СПОСОБ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ СПЛАВА ОЛОВО-ИНДИЙ Российский патент 2012 года по МПК C25D3/60 

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к электрохимическому осаждению сплава олово-индий из сульфатного электролита, и может быть использовано в радио- и элекронной промышленности для пайки деталей, узлов, интегральных схем легкоплавкими припоями (Sn-In), для антифрикционных и износостойких покрытий, контактов с низким значением переходного сопротивления, для получения коррозионностойких покрытий в среде смазочных масел и продуктов их сгорания /1-3/.

Для электроосаждения сплава олово-индий используются кислые и щелочные электролиты /4-12/. Из кислых электролитов применяют перхлоратные, сульфаминовые, хлоридные, глицериновые, хлорид-сульфатные, фторборидные электролиты. Из этих электролитов наиболее простыми по составу являются сульфатные. Наиболее близким к изобретению является сульфатный электролит для электроосаждения сплава олово-индий, предложенный в /11/. Состав электролита, г/л: сульфат олова (в пересчете на металл) - 1-3; хлорид индия (в пересчете на металл) - 5-20; серная кислота - 180-200; препарат ОС-20 - 0,1-0,4. Режим осаждения: температура, °C - 20-50; катодная плотность тока, А/дм² - 0,5-1,5; выход по току, % - 11-70; содержание индия в сплаве, мас.% - 12-78.

Недостатки этого электролита:

1. Получаются матовые покрытия;

2. Узкий интервал рабочих плотностей тока;

3. Электролит не обладает выравнивающей способностью.

Задача изобретения - разработка сульфатного электролита для электроосаждения сплава олово-индий, позволяющего получать блестящие покрытия с выравнивающей способностью в более широком диапазоне рабочих плотностей тока.

Поставленная цель достигается тем, что в электролит, содержащий сульфат олова, серную кислоту, препарат ОС-20, вводят сульфат индия, формалин (37%-й раствор), бутиндиол (35%-й раствор) при следующем содержании компонентов, г/л:

- Сульфат олова (в пересчете на металл) - 2-15;

- Сульфат индия (в пересчете на металл) - 2-30;

- Серная кислота - 90-100;

- Препарат ОС-20 - 1-2;

- Формалин (37%-й раствор) - 5-7 мл/л;

- Бутиндиол (35%-й раствор) - 10-15 мл/л.

Режим осаждения:

- Температура, °C - 15-30;

- Катодная плотность тока, А/дм² - 0,5-7;

- Выход по току, % - 37-98;

- Содержание индия в сплаве, мас.% - 0,5-56,0.

Концентрацию сульфата олова (в пересчете на металл) необходимо поддерживать в пределах 2-15 г/л, а концентрацию сульфата индия (в пересчете на металл) - 2-30 г/л.

Отклонение от этих пределов приводит к изменению интервала рабочих плотностей тока и ухудшению внешнего вида покрытий. Содержание индия в сплаве в этом случае изменяется от 0,5 до 56 мас.%.

Концентрация серной кислоты должна быть в пределах 90-100 г/л. Этот интервал концентраций обеспечивает наибольший диапазон катодной плотности тока для получения блестящих покрытий с высоким выходом по току.

Концентрация препарата ОС-20 должна составлять 1-2 г/л. При концентрации ОС-20 меньше 1 г/л получаются серебристые покрытия, а при концентрации больше 2 г/л электролит довольно сильно пенится. На состав сплава концентрация препарата практически не влияет.

Формалин и бутиндиол-1,4 в электролите обеспечивают получение блестящих покрытий сплава. Концентрация формалина (37%-й раствор) должна составлять 5-7 мл/л, а бутиндиола-1,4 (35%-й раствор) - 10-15 мл/л. Отклонение от этих пределов приводит к получению некачественных покрытий (неравномерный блеск, темные полосы на поверхности).

Перемешивание электролита осуществляется механическим путем с помощью мешалки или сжатым воздухом через барботер.

Температура электролита должна быть в пределах 15-30°C. С ростом температуры в этом пределе наблюдается увеличение степени блеска покрытий и незначительное снижение содержания индия в покрытии. При температурах выше 30°C наблюдается сильное помутнение электролита и ухудшается качество покрытий.

Катодная плотность тока изменяется в пределах от 0,5 до 7 А/дм². Интервал рабочей плотности тока определяется в первую очередь концентрацией сульфата олова в электролите. При концентрации сульфата олова (в пересчете на металл) - 15 г/л и концентрации сульфата индия (в пересчете на металл) - 5-20 г/л рабочий интервал плотностей тока составляет 0,5-7 А/дм². Содержание индия в сплаве составляет 0,5-9 мас.%. При концентрации сульфата олова (в пересчете на металл) - 2-3 г/л и концентрации сульфата индия (в пересчете на металл) - 20-30 г/л рабочий интервал плотностей тока составляет 1-4 А/дм². Содержание индия в сплаве составляет 38-56 мас.%. В качестве анодов можно использовать олово марки ОО или сплав олово-индий.

Поскольку анодный выход по току в сульфатном электролите превышает 100%, то целесообразно использовать наравне с растворимыми анодами из олова или сплава олово-индий нерастворимые из графита или свинца.

Во избежание загрязнения электролита анодным шламом аноды следует загружать в чехлы из полипропиленовой ткани.

Корректирование электролита по SnSO₄, In₂(SO₄)₃, H₂SO₄, формалину, бутиндиолу-1,4 проводится по данным химического анализа /13, 14/.

Корректирование электролита по препарату ОС-20 проводится после пропускания 200 А·ч/л, добавляя в ванну 0,5 добавки.

Электролит готовят следующим образом.

Емкость для приготовления электролита на три четверти заполняется дистиллированной водой, и в нее небольшими порциями добавляют серную кислоту (раствор сильно разогревается!). Затем раствор охлаждают до 20-22°C и добавляют в него необходимое количество сульфата олова, интенсивно перемешивая для его растворения. Раствор фильтруют. Затем в фильтрат добавляют сульфат индия и перемешивают до полного растворения. Далее в раствор добавляют препарат ОС-20 (предварительно растворенного в теплой воде), формалин (37%-й раствор) и бутиндиол-1,4 (35%-й раствор), доливают водой до заданного уровня, и электролит готов к работе.

В таблице приведены предлагаемые (1-2) и известные (3-5) электролиты и условия электроосаждения сплава олово-индий.

Как видно из таблицы, предлагаемый электролит (1-2) в отличие от известного позволяет получать блестящие покрытия с выровненной поверхностью в широком интервале плотностей тока.

Полученные блестящие покрытия из предлагаемого электролита имеют микрокристаллическую структуру, беспористые при толщине 6 мкм, прочно сцепленные с основным металлом (медь, сталь).

Таблица Сравнительная характеристика электролитов для электроосаждения сплава олово-индий Компоненты, г/л Составы Условия электроосаждения 1 2 3 4 5 Сульфат олова (в пересчете на металл) 2 15 1 3 3 Сульфат индия (в пересчете на металл) 20-30 5-20 - - - Хлорид индия (в пересчете на металл) - - 5 20 20 Серная кислота 90 100 180 200 200 Препарат ОС-20 1 2 0,1 0,4 0,4 Формалин (37%-й раствор) 5 7 - - - Бутиндиол-1,4 (35%-й раствор) 10 15 - - - Катодная плотность тока, А/дм² 0,5-4 0,5-7 0,5 0,5-1,5 0,5-1,5 Температура, °C 20 30 20 20 50 Выход по току сплава, % 97-37 98-70 11 42-10 70-14 Содержание индия в сплаве, мас.%* 38-56 8-0,5 12 60-12 78-20 Внешний вид покрытий блестящие матовые Степень выравнивания** 0,2-0,46 0,2-0,6 0 0 0 *Анализ сплава проводили комплексонометрическим методом по методике /15/ **Степень выравнивания определяли прямым профилографическим методом на пологом синусоидальном микропрофиле по формуле С.С.Кругликова /16/

Источники информации

1. Яценко С.П. Индий. Свойства и применение. М.: Наука. 1987. 256 с.

2. Справочник по пайке / под ред. С.Н.Лоцманова, И.Е.Петрухина, И.Е.Фролова. - М.: Машиностроение. 1975. - 407 с.

3. Материалы для полупроводниковых приборов / Под ред. М.Терпстра. - М.: Металлургия, 1991. - 128 с.

4. Могилев В.М., Фаличева А.И. Электроосаждение сплава индий-олово. Защита металлов. 1974. - Т.24, №2. - С.192-194.

5. Indira K.S., Udupa H.V.K. Metall finishing. 1972. - V.70. №4. P. 57-61.

6. Ионычева Л.С., Крапивная Е.Д., Дунаевская Ф.М., Красножон Л.Н., Лобода Л.Н. Сравнительная характеристика процессов электроосаждения сплавов индия // Защита металлов. 1981. Т.17. №1. C. 129-131.

7. Голубчик Е.М. Нанесение сплава индий-олово на магний, алюминий и их сплавы. // Защита металлов. 1984. Т.10. №2. С.286-289.

8. Педан К.С., Решетникова Н.Ф. Электроосаждение сплава олово-индий. Гальванотехника и обработка поверхности. 1994. Т.III. №5-6. С.55-57.

9. Раджюненс Б.С., Юктонис С.Э., Скоминас В.Ю. Влияние некоторых органических добавок на электроосаждение олово-индий. Гальванотехника и обработка поверхности. 1996. Т.IV. №2. С.5-9.

10. Зорькина О.В. Электроосаждение индия и сплава индий-олово из кислых цитратных и сульфатных растворов. // Дис. канд. техн. наук. Пенза. 2000. 130 с.

11. Зорькина О.В., Перелыгин Ю.П. Электроосаждение сплава олово-индий из сульфатного электролита. // Материалы Всероссийской конференции "Прогрессивная технология и вопросы экологии в гальванотехнике и производстве печатных плат". - Пенза, ДНТП, 2000. - С.48-49.

12. Перелыгин Ю.П. Электроосаждение индия и сплавов на его основе. Распределение тока между совместными реакциями восстановления ионов на катоде. // Дис. доктора техн. наук. Пенза. 1995. 235 с.

13. Жендарева О.Г., Мухина З.С. Анализ гальванических ванн. - М.: Химия. 1970. 280 с.

14. Котик Ф.И. Ускоренный контроль растворов и расплавов. Справ. - М.: Машиностроение. 1978. 191 с.

15. Бусев А.И., Типцова В.Г., Иванов В.М. Руководство по аналитической химии редких элементов. М.: Химия. 1976. 430 с.

16. Практикум по прикладной электрохимии. Учеб. пособие для ВУЗов // Н.Г.Бахчисарайцьян, Г.К.Буркат и др. Под ред. А.Н.Варапаева, В.Н.Кудрявцева - 3-е изд., перераб. - Химия. 1990. - 304 с.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в радио- и электронной промышленности. Способ включает электроосаждение сплава олово-индий в электролите, содержащем сульфат олова, серную кислоту и препарат ОС-20, при этом содержание индия в сплаве составляет 0,5-56,0 мас.%, а в электролит вводят сульфат индия, формалин (37%-й раствор), бутиндиол-1,4 (35%-й раствор) при следующем соотношении компонентов, г/л: сульфат олова (в пересчете на металл) 2-15, сульфат индия (в пересчете на металл) 2-30, серная кислота 90-100, препарат ОС-20 1-2; формалин (37%-й раствор) 5-7 мл/л, бутиндиол (35%-й раствор) 10-15 мл/л, и проводят осаждение при температуре 15-30°С, катодной плотности тока 0,5-7 А/дм² с выходом по току 37-98%. Технический результат: разработка сульфатного электролита для электроосаждения сплава олово-индий, позволяющего получать блестящие равномерные покрытия в широком диапазоне рабочих плотностей тока. 1 табл.

Способ электроосаждения сплава олово-индий в электролите, содержащем сульфат олова, серную кислоту и препарат ОС-20, отличающийся тем, что содержание индия в сплаве составляет 0,5-56,0 мас.%, а в электролит вводят сульфат индия, формалин (37%-ный раствор), бутиндиол-1,4 (35%-ный раствор) при следующем соотношении компонентов, г/л:
сульфат олова (в пересчете на металл) 2-15 сульфат индия (в пересчете на металл) 2-30 серная кислота 90-100 препарат ОС-20 1-2 формалин (37%-ный раствор) 5-7 мл/л бутиндиол (35%-ный раствор) 10-15 мл/л,