|
О сайте Главная Разработки Гипотезы |
 | Гипотеза о влиянии космических факторов на процессы |
|
Предисловие. Часть 1. Окислительно-восстановительные флуктуации – дефекты покрытий. Часть 2. Флуктуации скоростей осаждения, растворения металлов. Часть 3. Природа явлений. Гипотеза Флуктуации (или колебания?) электрохимических процессовЧасть 1. Окислительно-восстановительные флуктуации – дефекты покрытий.Л. Г. Воробъёва, В. И. Загрядская Из практики предприятий нашей отрасли известно, что качество гальванопокрытий и даже ход технологических процессов в течение года, месяца и даже одного дня довольно сильно колеблется. Периодически, чаще весной, наблюдается регулярное увеличение брака в серийном производстве, который не поддаётся устранению и кажется необъяснимым – ухудшается блеск блестящих никелевых покрытий, появляется вспучивание никелевого покрытия при контрольном отжиге, наблюдается образование точечных пятен (непокрытых участков) на мелких деталях, ухудшается смачивание никелевого покрытия припоем при напайке кристалла, облуживании выводов, и другие дефекты. Явления имеют различный характер проявления во времени. Среди технологов нет единого мнения относительно причин этих явлений, а применяемые меры по устранению этих браков не дают желаемых результатов. Так, предпринимались попытки выяснить причины вспучивания никеля при контрольном отжиге (рис.1 – период с августа 1980 года по декабрь 1982 года). На гистограмме приведены средние значения оценки брака по отношению ко всем запущенным в каждый день партиям деталей.
"Вспучивание" проявлялось в виде круглых бугорков покрытия диаметром до 0.5 мм и расположенных на наружной (!) рамке основания микросхемы, иногда заходящих на вывода и никогда не бывающих в центральной части детали. Анализ на микрошлифе показывает отслаивание покрытия – вероятно, это место подверглось слабому локальному окислению либо во время подготовки поверхности (обезжиривание, травление с промывками), либо в начальный момент никелирования. В процессе изготовления оснований до стадии никелирования в сложной и многоступенчатой системе связей технологических операций (отжиг, спекание, отмывка от окиси магния, травление, промывки) неизбежно возникают элементы так называемой случайности: отклонения в режимах (температуры, расходы и чистота газов, сквозняки, давление, влажность, разница во временных интервалах, различные расположения деталей в геометрическом пространстве: с краю массы, в середине и т. д.), поэтому, со статистической точки зрения процесс проявления вспучивания покрытия при отжиге относится условно к вероятностным явлениям, где причинно-следственные отношения с точки зрения контроля технологии не могут быть прослежены со всей полнотой. Тем не менее, тщательна проверка на протяжении длительного времени не установила отклонений свыше допустимых норм в качестве применяемых материалов и в технологии подготовки поверхности ни до появления брака, ни в период его проявления. В одних и тех же условиях в одной и той же ванне, даже в течение одного дня (рис.2), качество покрытия от одной партии к другой иногда резко менялось совершенно случайным образом: от полного отсутствия и доходя в критические дни до 100 % в отдельных партиях.
Рис. 2. График работы ванн 9 июня 1981 года. Площадь заштрихованного – процент вспучивания никелевого покрытия оснований микросхем. Попытки объяснить это явление наличием в воде вредных примесей также не имели успеха. Эксперименты с водой не давали однозначных результатов. Брак внезапно появлялся в электролитах, приготовленных на дистиллированной воде, и часто отсутствовал при использовании загрязнённой воды, т. е. зависимости от степени чистоты воды не наблюдалось. Такой характер появления брака во времени не может быть объяснён ошибками или нарушениями технологии. В литературе отсутствуют какие-либо сведения о характере протекания и причинах подобных явлений в гальванических процессах. Опыт работы других предприятий также не проливает свет на истинные причины этих явлений. Другим примером является брак, называемый в производстве "обрыв" (обрыв вывода корпуса микросхемы). Это явление было недолго во времени (месяца 2 – 3 слабо, а затем в течение 1 – 2 месяцев небывалый всплеск). Максимум пришёлся на март 1982 года (рис. 1). Количество брака доходило до 100%. В самый пик проявления приходилось даже останавливать производство и просто пережидать. Суть этого брака заключалась в том, что те же самые детали во время никелирования оказывались в разной степени как бы расплавленными, приваренными друг к другу, к катодной груше. Концы переплавленных выводов заканчивались шариками металла. На катодной груше в местах приваренных деталей заметен нагар. То есть, впечатление такое, что через детали проходил большой ток (хотя амперметры всегда показывали нормальный режим). Рассматривалась версия – версия технологов цеха – неисправность оборудования, в частности, попадание переменного тока напряжением 36 В (для вращения барабана) из-за близости контактных колец на штанге барабана и накопления под кольцами электролита после падения барабанов в ванну. Наладчики (заметим, что не новички в своём деле), которым поручалось искать причины возникновения большого тока, с таким объяснением не соглашались и сами были в недоумении. Допустим, что после очередных принятых мер оборудование было отлажено и "обрыв" закончился именно по этой причине, но на вспучивании никелевого покрытия это не отразилось в лучшую сторону, т. к. всё происходило на тех же самых деталях. А падения барабанов были и раньше, и позже. Аналогичные явления имеют место и в процессе золочения. На рисунке 3 (декабрь 1985 – октябрь 1986) представлен характер проявления некоторых видов брака, имеющих физико-химическую природу: "набросы", "пригар", шелушение покрытия, пятна непромывочного характера, – на тех же деталях, на которых наблюдалось вспучивание никеля.
Золочение осуществлялось в качающихся в электролите перфорированных кассетах, обеспечивающих дифференцированное по толщине покрытие при постоянном электрическом контакте с деталями. "Набросы" представляют собой "кустик" золота, выросший на ровном месте. Кустик крепится в одной точке и разветвляется по мере вырастания. Размеры "набросов" доходят до десятков микрон, а то и более. Анализ на микрошлифе показывает, что весь кустик состоит из сплошного золота. Этот брак сосредоточен больше в центре детали (на монтажной и контактной площадках), т. е. именно там, где скорость осаждения (плотность тока) выше. Этот брак является как бы антиподом "вспучиванию", которое расположено по краям детали. Если "вспучивание" – это локальный анодный процесс (по направлению тока), т. е. происходит растворение металла, то "набросы" – локальный катодный процесс – происходит ускоренное осаждение металла. "Пригар" представляет собой локальное рыхлое, чёрное, отваливающееся покрытие. Преимущественно располагается на внешних частях детали, в местах, где детали перекрываются друг с другом или прижимаются к кассете, т. е. где хуже доступ электролита или его обмен. "Шелушение" – рыхлое покрытие, осыпающееся при слабом поскабливании. "Пятна" в данном случае имеют природу гальваническую, т. е. не являются следствием плохой промывки. Видимо, меняется структура покрытия. Здесь не приводятся статистические данные по ещё одному виду брака – непокрытым участкам при золочении. Этот брак представляет собой пятнышко на детали, слегка как бы растравленное, подгоревшее, размером десятки микрон. После отжига в среде водорода легко отчищается, т. е. природа локального окисления аналогична окислению в случае со "вспучиванием". Этот брак так же стихийно появляется, исчезает, колеблется во времени, проявляется на деталях различной конфигурации. Причём, следует обратить внимание, что непокрытые участки могут быть на одном типе деталей, и в то же самое время могут отсутствовать (в этих же ваннах) на другом типе деталей, имеющих лишь небольшое отличие в размерах, и изготовленных из того же материала (это наводит на мысль о резонансной природе явления). Что касается шелушения, то его причиной может быть качество соли золота. Практически был случай, когда при замене соли на другую партию этот брак исчезал. Хотя по этому поводу можно лишь сказать, что плохое качество соли может являться как причиной, так и условием для проявления шелушения под влиянием другой причины. По аналогии с фотографией: хороший или плохой проявитель не является причиной появления или непоявления изображения. Оно в любом случае уже существует в фоточувствительном слое. Характер проявления "набросов", "шелушения" и "непокрытых участков" во времени такой же, как у "вспучивания" и у "обрыва". В течение дня – то есть, то нет, то сильно, то слабо. Периоды массового брака продолжаются и месяц, и два, а то и больше. Можно утверждать, что "вспучивание", "наброс" и непокрытые участки появляются по причинам более тонким, чем нарушения технологии или некачественные материалы. Одно время возлагались большие надежды на непрерывную фильтрацию электролитов. Несколько лет работы в этом направлении совместно с Тверским политехническим институтом (ныне ТГТУ – В. А. Никифоров, Е. А. Панкратов, В. А. Маркова, Е. И. Новикова, Н. Б. Барбашинова) выявили, что непрерывная фильтрация электролитов фильтрэлементами на основе полиамидных фибридов (патент), обладающих фильтрующими и сорбционными свойствами, способствует задержанию как механических, так и всевозможных коллоидных образований в электролите, которые разряжаются на катоде и внедряются в осадок золота, а также и некоторых химических примесей катионного характера, что положительно сказывается на чистоте и однородности покрытия. Также снижается брак по "набросам" на никелевом покрытии, причиной которых считается наличие механических примесей. Но одновременно с этим выявилось, что фильтрация практически не оказывает влияния на шелушение, набросы на золотом покрытии, а также на непокрытые участки. Явления точечного растравливания поверхности деталей иногда замечались даже в ваннах химического обезжиривания. Аналогичную ситуацию рассказал сотрудник Тверского Государственного университета Г. А. Кураков. Когда он работал на производстве, у них было замечено явление окисления деталей в процессе их обезжиривания. Они заметили, что когда вносили в помещение мешки с силикагелем, окисление прекращалось. Есть ещё факты, основанные на количественных измерениях ( см. часть 2). Предисловие. Часть 1. Окислительно-восстановительные флуктуации – дефекты покрытий. Часть 2. Флуктуации скоростей осаждения, растворения металлов. Часть 3. Природа явлений. Гипотеза |
| Дата публикации: 17 января 2004 года | В начало |
© ТвРО РХО им. Д. И. Менделеева • "Мельницы и жизнь", 2001... |
