Способ электроосаждения никельсодержащих покрытий Советский патент 1988 года по МПК C25D3/56 C25D3/48 

j;; ю

о о NI

00

Изобретение относится к электроли т,ическому осаждению сплава золото ; никель и может быть использовано в I электротехнической и электронной. I промышленности,

I Цель изобретения - изменение I содержания никеля по толщине покрытия.

Электроосаждение покрытий сплавом золото - Никель ведут из дирофос- фатного электролита чередующимися . пачками импульсов тока, осаждение ; ведут с последовательным от пачки к пачке увеличением частоты следования импульсов от 40 до 6000 Гц и уменьшение амплитуды плотности тока от 120 до 15 А/дм при длительности пачек импульсов 120 с и средней плотности тока О 5,8-1,5 А/дм. В- результате формируется микрослоистая по толщине структура покрытий, прг:тчем в прилегающих к подложке микрослоях, которые являются барьерными (они предохраняют от диффузии металла под- ; ложки в покрытие сплавом), кондент- рация Никеля в этих микрослоях составляет 18-20 мас,% Ni. Это дости- I гается малыми частотами следования импульсов и высокими амплитудами плот ностн тока. При повьппении частоты следования импульсов и уменьшении амплитуды плотности тока концентрация Hi в сплаве уменьшается и при частоте 4-6 кГц и амплитуде плотности тока 15-25 А/дм составляет 3- 5 мас.%, По.верхностные слои содер- жат меньшую концентрацию в сплаве , а следовательно, обладают более низким удельш м и переходным сопротивлениями, меньшими внутренними напряжениями по сравнению с внутренними микрослоями, прилегающими к подложке, в которых концентрация N1 выше 18-20 мас.%. Концентрация никеля в сплаве по толщине всего покрытия изменяется (уменьшается) от 18 - 20 мас.% у подложки до -3-5 мас.% Ni на поверхности. Сплав Au-Wi часто осаждают на подложку из никеля, пермаллоя- или меди. .При повьш енном содержании Wi в сплаве Au-Ki период кристаллической решетки сплава приближается к чисто никелевому покрытию, что позволяет несколько уменьшить внутренние напряжения между подложкой и покрытием сплава, вызванные перестройкой кристаллической решетки. Кроме того, слои с повьш1енным содержанием Ni в сплаве

.

5

Au-Ni служат барьером, в этих микрослоях значительно экономится золото по сравнению с поверхностными микрослоями.

Увеличение частоты следования поляризующих импульсов тока последовательно от пачки к пачке от 40 до 6000 Гц и уменьшение амплитуды от

10 120 до 15 А/дм обусловлено следующим .,

Необходимо получить у подложки повышенную концентрацию никеля в сплаве Au-Ni (до 20 мас.% Ni) для созда15 ния барьерного слоя, предотвращающего диффузию металла подложки в покрытие сплавом. Повышение частоты следования импульсов от 40 до 6000 Гц и уменьшение амплитуды плотности тока

20 от 120 до 15 А/дм позволяет уменьшить концентрацию в сплаве до 3- 5 мас.% Ni, что уменьшает переходное сопротибление и повышает зррозионнгую ,

СТОЙКОСТЬ покрытий.

25 V

Быс трое спадание катодного потенциала за первые 8-10 мин осаждения и затем уменьшение скорости изменения потенциала позволяет в первых 1,030- 1,5 мкм толщины покрытия сплавом получить осадок с большей концентрацией.. Hi (около 20-12 мас.% Ni), а в последующих 1,0-1,5 мкм - пониженное со- держание Ni в сплаве (около 1035 5 мас.% Ki), что позволяет сэкономить золото. Создание покрытий, состоящих из тонких чередующихся насыщенных дефектами слоев, отличающихся по субструктуре и концентрации

40 компонентов в сплаве, способствует созданшо прочных термостабильных покрытий. В осадках сплава Au-Ni, полученных по изобретению, внутренние напряжения значительно уменьша 5 ются за счет того, что осаждение : микрослоев сплава пачками импульсов тока, с частотой импульсов в пачках вьш1е 1000 Гц происходит при меньших значениях катодной поляризации, при этом структура микрослоя Au-Ni покрытия формируется более равновесной, .т.е. с меньшими внутренними напряжениями, с меньшей концентрацией второго компонента, т.е. Ni,

- с большим размером блоков мозаики, с меньшей, пло.тностью -дислокаций, по сравнению- со структурой сплава, полученной при сравнительно низких частотах поляризующих импульсов тока.

50

Начальная частота поляризующих импульсов тока- выбрана 40-50 Гц. При частотах, меньших 40 Гц,и средней плотности тока 0,8 А/дм происходит сильное наводороживание Ai-Ni покрытий, повышение внутренних напряжений покрытия и нарушение его сплошности. Промежуточные частоты в последующих пачках: 80, 150, 300, 600, 1150, 2250 Гц выбраны В примере для плавной перестройки структуры покрытий сплавом и уменьшения внутренних напряжений. Конечная частота выбрана 4-6 Гц, так как дальнейшее повы- ш.ение частоты поляризующих импульсов тока практически не влияет как на коцентрацию компонентов в сплаве, так и на структуру и свойства покрытий, приближаясь к структуре и свойствам покрытий, полученных на постоянном токе.

Начальная амплитуда плотности тока равна 100-120 А/дм , так как дальнейшее увеличение амплитуды водит к подгару покрытий, а концентрация никеля в сплаве практически не увеличивается. Промежуточные амплитуды В последующих пачках: 90, 70, 50, 40, 30, 20 А/дм, выбраны для постепенного уменьшения второго компонента, т.е. Ni, и уменьшения внутренних напряжений при изменении структуры.

Конечная амплитуда плотности поляризующего тока выбрана 15 А/дм. При этой амплитуде плотности тока осаждаются покрытия сплавом с содержанием никеля 3-5 мае,7,, кроме того, необходимо обеспечить среднюю плотность импульсного тока 0,8- 1,5 А/дм при частотах 40-50 Гц.

Длительность пачек выбрана исходя из того, уменьшёни е их длительности меньше 120 с приводит к увеличению протяженности межслойных границ, т.е. увеличивается концентрация дефектов кристаллической решетки, что приводит к увеличению переходного и удельного электросопротивлений. Увеличение длительности пачек импульсов более 120 с приводит к уменьшению прочностных характеристик и микротвердости.

Выбор средней плотности тока обусловлен качеством покрытия Au-Ni. Так при импульсном электролизе качественные покрытия без подгара получают при средней плотности тока

0

5

0

5

-

0

5

0

5

0

до 1,5 А/дм 2, однако выход по току сплава при этой средней плотности уменьшается до 15-20%, При средней плотности импульсного тока 0,8- 1-,О А/дм выход по току составляет 35-40%, т.е. уменьшается .наводорожи- вание.

Пример. Электроосаждение Au-Ni покрытий проводили из пирофос- фатного электролита, состава, г/л: золото (в пересчете на металл) 2,2, никель (в пересчете на. металл) 1,1, пирофосфат калия 64, сегнетова соль 74, рН 7,5, температура 20-25 С. Электроосаждение сплава Au-Ni осуществляли на подложку из никеля, пермаллоя и меди. Толщина покрытия 0,5- 10 мкм. Для получения сравнительных данных параллельно осаждение сплава Au-Ni осуществляли известными способами на постоянном токе плотностью 0,5 А/дм и импульсным током, чередующимися пачками импульсов. Время осаждения 16 мин. Все время осаждение разбивали на восемь пачек (по 120 с каждая), при этом частоту следования импульсов от пачки к пачке увеличивали следующим образом: f - 40 Гц- fг 80 Гц; fj 150 Гц, f 300 Гц; f 600 Гц; f 1150 Гц, f-, 2250 6000 Гц, а амплитуда тока I oiKCi 20 1макс2 90 Хмаксг 0 , мак 50 А/дм ; 1мак.а 0 А/дм 1««сб 30 1««кс7 20 А/дм, , TU,,,, 15 А/дм. Средняя плотность

импульсного тока составляла 0,8- 1,5 .

Свойства полученных покрытий представлены в таблице.

Микротвердость измеряли на приборе ПМТ-3 при нагрузке на индентор 10 г.

Пористость покрытий определяли с помощью нанесения реактивов, которые, проникая, через поры покрытия, дают окрашенное соединение с металлом подложки.

Адгезионную прочность определяли качественно - методом нанесения сетки царапин по ГОСТ 16875-71.

Переходное сопротивление определялось согласно ГОСТ 16875-71.

Концентрацию компонентов в сплаве Au-Ni определяли на рентгеноспектраль- ном ми роанализаторе IiS-46 фирмы Ка- мека. Расчеты концентрации ос тцествля- ли по программе Пума на мини-ЭВМ HP

9835А фирмы Хголетт-паккард с точ- ностью +0,6% по никелю.

Как видно из таблицы предлагаемый способ позволяет изменить концентра- 1даю никеля в сплаве Au-Ni по толщине всего покрытия от 18-20 мас.% Ni у подложки до 3-5 мае Л Й1 на пове рх- ности и тем самым уменьшить переходное сопротивления покрытий от 0,015 до 0,006 Ом. Способ позволяет сократить расход золота. Форму ла изобрете ния,

Способ электроосаждения никель- сод ержащих покрытий, преимущественно

покрытий сплавом золото - никель, включающий обработку в электролите чередующимися пачками импульсов тока, отличающийся тем, что, с целью изменения содержания никеля по толщине покрытия, обработку ведут с последовательньм увеличением от пачки к пачке частоты следования импульсов от 40 до 6000 Гц и уменьшением амплитуды тока от 120 до;- 15 .длительности пачек импульсов ( 1120 с и средней плотности тока 0,81 , 5 А/Дм .

/плотностиА/дм при

Изобретение относится к электроосаждению сплава золото - никель и может быть использовано в электротехнической и электронной промьшшенно- сти. Цель изобретения - изменение содержания никеля по толщине покрытия. Способ включает электроосаждение сплава золото - никель из пиро- фосфатного электролита чередующимися пачками импульсов тока. ГГроцесс .ведут последовательно, увеличивая от пачки к пачке частоту следования импульсов от 40 до 6000 Гц и уменьшая амплитуду плотности тока от 120 до 15 А/дм. Длительность пачек импульсов составляет 120 с, а средняя плотность тока - 0,8-i,5 А/дм. Создание покрытий, состоящих из чередующихся слоев, отличающихся по концентрации компонентов в сплаве, способствует образованию покрытий с низ-- КИМ переходным сопротивлением, табл. «