РАСТВОР ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ НИКЕЛЬ - БОР Российский патент 1994 года по МПК C23C18/34 

Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий способом химического восстановления, в частности к осаждению никель-бор покрытий на медь, и может быть использовано, например, в электронной, радиопромышленности и приборостроении при производстве печатных плат.

Известен раствор для нанесения химических покрытий никель-бор, содержащий хлористый никель, борогидрид натрия, виннокислый калий-натрий, этилендиамин, гидроксид натрия и воду. Недостатком указанного раствора является его невысокая стабильность - время от момента начала процесса осаждения до появления в объеме раствора металлических частиц, катализирующих его спонтанное разложение. Известно, что введение в состав этого раствора стабилизаторов: 6-нитробензимидазола и 2-пиримидинтиола позволяет существенно повысить его стабильность, а также увеличить скорость процесса осаждения и получить ровные матовые покрытия с улучшенной способностью к пайке. Однако, как показала практика, для повышения производительности труда требуется дальнейшее увеличение скорости осаждения никель-бор покрытий.

Целью изобретения является повышение скорости процесса осаждения никель-бор покрытий, характеризующихся хорошей способностью к образованию контактных соединений методом пайки, а также высокой коррозионной устойчивостью.

Цель достигается тем, что в водный раствор химического никелирования, включающий хлористый никель, виннокислый калий-натрий, этилендиамин, борогидрид натрия, гидроксид натрия, воду, 5-нитробензимидазол и 2-пиримидинтиол, взамен двух последних веществ, выполняющих функцию стабилизирующих добавок раствора, вводится одно вещество - серосодержащее производное пиримидина-2,4-дитио-1,2,3,4-тетрагидрапиримидин при следующем соотношении компонентов, г/л: Хлористый никель тетрагидрат 2,3-23
Виннокислый калий-натрий тетрагидрат 11-113 Этилендиамин 0,9-9 Гидроксид натрия 10-60
2,4-дитио-1,2,3,4-тетра- гидрапиримидин 0,00144-0,0288 Борогидрид натрия 0,1-0,8 Вода до 1 л
Используемый в составе раствора 2,4-дитио-1,2,3,4-тетрагидропиримидин представляет собой порошок желтого цвета, растворимый в воде, и имеет структурную формулу

Рабочий раствор готовят путем смешивания в необходимых количествах растворов II, II и III. Приготовление раствора I, содержащего хлористый никель, сегнетову соль, этилендиамин и гидроксид натрия, осуществляют последовательным растворением компонентов в 600 мл воды. Раствор II представляет собой 0,018% -ный раствор 2,4-дитио-1,2,3,4-тетрагидропиримидина, раствор III - 1%-ный раствор борогидрида натрия в 0,5 NaOH. Для приготовления рабочего раствора к раствору I добавляют при перемешивании 8-160 мл раствора II и 10-80 мл раствора III. Объем доводят до 1 л. Температура процесса 85 + 2^оС.

Сопоставительный анализ заявляемого состава раствора химического осаждения никель-бор с известным показывает, что заявляемый раствор отличается от известного тем, что взамен двух веществ - 5-нитробензимидазола и 2-пиримидинтиола он содержит одну добавку - серосодержащее производное пиримидина - 2,4-дитио-1,2,3,4-тетрагидропиримидин, которая выполняет функцию стабилизатора никельборогидридного раствора, что приводит к увеличению скорости осаждения покрытия на каталитическую поверхность, а также обеспечивает получение никель-бор покрытий, характеризующихся хорошей способностью к образованию контактных соединений методом пайки и высокой коррозионной устойчивостью. Таким образом, заявляемый состав раствора соответствует критерию "новизна".

В литературе отсутствуют сведения об использовании 2,4-дитио-1,2,3,4-тетрагидропиримидина в состав раствора химического никелирования в качестве вещества, увеличивающего скорость осаждения и обеспечивающего высокую стабильность раствора, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

Осаждение покрытий никель-бор осуществляется на медные проводники печатных плат при рабочей температуре раствора 85+ 2^оС. Процесс начинается самопроизвольно без предварительного контактирования изделия с более электроотрицательным металлом. Время осаждения составляет 45 мин, загрузка не превышает 1 дм²/л. Предварительная обработка поверхности меди включает обезжиривание в растворе состава, г/л: Na₂CO₃ 30-35, Na₃РО₄ 30-35, моющее средство Экстра-5 при температуре 40-60^оС в течение 10-15 мин, травление в полирующем травителе состава, г/л: (NH₄)₂ S₂О₈ 200, H₂SO₄ 50 при комнатной температуре в течение 30-60 с, декапирование в разбавленной НСl (1:1) в течение 2-3 мин. После каждой операции проводится тщательная промывка в проточной и дистиллированной воде.

Сравнительные данные иллюстрируют преимущества предлагаемого раствора для осаждения покрытий никель-бор по сравнению с известным. Скорость осаждения никель-бор покрытия оценивали гравиметрически, внешний вид - визуально и с помощью микроскопа МБС-10. Стабильность раствора (%) оценивали по появлению твердой фазы в объеме и ее накоплению вследствие протекания химического восстановления ионов Ni₂+ борогидридом в объеме раствора. Содержание бора в покрытии определяли с помощью метода атомно-абсорбционной спектроскопии. Коэффициент паяемости определяли по ОСТ 11.029.001-74. Коррозионную устойчивость по ГОСТ 9.308-85.

П р и м е р 1. Печатную плату, подготовленную по описанной выше методике, погружают в нагретый до 85^оС никельборогидридный раствор, приготовленный путем смешивания раствора I, 80 мл раствора II, 20 мл раствора III, имеющий следующий состав, г/л: Хлористый никель 10 Виннокислый калий-натрий 45 Этилендиамин 4,4 Гидроксид натрия 30
2,4-дитио-1,2,3-тетраги- дропиримидин 0,0144 Борогидрид натрия 0,2 Вода до 1 л
Результаты испытаний полученного покрытия никель-бор, представлены в таблице.

П р и м е р 2. Печатную плату, описанную в примере 1, погружают в нагретый до 85^оС никельборогидридный раствор, приготовленный путем смешивания раствора I, 8 мл раствора II и 10 мл раствора III, имеющий следующий состав, г/л: Хлористый никель 2,3 Виннокислый калий-натрий 11 Этилендиамин 0,9 Гидроксид натрия 10
2,4,-дитио-1,2,3,4-тетра- гидропиримидин 0,00144 Борогидрид натрия 0,1 Вода до 1 л
Результаты испытаний полученного покрытия никель-бор представлены в таблице.

П р и м е р 3. Печатную плату, описанную в примере 1, погружают в нагретый до 85^оС никельборогидридный раствор, приготовленный путем смешивания раствора I, 160 мл раствора II и 80 мл раствора III, имеющий следующий состав, г/л: Хлористый никель 23 Виннокислый калий-натрий 113 Этилендиамин 9 Гидроксид натрия 60
2,4-дитио-1,2,3,4-тетра- гидропиримидин 0,0288 Борогидрид натрия 0,8 Вода до 1 л
Результаты испытаний полученного никель-бор покрытия представлены в таблице.

П р и м е р 4 (прототип). Печатную плату, описанную в примере 1, погружают в нагретый до 85^оС никельборогидридный раствор, приготовленный путем смешивания раствора I, 20 мл 0,13%-ного раствора 5-нитробензимидазола, 20 мл 0,011%-ного раствора 2-пиримидинтиола и 20 мл раствора III, имеющий следующий состав, г/л: Хлористый никель 10 Виннокислый калий-натрий 45 Этилендиамин 4,4 Гидроксид натрия 40 5-нитробензимидазол 0,026 2-пиримидинтиол 0,0022 Борогидрид натрия 0,2 Вода до 1 л
Результаты испытаний полученного покрытия никель-бор представлены в таблице.

П р и м е р 5. Печатную плату, описанную в примере 1, погружают в нагретый до 85^оС никельборогидридный раствор, приготовленный путем смешивания раствора I и 20 мл раствора III, имеющий следующий состав, г/л: Хлористый никель 10 Виннокислый калий-натрий 45 Этилендиамин 4,4 Гидроксид натрия 40 Борогидрид натрия 0,2 Вода до 1 л
Результаты испытаний полученного покрытия никель-бор представлены в таблице.

Как следует из приведенных примеров и данных таблицы, замена в никельборогидридном растворе двух добавок - 5-нитробензимидазола и 2-пиримидинтиола на одну - 2,4-дитио-1,2,3,4-тетрагидропиримидин приводит к увеличению скорости процесса осаждения от 12,4 до 16,2 мкм/45 мин с сохранением высокой стабильности раствора и получению хорошо паяемых коррозионно-устойчивых никель-бор покрытий.

Для нанесения на поверхность металла или диэлектрика твердого износостойкого покрытия из сплава никель-бор, способного к образованию контактных соединений методами пайки и сварки, используют раствор для химического никелирования, обладающий высокой скоростью осаждения и высокой стабильностью, который содержит следующие компоненты, г/л: хлорид никеля (гексагидрат) 2,3 - 23, виннокислый калий-натрий 11 - 113, этилендиамин 0,9 - 9, едкий натр 10 - 60, боргидрит натрия 0,1 - 0,8, 2,4-дитио-1,2,3,4-тетрагидропиримидин 0,00144 - 0,0288. 1 табл.

РАСТВОР ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НИКЕЛЬ-БОР, содержащий хлорид никеля, виннокислый калий-натрий, этилендиамин, едкий натр, боргидрид натрия и серусодержащее производное пиримидина, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости процесса осаждения и сохранения высокой стабильности раствора, он в качестве серусодержащего производного пиримидина содержит 2,4-дитио-1,2,3,4-тетрагидропиримидин при следующем соотношении компонентов, г/л:
Хлорид никеля (гексагидрид) 2,3 - 23
Виннокислый калий-натрий 11 - 113
Этилендиамин 0,9 - 9,0
Едкий натр 10 - 60
Боргидрид натрия 0,1 - 0,8
2,4-Дитио-1,2,3,4-тетрагидропиримидин 0,00144 - 0,288