Электролит для осаждения покрытий из сплава олово-медь Советский патент 1993 года по МПК C25D3/58 

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в электронной и радиотехнической промышленности для нанесения покрытий из сплава олово-медь на различные элементы узлов и детали с целью замены серебряных покрытий.

Цель изобретения - повышение стабильности электролита и снижение удельного электрического сопротивления покрытий.

Поставленная цель достигается тем, что в известный электролит, содержащий соли меди и олова, пирофосфат калия и стабилизирующие добавки, вводят в качестве солей меди и олова, сульфат меди и сульфат олова, а в качестве стабилизирующих добавок малоновую кислоту и малонат аммония при следующем соотношении компонентов (г/л): сульфат олова 10-20; сульфат меди 510; пирофосфат калия 400-450; малоновая кислота 50-150; малонат аммония 5-10.

Отличительной.особенностью предлагаемого электролита является наличие малоновой кислоты и малоната аммония.

Другим отличием является использование в качестве солей меди и олова сульфатов против хлоридов в известном электролите.

Достижение указанной цели можно объяснить следующим образом. Введение в известный электролит малоновой кислоты до указанного содержания приводит к установлению рН в интервале 5-6, при этом повышается устойчивость ионов двухвалентного олова. (Использование с этой целью других обычно используемых кислот приводит к ухудшению качества покрытий, например, в случае серной кислоты из-за эффекта высз ливания вследствие невысокой растворимо00

«А

о

со ю

00

сти сульфата калия, соляной кислоты - из-за накопления ионов одновалентной меди, азотной кислоты - из-за восстановления нитрат- ионов и пр.). Кроме того, малоновая кислота играет роль буферной добавки, что предотвращает резкое повышение рН прикатодного слоя при электроосаждении сплава, уменьшает вероятность окисления ионов двухвалентного олова в четырехвалентное и, тем самым, повышает стабильность электролита. В предлагаемом электролите (рН 5-6), по сравнению с известным (рН 8,3-8,5), устойчивость ионов двухвалентного олова повышается, что позволяет исключить применение восстановительных добавок. Отсутствие восстановителей и использование в качестве солей олова и меди сульфатов вместо хлоридов позволяет .уменьшить долю одновалентных ионов меди а равновесии с двухвалентными.

Введение в электролит малоната аммония предотвращает, за счет образования комплексных аммиакатов, гидролиз одновалентных ионов меди при подщелачивании прикатодного слоя в процессе электролиза. Исключение образования закиси меди и ее включения в катодный осадок приводит к снижению удельного электрического сопротивления покрытия.

Предлагаемый состав электролита позволяет осаждать на сложнопрофилированные изделия плотные, гладкие, мелкокристаллические покрытия из сплава олово-медь с содержанием 57-59% олова при комнатной температуре, механическом перемешивании и катодной плотности тока 0,5-1,0 А/дм2.

Электролит готовят следующим образом. В 60% расчетного количества воды растворяют пирофосфат калия, в полученном растворе растворяют малоновую кислоту и малонзт аммония. Отдельно готовят растворы сульфатов меди и олова, причем последний растворяют в подкисленной малоновой кислотой до воде и отфильтровывают от выпавшего осадка двуокиси олова. Затем при перемешивании растворы сульфатов вливают в раствор пирофосфата калия, малоновой кислоты и малоната калия, Объем раствора доводят до требуемого уровня добавлением воды и корректируют рН, Корректирование состава электролита производят добавлением растворов солей согласно анализу.

Превышение верхних граничных значений содержания сульфатов меди и олова приводит к насыщению раствора сульфатами из-за невысокой растворимости сульфата калия и его высаливанию, при этом ухудшается рассеивающая способность электролита и снижается равномерность состава сплава на различных участках поверхности катода. Уменьшение нижнего

граничного значения содержания сульфата меди нерационально из-за снижения рабочей плотности тока и нижнего граничного значения сульфата олова приводит к уменьшению содержания олова в сплаве,

Уменьшение нижнего граничного значения содержания пйрофосфзта калия приводит к уменьшению концентрации свободного лиганда, рассеивающей способности электролита, равномерности состава сплава, увеличение верхнего граничного значения к тому же результату вследствие насыщения раствора пирофосфата калия.

Уменьшение нижнего граничного зн а5 чения содержания малоновой кислоты приводит к более высоким значениям рН, чем в оптимальном интервале, что способствует окислению ионов двухвалентного олова и ухудшению качества покрытий, увеличение

0 верхнего - к ослаблению прочности комплексных ионов, ухудшению рассеивающей способности электролита и неравномерности состава сплава на различных участках поверхности катода.

5 Уменьшение нижнего граничного значения содержания малоната аммония приводит к увеличению удельного электрического сопротивления покрытия из-за включения в катодный осадок закиси меди, которая в

0 небольшом количестве образуется в результате гидролиза одновалентных ионов меди, а увеличение верхнего - нерационально, так как не изменяет величину удельного электрического сопротивления покрытия,

5 Процесс электроосажде ния ведут при температуре 18-25°, механическом переме- чшивании и катодной плотности тока винтере-вале 0,3-1,0 А/дм . Применяют аноды из меднооловянного сплава с содержанием

0 57-59% олова. Оптимальное соотношение площади катода и анода 1:1.

Использование предлагаемого состава электролита обеспечивает, по сравнению с прототипом, следующие преимущества:

5 а) снижение величины удельного электрического сопротивления покрытий, на 14%;

б) повышение стабильности электролита не менее чем в 10 раз.

Примеры. Проводили лабораторные

0 испытания свойств предлагаемого состава электролита и полученных из него покрытий.

Величины удельного электрического сопротивления осадков высокооловянистого сплава

5 получены последующей методике. На стандартную ситалловую подложку марки Ct SO-1 TX 0735 015 ТУ размером 60x48x0,5 мм методом, вакуумного напыления наносили адгезион

о ный слой хрома толщиной 150-200 А и тою

проводящий слой никеля 4500-6000 А, а затем методом прецизионной фотолитографии и прецизионного травления получали плоский проводник никеля длиной 100 ±2 10 смиширинойО,1 ± 1 ( см2). Сопротивление такого проводника составляло не менее 1,5 ком. На полученный проводник наносили слой электролитического осадка высокооловянистого сплава из предлагаемого электролита до толщины 10-12 мкм. Сопротивление полученного таким образом проводника измеряли с помощью моста постоянного тока МОД-61, Результат получили путем усред- нения семи независимых измерений,

Рассеивающую способность электролита определяли по методу Херинга-Блюма.

Как видно из примеров (1-3) предлагаемый состав электролита отличается повы- шенной стабильностью и позволяет осаждать покрытия из сплава олово-медь с содержанием 57-59% олова и удельным электрическим сопротивлением - 0,43

Ом мм м

Превышение верхних граничных значений содержания сульфатов меди и олова (5,7) приводит к ухудшению рассеивающей способности электролита.

Уменьшение нижнего граничного зна- чения содержания сульфата меди приводит к снижению плотности тока (6), а в случае сульфата олова к уменьшению содержания олова в сплаве (4).

Изменение граничных значений содер- жания пирофосфата калия вызывает сниже5io 15

0

5

0

5

ние рассеивающей способности лектроли та (8.9).

Уменьшение нижнего граничного значения содержания малоновой кислоты приводит к повышению удельного электрического сопротивления осадка (10), а увеличение верхнего - к ухудшению рассеивающей способности электролита (11).

Уменьшение нижнего граничного значения содержания малоната аммония приводит к увеличению удельного электрического сопротивления (12), а увеличение верхнего - не оказывает существенного влияния (13).

В примере (14) приведена сравнительная величина удельного электрического сопротивления покрытий из электролита - прототипа.

Формула изобретения Электролит для осаждения покрытий из сплава олово-медь, содержащий соли олова и меди, пирофосфат калия и стабилизирующие добавки, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности электролита и снижения удельного электрического сопротивления покрытий, он содержит в качестве солей олова и меди сульфат олова и сульфат меди, а в качестве стабилизирующих добавок малоновую кислоту и малонат аммония при следующем соотношении компонентов, г/л:

Сульфат олова10-20 Сульфат меди 5-10 Пирофосфат калия 400-450 Малоновая кислота 50-150 Малонат аммония 5-10

Продолжение таблицы

Использование: в области гальванотехники взамен серебра в современной электронной технике, Сущность изобретения: электролит, содержит (г/л): сульфат олова 10-20; сульфат меди 5-10; пирофосфат калия 400-450; малоновая кислота 50-150; ма- лонат аммония 5-10. 1 табл. ел С