улучшают их декоративный вид, изготовляют печатные платы и др. С помощью гальваностегии можно получать различные покрытия: хромирование, никелирование, меднение и др. В зависимости от того, на каком из электродов выделяются наносимые покрытия, они бывают анодными и катодными.

Наиболее распространены катодные покрытия (хромирование, никелирование, меднение).

Гальванопластика — процесс получения металлических копий с изделия.

Для получения высококачественного гальванического покрытия поверхность изделия необходимо предварительно хорошо очистить. Электролитом служат соли металла, которым делают покрытие. Для увеличения проводимости электролита и улучшения структуры металла-покрытия (например, уменьшения зернистости) в электролиты добавляют небольшие количества компонентов солей других металлов и кислот. Гальванические покрытия изделий с большими размерами выполняют в стационарных ваннах (рис. 176). Для деталей небольших размеров с целью повышения производительности процесса используют вращающиеся ванны с наклонной осью (барабаны).

Рис. 176. Схема процесса гальванопластики

Электролитом в случае, приведенном на рис. 176, является сульфат меди CuSO₄. Из молекул сульфата меди 2 под действием приложенного поля образуются положительные ионы Сu⁺ и отрицательные ионы Cu^- Под действием приложенного напряжения первые движутся к катоду 3, а вторые — к аноду 1. Достигая катода, положительные ионы Cu⁺ осаждаются на изделии, поглощают электроны и превращаются в нейтральные молекулы меди. Отрицательные ионы SO₄^- отдают излишние электроны на аноде и вступают в химическую реакцию с ним. Анод изготовляют из меди, и вследствие химической реакции вновь получают молекулы сульфата меди CuSO₄, которые снова поступают в электролит и поддерживают процесс гальванизации.

Вакуумное напыление. Металлические покрытия получают также вакуумным напылением. Этим методом можно получать металлические покрытия на неметаллических изделиях. Вакуумное напыление находит широкое применение в радиоэлектронной промышленности для производства металлических конденсаторов, тонкослойных интегральных микросхем, печатных схем и др.

Принципиальное устройство аппарата вакуумного напыления дано на рис. 177. Материал, из которого изготовляют покрытие, устанавливают в испаритель нагревателя 4, а изделие 2, которое подлежит покрытию металлом, ставят над испарителем. Для получения более качественного покрытия изделие нагревают до 250—300 °С с помощью нагревателя 1. Камера герметична, и вакуумным насосом в ней создают высокий вакуум. Нагревателем 4 материал подогревают, и он испаряется. Так как процесс протекает в вакууме, испарившиеся атомы и молекулы имеют большой пробег. Они достигают поверхности изделия, нагретого до более низкой температуры, и конденсируются на нем, образуя покрытие, прочно связанное с основным материалом (обычно толщиной 2—3 мкм).

Для повышения качества покрытия до установления необходимой для испарения температуры между испарителем и изделием ставят экран 3.

Рис. 177. Схема аппарата вакуумного напыления		Рис. 178. Изготовление печатных плат

Вакуумное напыление в сочетании с гальваностегией — это один из методов изготовления печатных схем на изоляционной основе (печатные платы). Для этого (рис. 178) на изоляционную основу 1 — гетинакс, текстолит, стеклопласт — вакуумным напылением наносят очень тонкое (1—3 мкм) покрытие из меди 2. Затем плату устанавливают в ванну (см. рис. 176) и гальваническим путем наращивают слой металла 3. Изображение схемы, предварительно начерченной на подложке из алюминия, силикатного стекла, плексигласа или другого подходящего материала, наносят в виде фотокопии на плату методом офсетной печати, фотографии и др. Места, в которых должен быть проводящий металл, покрывают защитным слоем 4, например лаком. Затем плату погружают в ванну с растворителем, где металл, не покрытый защитным слоем, растворяется 5. В качестве растворителя чаще всего используют раствор трихлорида железа FeCl₃. Наконец, растворителем снимают и защитный слой 6.

Изготовление печатных плат возможно другими методами. Рассмотренный метод используют в основном для изготовления плат с двусторонней печатной схемой и если необходимо создать металлизацию отверстий в печатной плате.