Grabando

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El grabado es un grupo de métodos tecnológicos para la eliminación controlada de la capa superficial de material de la pieza de trabajo bajo la acción de productos químicos. Varios métodos de grabado prevén la activación de reactivos de grabado por otros fenómenos físicos, por ejemplo, la aplicación de un campo eléctrico externo durante el grabado electroquímico, la ionización de átomos y moléculas de reactivos durante el grabado con plasma iónico, etc.

Definición. Especies

En la literatura, el término "grabado" suele ir acompañado de una definición que explica la tecnología de grabado específica (química, ácida, alcalina, electroquímica, etc.). Cuando se usa el término "grabar" sin definición adicional, por regla general, se quiere decir grabado químico en un electrolito acuoso .

Si es necesario conservar una parte de la superficie a grabar, entonces se protege (química o mecánicamente) aplicando una máscara especial.

Los principales tipos de grabado:

líquido (soluciones químicamente activas),
electroquímico,
seco (pulverización física, pulverización iónica, grabado químico en fase gaseosa, grabado con iones reactivos ).

Proceso de grabado

El proceso de grabado se divide en los siguientes pasos:

preparación de superficies (por ejemplo, esmerilado y pulido mecánico, desengrasado);
interacción de un grabador o electrolito (soluciones de ácidos , soluciones y fundidos de sales y álcalis , otros líquidos orgánicos e inorgánicos, plasma) con el material que se procesa;
limpiar la superficie del grabador y los productos de grabado (por regla general, esto es lavar con algún tipo de solvente).

El proceso de grabado puede ir acompañado de desprendimiento de gas. En particular, el grabado ácido de metales suele ir acompañado de desprendimiento de hidrógeno , lo que requiere la aplicación de medidas de seguridad especiales.

Al realizar obras de arte, en la producción de placas de circuito impreso y dispositivos electrónicos que utilizan técnicas de litografía , parte de la superficie está protegida por máscaras de sustancias que son resistentes al grabado. Aunque durante el proceso de grabado solo se procesa la superficie, con un grabado prolongado, el material debajo de la máscara cerca de sus bordes también comienza a grabarse, lo que puede provocar daños en la pieza de trabajo.

El proceso de grabado tiende a ser selectivo. La selectividad del grabado se basa en la diferencia en las velocidades de una reacción química en diferentes partes de la superficie grabada. En particular, las áreas superficiales con macro y microdefectos, como grietas, rasguños, dislocaciones, vacantes, átomos de impurezas en la red cristalina y otros, se caracterizan por una mayor tasa de grabado. Por ejemplo, en un material policristalino , la tasa de ataque químico de los límites intergranulares que emergen en la superficie es más alta que la tasa de ataque químico de la superficie de los propios cristalitos: esta diferencia se usa a veces para el tratamiento posterior del silicio metalúrgico finamente dividido . La selectividad del grabado también se ve afectada por la anisotropía de las propiedades de los monocristales , es decir, las diferentes caras de los cristales se graban a diferentes velocidades: esta diferencia se utiliza para manifestar defectos en la red cristalina de un monocristal, mientras que los defectos a escala atómica provocar la aparición de hoyos de grabado característicos (debido a la anisotropía del cristal - la dependencia del resultado del grabado en las direcciones) formas a escala micrométrica. Los hoyos de grabado resultantes se pueden evaluar tanto cualitativa como cuantitativamente utilizando un microscopio óptico convencional. Con una alta concentración de defectos en el área grabada, la neblina y las ondas son claramente visibles a simple vista.

En algunos casos, la tendencia del proceso de grabado a la selectividad juega un papel negativo y debe reducirse tanto como sea posible. El grabado no selectivo (más precisamente, débilmente selectivo) se llama pulido. Con el grabado de pulido, por regla general, el segundo paso de grabado (ver arriba) ocurre mucho más rápido que el tercer paso, como resultado de lo cual la mayor parte del material de la superficie tiene tiempo para reaccionar y pasivarse temporalmente antes de que los productos de grabado de pasivación liberen la superficie para el siguiente acto elemental de reacción química. La transformación del mecanismo de grabado en uno de pulido se puede lograr mediante una selección adecuada de reactivos, o cambiando su concentración, o seleccionando las condiciones de temperatura de reacción, o mediante una combinación de estos métodos.

Un ejemplo de una clara dependencia de la concentración de la selectividad del proceso de grabado es el grabado de silicio en una mezcla de ácidos nítrico y fluorhídrico concentrados . En la mezcla, el ácido nítrico es responsable de la oxidación de la superficie de silicio y el ácido fluorhídrico es responsable de la transferencia del óxido a la fase gaseosa que se escapa. Cuando la proporción en peso de ácido nítrico a ácido fluorhídrico es inferior a 1:1, el grabado es puramente selectivo. Con un aumento en la concentración de ácido nítrico a 2:1, el grabado adquiere un carácter de pulido pronunciado.

Grabadores

Los grabados se utilizan en el grabado químico y electroquímico. Los grabados para grabado electroquímico en ausencia de corriente eléctrica pueden no afectar en absoluto al material, o su efecto puede diferir del efecto cuando fluye una corriente eléctrica.

Hay grabadores de un solo componente y de varios componentes.

Los componentes de los grabadores multicomponentes desempeñan 3 funciones principales en el grabado:

modificación de la superficie del material procesado (por ejemplo, oxidación superficial);
disolución del material modificado (por ejemplo, disolución del óxido resultante);
control del proceso de ataque químico (por ejemplo, aumento o disminución de la velocidad de ataque químico, aumento o disminución del grado de selectividad de ataque químico, etc.).

Hay grabadores selectivos y no selectivos. El grado de selectividad del grabador también puede ser diferente.

Algunos de los grabadores selectivos pueden estar puliendo.

Aplicación

Se aplica grabado:

para eliminar la capa superficial de contaminantes, óxidos, películas grasas, etc. (por ejemplo, incrustaciones de un producto semiacabado en metalurgia );
para revelar la estructura de los materiales (por ejemplo, la estructura de metales y aleaciones en metalografía );
para aplicar un patrón de relieve en el procesamiento artístico de materiales (generalmente metales).
para la formación de pistas y almohadillas conductoras en la producción de placas de circuito impreso
para la formación de pistas, almohadillas y ventanas conductoras en capas de óxido para difusión en la fabricación de circuitos integrados por fotolitografía ;
para la fabricación de membranas (grabado de orificios ultrapequeños mediante el método de fotolitografía);
para el pulido químico de la superficie y eliminación de la capa alterada durante el tratamiento mecánico anterior.

Literatura

V. V. Usova, T. P. Plotnikova, S. A. Kushakevich. Grabado de titanio y sus aleaciones.
M. Beckert, H. Klemm. Métodos de grabado metalográfico. Directorio.

Lecturas adicionales

Danilin BS, Kireev V. Yu. Aplicación de plasma de baja temperatura para grabado y limpieza de materiales. - M. : Energoatomizdat, 1987. - 263 p.

Ivanovsky G. F., Petrov V. I. Procesamiento de materiales por plasma iónico. - M. : Radio y comunicación, 1986. - 232 p.

Forrester, T. A. Haces de iones intensos. — M .: Mir, 1992. — 354 p. — ISBN 5-03-001999-0 .

Véase también

diccionarios y enciclopedias	Britannica (en línea)