Электролит для осаждения покрытий из сплава олово-кобальт Советский патент 1982 года по МПК C25D3/60 

1

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к электролитическому осаждению покрытий из сплава олово-кобальт (меньше 1% кобальта), используемых в производстве печатных плат.

Известен электролит для осаждения покрытий из сплава олово-кобальт, содержащий хлористые олово и кобальт, натрий фтористый, натрий хлористый, соляную кислоту и смачиватель ОС-20 1.

Электролит начал использоваться на ряде предприятий для нанесения металлического резиста олово-кобальт (содержание кобальта 1%) на проводники и в отверстия печатных шит вместо покрытий серебром и сплавом олово-свинец.

Однако указанный электролит отличается низкой рассеивающей способностью, производительностью и стабильностью в процессе хранения без тока. Последнее связано с окислением двухвалентного олова в четырехвалентное. Накопление четырехвалентного олова в электролите ухудшает наяемость покрытий из сплава олово-кобальт.

В соответствии с отраслевыми стандартами, например ОСТ 4. ГО.014.000, номинальная толщина защитного покрытия, используемого в качестве металлического резиста, составляет 9 - 12 мм. Ввиду низкой рассеивающей способности электролита соотноще1гае толщины сплава олово-кобальт на проводниках и в отверстиях печатной платы колеблется от 2-2,5:1. Для получения в отверстиях покрытий номинальной толщины приходится завыщатъ о&цую толщину

10 покрытия до 15-20 косм, а это удлиняет время электролиза и вызывает значительный перерасход олова.

Следствием низкой рассеивающей способ- ности является и невысокая допустимая плотность тока 0,50-1,00 А/дм, обеспечивающая .

15 получение компактных покрытий. А это ограничивает производительность процесса.

Наиболее близким к предлагаемому по составу компонентов является электролит для

20 осаждения покрытий из сплава на основе олова, содержащий олово хлористое (даухводное), кобальт хлористый (щестиводный), цинк хлористый, аммоний хлористый, фторид натрия, би3.954

фторид калия, соляную кислоту, оксиэтилированную смесь высших жирных спиртов (смачиватель ОС-20), вещество, выбраниое из группы Ьключающей натриевуи) соль нафталин-2-сульфокислоты и дисульфонафтали новую кислоту и воду 2.

Электролит предназначен для осаждения тройного сплава олово-цинк-кобальт (0,01 0,25% кобальта) как защитно-декоративного, покрытия, а также и для улучшения пайки.

Однако в технологии изготовления печатных плат обязательной является операция вытравливания меди с пробельных участков. В процессе травления сплав олово-цинк-кобальт корродирует в этих условиях и не обеспечивает поэтому последующей пайки в отверстиях печатных плат, т.е. покрытия, получаемые из известного электролита, обладают недостаточной коррозионной стойкостью (К), которая при испытании в 3%-ном. растворе хлористого натрия сое тавляет 4-5 баллов.

Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости покрытий, а также рассеивающей способности и стабильности электролита.

Поставленная цель достигается тем, что электролит, содержащий хлористые олово, кобальт и аммоний, фтор-ионы, минеральную кислоту, оксиэтилированную смесь высших жирных спиртов (смачиватель ОС-20) и воду, допол1П1тельно содержит аммоний лимоннокислый однозамешенный, а в качестве источника фтор-, ионов м минеральной кислоты - аммоний фтористый и борфтористоводородную кислоту (40%-ную) соответственно при следующем соотношении компонентов.

Олово хлористое, г50-70

Кобальт хлористый, г5-30

Аммоний хлористый, г§0-120

Аммоний фтористый, г50-70

Аммоний лимоннокислый

однозамещенный, г20-40

Борфтористоводородная кислота (40%), мл20-40

Смачиватель ОС-20, г2-6

Вода, лДо 1

Процесс осаждения рекомендуют проводить при рП-3,5-4,5, температуре 17-25°С и плотности тока 1-4 А/дм с использованием анодов из чистого олова.

Электролит готовят следующим образом. В предварительно подкисленный борфтористородородной кислотой воде растворяют аммоПИЙ лимоннокислый однозамещешшт, аммонии фтористый, хлористые олово и кобальт и хлористый аммоний. Смачиватель ОС-20 вводят в электролит в растворенном состоянии.

Замена фтористого натрия на фтористый аммоний улучшает внеи1ний вид покрытий при повышенных плотностях тока. Хлористый аммоний совместно с лимоннокислым аммо1шем однозамещенным и борфтористоводородной кислотой увеличивают электропроводность и борфтористоводородной кислотой увеличивают электропроводность раствора, что приводит к улучшению рассеивающей способности и стабильности раствора, и ул5Д1шают его буферные свойства. Это позволяет получать комцактные покрытия сплавом вплоть до плотности тока 4 А/дм.

(Лимоннокислый аммоний однозамещенный является веществом, с которым олово и кобальт образуют комплексные соединения. За счет образования более прочных смешанны фторидно-цитратных комплексных ионов , олова уменьшается склонность олова к окислению, увеличивается поляризуемость катода и тем самым .улучшается рассеивающая способность электролита. Вследствие образования цитратных комплексных ионов кобальта затрудняется его совместный разряд с оловом и содержание кобальта в сплаве с плотностью тока мало изменяется.

Потери кобальта в электролите восполняются периодическим корректированием его толью кобальта noaie пропускания не менее 100 А-ч/л.

Поддерживая определенную концентрацию олова и кобальта в электролите и плотность тока, регулируют содержание кобальта в сплаве от 0,003 до 0,1%.

Из электролита осаждаются компактные, равномерные, светлые, мелкокристаллические полублестящие или серебристо-белые покрытия толщиной до 25 мкм с выходом по току 93-100% и скоростью осаждения 0,5 1,8 мкм/мин. Микротвердость покрытий составляет 20-24 кг/мм.

Электролит стабилен в работе при пропускании 300 А ч/л.

В таблице представлена характеристика электролита по примерам и условия электро- . лиза.

ты, мкм Примечани е. К, 3,, определяют в растворе, содержащем, г/л: Хлористый натрий27 Уксусная кислота2,2 Хлорная медь1,6 при комнатной температуре (толщина покрытия 9 мкм): Кл, Srj определяют в 3%-ном растворе хлористого натрия.

Таким образом, электролит повьпиает в 1,8-2 раза коррозионную стойкость покрытий, что позволяет использовать покрытия сплавом олово-кобальт при последующей пайке в отверстиях печатных плат..

На многих предприятиях в качестве металЛнчесжого резиста при изготовлении печатных плат комбинированным позитивным способом применяется серебро. В связи с дефицитностью серебра встает вопрос о замене его другим покрытием, например, сплавом олово-кобальт или олово-свинец. Покрытие сплавом оловокобальт более перспективйр, так как отпадает ряд операций: осветление покрытия после vbfrpaAливания меди, оплавление. Кроме того, электролит для нанесения сплава олово-кобальт более прост в приготовлении и эксплуатации. Поэтому потребность в замене серебра и сплава олойо- свинец на сплав олово-кобальт велика.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения сплава олово-кобальт взамен серебра . только на одном предприятии составит 150000 рублей, при максимальном же использовании на различных предприятиях зкономический эффект составит более 1 млн. руб.

Формула изобретения

Электролит для осаждения покрытий из сплава олово-кобальт, содержащий хлористые олово

кобальт и аммоний, фтор-ионы, минеральную кислоту, окснзтилированную смесь высших жирных спиртов (смачиватель ОС-2С) и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости покрытия, рассеивающей способности и стабильности элекролита, он дополнительно содержит лимоннокислый однозамещенный аммоний, а в качестве источника фтор-ионов и минеральной, кислоты- фтористый аммоний и борфтористоводородную кислоту (40%-ную) соответственно при следующем соотнощении компонентов:

Хлористое олово, г50-70

Хлористый кобальт, г5-30

Хлористый аммоний, г80-120

Фтористый аммоний, г50-70

Лимоннокислый однозамещенный аммоний, г20-40 Б орфтористоводородная кислота Г40%-ная), мл 20-40 СмавдвательОС-20,г2-6 Вода, л До 1

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Коптева Р. В. и др. Электроосаждение олова с примесью кобальта из хлорид-фторидцого электролита. Сб. Электролитические поКрытия сплавами, М., МДНТП, 1975, с.24-25.

2.Авторское свидетельсййо СССР Vf 670638 кл. С 25 D 3/60. 1977.