Способ очистки металлических поверхностей деталей от окалины, окислов, ржавчины

 

Использование: химическая очистка поверхности металлов, в частности металлических поверхностей деталей в процессе производства полупроводниковых приборов, радиотехнических изделий, например, металлизированных поверхностей печатных плат для монтажа, коммуникаций и энергетического оборудования городского хозяйства. Способ состоит в обработке очищаемых металлических поверхностей водным раствором сульфомалеинового ангидрида, концентрация которого составляет 10-30 мас.%, в течение 10-20 мин при 50-80^oС.

Изобретение относится к химической очистке поверхности металлов, в частности металлических поверхностей деталей в процессе производства полупроводниковых приборов, радиотехнических изделий например металлизированных поверхностей печатных плат для монтажа, коммуникаций и энергетического оборудования городского хозяйства.

Изобретение может найти применение также в других областях техники - машиностроении, авиастроении и прочих областях, связанных с операцией очистки (декапирования) металлических поверхностей деталей от окислов перед гальваническим нанесением покрытий в процессе производства различных изделий.

При изготовлении полупроводниковых приборов широко применяют различные металлы и их сплавы: медь, никель, алюминий, вольфрам, молибден, ковар, бронзу, латунь, сталь и другие.

Одной из важнейших операций в процессе изготовления приборов, в том числе полупроводниковых, является очистка металлических поверхностей деталей, от качества которых зависят электрические параметры и технико-экономические показатели готовых изделий.

Известны способы очистки металлических поверхностей от загрязнений, в частности от окалины, окислов, которые состоят в обработке очищенных деталей в многокомпонентных растворах на основе неорганических кислот [1-5] Общими недостатками этих способов являются: существенное загрязнение окружающей среды продуктами реакций; токсичность процесса очистки; ярковыраженная эрозия поверхности металла; необходимость и сложность утилизации отработанных химических реактивов.

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемому предложению является способ очистки металлических поверхностей деталей, применяемый в настоящее время в производстве перед нанесением на поверхность металлических деталей защитных покрытий [6] Этот способ состоит в погружении металлических деталей в раствор, содержащий неорганические кислоты (NHO₃, Н₂SO₄, НF и др.), с последующей обработкой в нем. Этот способ принят за прототип изобретения. Недостатки, присущие этому способу, те же, что и для [1-5] Кроме того, общим недостатком способов с применением неорганических кислот и растворов на их основе является большой объем их потребления и, в ряде случаев, невозможность их многократного использования.

Целью изобретения является устранение недостатков прототипа, т.е. разработка такого способа очистки металлических поверхностей деталей от загрязнений (окалины, окислов, ржавчины и т.д.), который позволил бы обеспечить охрану окружающей среды, нетоксичность технологического процесса, высокое качество очищаемой поверхности, отсутствие эрозии очищаемой поверхности, ресурсосбережение (исключение дорогостоящих неорганических кислот), увеличение срока жизни раствора за счет уменьшения количества шламов и, следовательно, повышение производительности процесса, возможность рециклирования (неоднократного применения) одного и того же раствора.

Это достигается способом очистки металлических поверхностей деталей от загрязнений, в частности окислов, окалины, ржавчины, путем обработки в растворе, отличающимся тем, что в качестве раствора используют водный раствор сульфомалеинового ангидрида (СМА), эффективное количество которого составляет от 10 до 30 мас. а обработку ведут в течение 10-20 мин при 50-80^oС.

СМА, являющийся органическим соединением, получают взаимодействием малеинового ангидрида с трехокисью серы.

Это соединение (СМА) нетоксично. Предполагаемый способ очистки металлических поверхностей деталей от окислов с использованием СМА существенно отличается от способа-прототипа (очистка в кислотном растворе), а также от способов-аналогов.

Применяемый в способе состав раствора, содержащий воду и СМА, обладает высокой очищающей способностью по отношению к металлическим поверхностям вследствие того, что СМА образует с окислами металлов, загрязняющих поверхность, водорастворимые соединения, которые согласно своей конформации не адсорбируются на металлической поверхности.

Этот механизм очистки принципиально отличается от механизма очистки в способе-прототипе, а также в способах-аналогах. Кроме того, в отличие от способа-прототипа, предлагаемый способ вследствие использования СМА позволяет образовать буферный раствор с постоянным водородным показателем рН (рН1); обеспечивает возможность регенерации раствора путем его очистки от металлических примесей.

Выбранный диапазон содержания СМА в растворе, а также временной и температурный диапазоны обработки металлических деталей в этом растворе определены экспериментально на основании результатов исследований по очистке поверхности деталей полупроводниковых приборов перед сборкой печатных плат перед монтажом, а также элементов коммуникаций энергетического оборудования (труб, вентилей и пр.).

Предлагаемый способ был осуществлен на операции очистки деталей полупроводниковых приборов перед сборкой в корпус КД-1 в стандартном для производства кремниевых переключательных диодов типа КД 407 технологическом маршруте.

Очистку кристаллосодержателя производили перед напайкой кристалла кремния на кристаллодержатель из плателита ПТБ-1.

Исходным материалом для раствора являлись вода водопроводная ГОСТ 2874-82 и СМА ТУ 38507-63-0268-02. СМА представляет собой прозрачную маслянистую жидкость желтоватого цвета, нетоксичную (4-й класс опасности), без запаха. Раствор приготовляли следующим образом: ингредиенты отмеривали в нужных массовых частях, затем СМА соединяли с водой при комнатной температуре и тщательно перемешивали любым известным способом. После этого раствор был готов к употреблению. Срок хранения раствора не ограничен. Исследовали 5 вариантов раствора с разным содержанием ингредиентов в 100 мас. раствора: 1 вариант 5 мас. СМА; 2 вариант 10 мас. СМА; 3 вариант 20 мас. СМА; 4 вариант 30 мас. СМА; 5 вариант 40 мас. СМА.

В рабочую ванну заливали приготовленный раствор, затем его подогревали любым способом до нужной температуры.

Были выбраны следующие режимы подогрева: 1 режим 40^oC; 2 режим 50^oС; 3 режим 60^oС; 4 режим 70^oС; 5 режим 80^oC; 6 режим 90^oС.

Затем в нагретый раствор погружали кристаллодержатели, закрепленные любым способом, например, в стандартной кассете ТТП7811.00.

Время выдержки выбирали в следующих вариантах: 5 мин; 10 мин; 20 мин; 30 мин.

По истечении выбранного времени кассету с кристаллодержателем вынимали из раствора и передавали на известные технологические операции: промывку в деионизованной воде и сушку в термостате при 100^oС в течение 15-20 мин. Затем проводили оценку чистоты поверхности кристаллодержателей визуально: по отсутствию цветов побежалости и характерному цвету обрабатываемого металла.

Эксперименты показали, что наиболее эффективную очистку получали при обработке в растворе, содержащем 20 мас. СМА, при температуре 70^oС в течение 10 мин.

Кроме того, очистка кристаллодержателей перед напайкой кристаллов и сборкой в корпус в водном растворе СМА снижала количество забракованных сборок в 2-3 раза по сравнению с очисткой, предусмотренной в способе-прототипе.

К преимуществам предлагаемого способа относится также то, что раствор для очистки используют в количествах, на порядок меньших, чем в случаях использования известных кислотных растворов.

Кроме того, один и тот же раствор можно использовать многократно, регенерируя его посредством фильтрации, а при его выпаривании добавлением до исходного объема деионизованной воды.

Формула изобретения

Способ очистки металлических поверхностей деталей от окалины, окислов, ржавчины путем обработки их раствором, отличающийся тем, что в качестве раствора используют водный раствор сульфомалеинового ангидрида с концентрацией последнего от 10 до 30 мас. а обработку в нем ведут в течение 10-20 мин при 50-80^oС.