Sau khi phơi sáng, mẫu được ngâm rửa trong dung dịch thuốc hiện ma-D 331 (Microresist), thời gian ngâm mẫu trong thuốc hiện là khoảng 35 giây. Sau đó rửa sạch mẫu bằng nước khử ion và quay mẫu trên máy quay ly tâm để làm khô hoàn toàn.
2.1.3.3. Quá trình Ăn mòn
Sau khi thực hiện quang khắc để định hình ăng-ten trên đế Cu, nung mẫu trên lò nung tiếp xúc ở 120oC trong 5-10 phút để làm cho lớp chất cảm quang chắc chắn hơn trong quá trình ăn mòn sau đó.
Dung dịch ăn mòn được sử dụng là hỗn hợp axit sulfuric và kali dichromate với tỷ lệ H2SO4 1,3 mol/l và K2Cr2O7 0,63 mol/l. Thời gian ăn mòn tùy thuộc vào độ dày của lớp màng Cu, tốc độ ăn mòn khoảng 50 nm/s ở 50oC.
Trang 44
Hình 2. 8Mẫu ăng-ten sau khi ăn mòn.
Sau khi ăn mòn xong, mẫu được rửa sạch bằng nước khử ion. Đến lúc này, hình dạng ăng-ten được định hình trên đế PET tại những vị trí được lớp cảm quang bảo vệ. Để loại bỏ lớp cảm quang, ngâm mẫu trong acetone cho đến khi photoresist tan hoàn toàn. Sau khi rửa sạch mẫu và quay khô trên máy quay li tâm mẫu sẽ được chuyển sang bể mạ để thực hiện bước tiếp theo.
2.1.4. Quá trình mạđiện:
Vai trò của quá trình mạ điện: làm cho lớp đồng dày đến 10µm. Chúng tôi nhận thấy khi tẩy gỉ trước khi mạ điện bằng dung dịch H2SO4 2% đã có kết quả tốt hơn khi không tẩy gỉ. Tẩy gỉ tức là loại bỏ lớp oxit trên bề mặt kim loại nền trước khi mạ. Khi tẩy gỉ thì lớp mạ trên kim loại nền gắn bám tốt, tinh thể nhỏ, ít lỗ thủng hơn. Chúng tôi “tẩy gỉ” bằng phương pháp nhúng trong dung dịch H2SO4 2% trong 2 giây rồi rửa kĩ bằng nước khử ion sau đó thổi khô và đem nung vài phút trước khi mạ điện. Chúng ta cần bề mặt mẫu tốt và đồng đều trước khi cho vào bể mạ vì chính những chỗ “khuyết tật” do bị oxi hóa sẽ làm cháy mẫu quanh những vị trí đó. Nếu bề mặt mẫu càng đồng đều trước khi mạ điện thì chất lượng lớp mạ sẽ tốt, đồng đều hơn rất nhiều, không có chỗ lồi, lõm. Chúng ta cần gia công thật kĩ trước khi cho vào bể mạ vì chính những “khuyết tật” này sau khi mạ sẽ càng lộ rõ hơn và dễ bị bong ra tại chỗ đó.
Trang 45
Hình 2. 9Sơđồ khối hệ mạđiện
Trong quá trình mạ điện, mẫu ăng-ten sau khi quang khắc được gắn với cực âm catốt, điện cực đồng đóng vai trò cực dương Anốt của nguồn điện trong dung dịch mạ. Cực dương của nguồn điện sẽ hút các electron trong quá trình ôxi hóa và giải phóng các ion kim loại dương, dưới tác dụng lực tĩnh điện các ion dương này sẽ di chuyển về cực âm, tại đây chúng nhận lại electron trong quá trình ôxi hóa khử hình thành lớp kim loại đồng bám trên bề mặt của đế PET đã có hình ảnh ăng-ten. Độ dày của lớp mạ tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện của nguồn và thời gian mạ.
Dung dịch mạ là yếu tố rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của lớp mạ. Cụ thể các thành phần trong dung dịch mạ gồm có: đồng sunphat chính là nguồn cung cấp ion Cu2+ cho quá trình mạ điện, axit sunphuric là thành phần thực hiện quá trình dẫn điện, dung môi cho ion dịch chuyển và làm ăn mòn anốt; ion Cl-
đóng vai trò là chất bám dính hữu cơ, làm sáng bề mặt đế PET; chất phụ gia làm lớp mạ sáng, bóng, độ đồng đều cao.
Trang 46
• Luận văn này sử dụng chất phụ gia dành cho việc mạ đồng là: 1. Phụ gia bóng SurTec 865 A
2. Phụ gia dẻo SurTec 865 B 3. Dung dịch pha hồ SurTec 865 C
Ưu điểm của các chất phụ gia này là: [13]
• Tạo lớp mạ bóng sáng phản chiếu với độ phẳng và độ xuyên sâu rất tốt, đặc biệt tại mật độ dòng điện thấp
• Lớp mạ dẻo, ứng suất thấp
• Thích hợp cho những chi tiết phức tạp, có nhiều ngóc ngách
• Ứng dụng cho quy trình mạ treo và mạ quay
• Tính kinh tế cao: phụ gia hiệu quả và chi phí bổ sung thấp
• Không bị ảnh hưởng bởi việc đóng ghim hay đục lỗ
• Hệ phụ gia bóng ổn định, giảm thiểu những sản phẩm hỏng
Thành phần chất điện ly:
• CuSO4.5H2O: 200 g/l
• H2SO4 (đậm đặc 96 %): 60 g/l
• SurTec 865 C Make-up Solution 8 ml/l (4-10 ml/l)
• SurTec 865 A Brightener 0,8 ml/l (0,8 - 1,2 ml/l)
• SurTec865 B Leveller 0,4 ml/l (0,2-0,8 ml/l)
• Dung dịch HCl 60 mg/l (30-120 mg/l)
- Thế hở mạch (trước khi đưa cực âm Catốt xuống bể mạ): 3V ứng với dòng 0A
- Nhiệt độ của bể mạ: 70 – 800F
Chiều dày lớp mạđược tính như sau : mCu= AIt
Fn
Với Đồng có A=64g; n=2;F=96485A.s.mol-1=26,8A.h.mol-1; D=8960kg/m3
. . .
m
D m D V D S h V
Trang 47 Mà It D S h F n. . . . A = (A.h) Ví dụ h = độ dày lớp đồng cần mạ (10μ m); S=10cmx10cm 3 2 2 6 8960.10 .10.10 .10.10 .10.10 .26,8.2 0,7504 64 It Ah − − − = = (luận văn sử dụng cách tính
này để SET cho đồng hồ A.h)
Trước khi mạ:
- Dung dịch phải được sục khí trước 10 phút để tránh hiện tượng thụ động hóa anốt.
- Tất cả các điện cực đều phải được tẩy rửa dầu mỡ bằng dung dịch methanol và rửa sạch các chất hữu cơ bằng cách nhúng vào 10%KOH, rửa sạch bằng nước cất và cuối cùng nhúng trong 10% axit sunphuric trước khi đưa vào bể mạ.
Để đảm bảo lớp mạ đồng đều, cần đặt mẫu trên điện cực catốt sao cho song song với anốt.
Trong quá trình nghiên cứu, cần kiểm tra dung dịch mạ bằng phương pháp Hull Cell và xử lý một số sự cố theo bảng 1.
Phương pháp Hull Cell
Hull Cell là một bể mạ nhỏ được thiết kế hổ trợ cho người sử dụng để phân tích và xử lý sự cố của dung dịch trong quá trình mạ.
Nó được thiết kế có thể tích là 267ml và có hình dạng là hình tam giác vuông, được dùng để kiểm tra điều kiện của bể mạ, cho phép tối ưu vùng mật độ dòng, tối ưu nồng độ chất pha, nhận ra được những tạp chất có trong dung dịch.
Trang 48 Bảng 1 Một số vấn đề lưu ý trong quá trình mạ:[8][9] VẤN ĐỀ NGUYÊN NHÂN CÁCH KHẮC PHỤC Lớp mạ có xu hướng cháy, gai a) Nhiệt độ bể mạ thấp (dưới 200C)
Tăng nhiệt độ lên 24 -280C
b) Nồng độ đồng quá thấp Tăng diện tích bề mặt anốt hoặc thêm đồng sunphat vào dung dịch
Lớp mạ không bóng a) Nhiệt độ bể quá cao (trên 300C)
Làm lạnh điện cực b) tạp chất hữu cơ Thêm vào 50 -
100mg/l Na2SO4
Mức đồng đều, độ bám dính quá thấp; lớp mạ bị bong
Ion Cl vượt hơn (hơn 150mg/l)
Thêm vào 1% dung dịch Bạc sunphat (4,4ml/l kết tủa 10mg/l Clo)
Điện cực không làm lớp mạ sáng hơn
Tạp chất dơ Thêm vào 50-
100mg Na2SO4 và sử lý điện cực bằng 5-10g/l than hoạt tính sau đó kiểm tra bằng Hull cell Chất phụ gia quá
nhiều
a) Dung dịch bể quá ấm Làm lạnh điện cực b) nồng độ dung dịch mạ và
độ sáng lớp mạ không đúng tỉ lệ
Điều chỉnh tỉ số cho đúng, sử dụng kiểm tra bằng Hull cell
Trang 49
c) Chất trợ lọc không phù hợp hoặc vượt quá lượng cho phép
Sử dụng chất trợ lọc trong giới hạn 300 – 500g/m2 d) chất cặn vượt quá tại
anốt
Điều chỉnh lại Anốt cho phù hợp (không vượt quá 2,5A/dm2)
Sau khi mạ:
- Rửa bằng nước khử ion và thổi khô bằng khí Nitơ
Hình 2. 10Thiết bị mạđiện Đồng hồ V - A Đồng hồ A.h Đồng hồ nhiệt độ bể Bể mạ Bơm sục khí
Trang 50
Hình 2. 11Ăng-ten sau khi mạ.
2.2. PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CHẾ TẠO ĂNG- TEN
2.2.1. Khảo sát độ bám dính của mẫu
Để khảo sát độ bám dính của lớp màng đồng và ăng-ten trên đế PET, chúng tôi sử dụng phương pháp “cross-hatch” với cách thực hiện như sau:
• Đối với mẫu lớn chúng tôi rạch những đường song song và cách đều nhau khoảng 2 mm như hình rồi dùng băng keo để khảo sát độ bám dính:
Trang 51
Hình 2. 12Lớp màng Đồng bám dính tốt và không tốt
• Đối với mẫu Ăng-ten, chúng tôi dán băng keo trực tiếp lên ăng-ten rồi kéo khỏi lớp nền.
Hình 2. 13Ăng-ten bám dính tốt và không tốt
2.2.2. Khảo sát hình thái bề mặt lớp màng:
Chúng tôi khảo sát bề mặt mẫu bằng kính hiển vi điện tử quét SEM Jeol/JSM – 6480LV của Nhật và độ gồ ghề bề mặt bằng kính hiển vi lực nguyên tử AFM Nanotec Electronica S.L của Tây Ban Nha đặt tại Phòng Thí nghiệm Công nghệ
Trang 52
Nano. Dựa vào hình thái bề mặt và độ gồ ghề của mẫu chúng ta sẽ tìm ra được điều kiện của nồng độ bể mạ, cũng như các thông số chất phụ gia làm ảnh hưởng đến lớp mạ, nhiệt độ ảnh hưởng đến lớp mạ.
Hình 2. 14SEM Jeol/JSM – 6480LV
Trang 53
2.2.3. Khảo sát kích thước bằng kính hiển vi quang học GX51
Chúng tôi sử dụng kính hiển vi quang học GX51tại phòng thí nghiệm Công nghệ Nano để khảo sát kích thước và hình dạng ăng-ten. Chúng tôi sử dụng ống kính ×10 để chụp ảnh ăng-ten, sai số của ống kính này là ± 1,4μm.
Hình 2. 16Kính hiển vi quang học GX51
Quy trình đánh giá sử dụng kính hiển vi quang học GX51 bao gồm các bước: chụp hình ăng-ten tại các vị trí đã đánh dấu, so sánh hình dạng và kích thước của ăng-ten tại vị trí tương ứng trước và sau khi mạ điện. Khi đánh giá kích thước của các vị trí của mẫu đã đánh dấu chúng ta sẽ khảo sát được độ tăng kích thước so với ban đầu, độ tăng kích thước so với độ tăng bề dày của mẫu sau khi mạ.
Trang 54
Hình 2. 17Vị trí khảo sát kích thước của ăng-ten
Hình 2. 18Ảnh chụp vị trí ăng-ten bằng kính hiển vi quang học GX 51
Đồng thời chúng tôi cũng khảo sát tỉ sốđộ tăng kích thước so với độ
tăng bề dày của mẫu. Vì khi mạđiện để tăng bề dày ăng-ten thì kích thước của ăng-ten cũng tăng theo.
Δd
Trang 55