Введение к работе
Актуальность, темтл nncctp-ramm. В связи с дефицитом золота, серебра и других
благородных металлов, а также возрастающей их стоимостью, за рубежом ив нашей
Республике ведутся исследования с целью замени пленочных покрытий из перечисленных металлов, используемых в микроэлектронике, приборостроении, радиопромышленности и др. отраслях, на другие покрытия, в частности никель-бор. Эти по-крытш1, вследствие наличия п их составе неметаллической фазы бора (от долей до 10 вес.0/.), обладают рядом уникальных свойств : повышенной коррозионной стон-костью, изпосостойкостыо, твердостью, невысоким удельный и коптактиым сопротивлением и т. д., что позволяет рекомендовать нх использование вместо золота либо в качестве подслоя при нанесении очень тонких слоев золота, а тшоке виесто палладия «ли серебра.
Возможности широкого применения пленок ГЛ-В требуют решения ряда науч-иых п прикладных задач, связанных с усовершенствованней техпологин осаждения, повышением эффективности функционирования используемых растворов и их удешевлением, а также исследованием структурных особенностей н свойств осаждаемых пленок п.злписнместн <уі содержания неметаллического компонента. Имеющиеся лл-Tqj.irypnuc данные по электроосаждешпо пленок Ni-B, как правило, посвящены разработке рецептуры растиороп н в основном содержатся в патентной лптеротуре. В качестве борсодержащих соединений в описанных растворах используют в основном борошдрид натрии и производные алкняаштоборана. Эпектрояяти, содержащие аякидашшобораны (диметиламиноборан, трнметнламнноборан), более стабильны в работе по сравнению с борогидрндиыми растпораші, а осаждение проводится нз растворов, рН которых может варьироваться в широких пределах - от 3 до 9. Однако данные соединения высоко токсичны и отечественной промышленностью не производятся.
В последнее время появились публикации о возможности использования в процессе элсктрооеаждення пленок Ni-B новых более стабильных борсодержащих соединений, таких как дикарбоундскаборан калия (K(CjB?Mn)), дскагидроборат натрия (NniHicllit). Пронесе элсктроосаждения из растворов, содержащих дскагидроборат натрич изучен недостаточно и касается в осповном получения пленок Ni-B с содержанием бора до і всс.%. Возможность осаждения пленок с широким диапазоном содержания бора из электролитов, содержащих данное соединение, не рассматривается. 11с выявлены факторы, определяющие химический состав плевок, от-
2 сутстпуют данные об их структуре и свойствах в зависимости от содержания неметаллического компонента.
Цель лашюй работу состояла в исследовании процесса электрохимического осаждепля плсиок Ni-B , выявлении факторов определяющих содержание бора г. пленках, изучении особенностей их фазового состава, химического состояния пиксд* и бора на поверхности и в объеме пленок, исследовании структуры и структурно-фазовых превращений, протекающих при термообработке, установлении взаимосвязи между составом , структурой и свойствами пленок Ni-B в зависимости от содержания неметаллического компонента.
Данная работа выполнялась в рамках Республиканской комплексной программы фундаментальных исследований Твердофазные реакции" и Республиканских научпо-техпипсскнх программ "Коррозия и защита материалов" и 'Триботехника".
Цаушая повюиа полученных результатов. Впервые проведено систематическое исследование процесса элсктроосаждения из водных растворов пленок Ni-B а присутствии борсодержащего соединения декагидробората натрия н выявлены условия, при которых формируются пленки с широким диапазоном содержания бора (от десятых долей до 30ат.%). Установлен характер влияния состава раствора, рН, плотности тока, температуры осаждения на состав плсиок.
Методами рецтгепофаэоаого анализа, Оже- а рентгеновской фотоэлектронной
спектроскопия, дифференциальной сканирующей калориметрии исследоваи фазовый
состав пленок Ni-B с различным содержанием бора, химическое состояние компонен
той на поверхности плсиок н б.объеме. Установлено, что варьирование содержания
неметаллического компопепта-бора позволяет: _получать как поликрнсташшческие,
так и аморфцые пленки п определяет характер-протекайпя кристаллизационных про
цессов при термообработке. ''.''.''
Показано, -о для электроосаждеппых пленок Ni-B характерпо присутствие озшелеппых состояний пнкеяя и бора по всей толщине осаждаемого сдоя. Термообработка пленок приводит к обогащсяню поверхности соединениями бора. Окпспспио прогретых па воздухе полукристаллических плепок протекает только ка поверхности, а аморфных плевок - я в глубине.
Впервые исследовапо коррозиоипо-электрохимичесхое поведепие полнкрпс-таллических и аморфных плепок Ni-B до и после термической обработки. Установлено, что в кислых средах аморфные пленки Ni-B характеризуются более высокой стабильностью по сравнению с пленками, имеющими подикристадлвчсскуіо структуру.
(Трогрев в атмосфер- аргопа, независимо от содержания бора в пленке, привод::! it позрасташпо скорости их анодного растворения, что связано с образованием при прогреве фаз кристаллического никеля и борндоп. Термообработка на воздухе повы-тает устойчивость пленок к растворению.
Установлен характер взаимосвязи между коррозионной стойкостью, мик-рртвердостыо, контактным электрическим сопротивлением и структурой пленок Kill до н после Tqiuoo6pa6oTioi.
Практическая значимость получипіьа результатов. Результати проведенного в рамках дайной работы исследования леглн в основу создания технологического процесса электрохимического осаждения Ni-B покрытия вместо золота па медный рисунок печатних плат, «место золотя и серебра на различного вида контактные устройства и вместо серебра н палладия на ламели печатних плат. Результаты исследования внедрены на ПО "Минский часовой завод", заводах -"Радиодеталь" (г.Пружаиы), "Радиоприбор" (г.Гродно), "Элсктроимяш" (г.Одесса),' "Зеннт" (г.Могилев), ПО "БелВар" (г.Минск), МГПО "Прометали" (г.Мвнск), МПО вычпели-тельпой техшгкн (г.Минск), электромеханический завод (г.Минск), ПО "Экран" (г.Борисов) (акты внедрения прилагаются) .
Соетяп раствора электрохимического осаждения пдепок Ni-B защнщеп патеп-том Беларуси.
Ы Д з атиту лнсссртпит» импогитси:
результаты исследования закономерностей электрохимического осаждения пленок Ni-B из водных растворов;
результаты исследования фазового состава пленок Ni-B в зависимости от содержания п них бора и режимов термической обработки, позволившие определить температурную область сущестаовашш аморфцой структуры и выяснить последовательность фазовых превращений при переходе я равновесное кристаллическое состояние;
результаты исследования электронного состояния поверхностных я глубинных слоев пленок Ni-B, как свежеосажденных, так и после их термической обработки при различных темнерагуриз: п а различных средах (воздух, вакуум);
экспериментальные данные о начальных стадиях элсктрокристаллнзацни и морфологии поли-крнсталличесхнх я аморфных пленок Ni-B;
установленная взаимосвязь между структурой пленок Ni-О я их химический» (коррозионная стабильность), механическими (нвкротвердосгь) я электрачееккия (коїтахтжое сопротивление) свойствами;
рекомендации по практическому использованию элсхтроосаждепных : лепок Ni-B вместо покрытий из золота, серебра и палладия применительно к конкретним условиям эксплуатации.
пклад соискателя. В диссертационной работе использованы экспериментальные данные, полученные лично автором и отраженные в соїшестньїх с сотрудниками НИИ физико-химических проблем (Гаевской Т.В., Цыбульской Л.С., Ивашкевич Л.С.) публикациях.
По материалам дисссртацші опубликовано 7 стаїсй в научных журналах, 7 тезисов докладов, подучеио 2 авторских свидетельства на изобретение.
Апробация результатов диссертации. Результаты диссертации докладывались на Всесоюзных конференциях "Совершенствование технологии гальванических покрытий" (г.Киров,1591г.), "Новые материалы и технологические процессы п производстве печатных шіаі(гЛснпиґрад,1991г.), "Маркетинг, техпологня и оборудоваинс ыихросварки н пайки в производстве электронной техники" (Воронеж, 1993), 4 Межрегиональной Совещании "Тонкие пленки в электронике" (Улан-Удэ, 1992г.), Республиканской научно-технической конференции "Новые материалы и тсхноло-пж"(Мипск,1994 г), конференции молодых ученых БГУ (Минск, 1994 г.).
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, общей характеристики работы, обзора литературы, четырех глав экспериментальной части, заключения, выводов, списка используемой литературы. Работа изложена на 157 страницах машинописного текста, в том числе 10 таблиц (7 стр.), 52 рисунка (47 стр), список используемой литературы из 146 наименований работ (14 стр.).