CN1165639C - 锡-铟合金电镀液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于取代锡/铅合金的无氰锡/铟合金电镀液及其制备方法。锡/铟合金电镀液为一种用于锡/铟合金电镀的弱碱性水溶液，它是通过以下过程制备的，添加作为金属盐的偏锡(IV)酸盐、有机磺酸的三价铟盐，再加入一种螯合剂，用苛性碱将水溶液的pH值调节至7～11。

Description

锡-铟合金电镀液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种锡/铟合金电镀液及其制备方法。
背景技术
土壤和地下水的污染近年来已成为人们关注的话题，这种污染是因从用于废家用电器的锡/铅合金中经酸雨洗脱铅引起的。这是因为，锡/铅合金广泛用于装配电子元件。因而，人们寄希望于开发出不含铅的装配焊接合金或焊接电镀。作为一种不会引起上述问题的电镀方法，锡/铟合金电镀被认为是有希望的。迄今，锡/铟合金电镀被用来进行低熔点电镀，在许多常规的锡/铟合金电镀方法中，铟的含量为40～60wt％。例如，在下述文献中公开了作为铟合金电镀液的“铟-锡合金电镀”溶液，其中，铟含量大约为50wt％，酒石酸钾钠用作螯合剂：金属表面修饰(MetalSurface Finishing)(日文)16卷，6期，246～250页(1965)。
在“金属表面修饰(Metal Surface Finishing)(日文)”15卷，8期，283～288页(1964)中公开了“铟-锡合金电镀”，但是，其中采用氰化物和碱金属氰化物作为基本组份。
发明内容
本发明的目的是提供一种无氰的锡/铟合金电镀液，其能够在宽范围的电流密度下形成具有优异光滑性和亮度的锡/铟合金电镀膜，并能在工业化生产中应用。
经过深入研究，本发明的发明人发现，下述不含氰化物的电镀液可在宽电流密度范围内提供一种均匀的电镀膜。基于此发现，完成了本发明。
本发明涉及一种锡/铟合金无氰电镀液，其包含一种水溶液，所述水溶液包含偏锡(IV)酸盐、有机磺酸的三价铟盐、一种螯合剂和苛性碱，pH值为7～11。
在优选的实施例1中，本发明涉及上述的锡/铟合金电镀液，其中，螯合剂为选自下述的至少一种：柠檬酸、酒石酸、葡糖酸、庚酸、苹果酸和抗坏血酸的锂、钠和钾盐，螯合剂的总浓度为20～500g/L。
在优选的实施例2中，本发明涉及上述的锡/铟合金电镀液，其中，用来作为p H值调节剂的苛性碱为选自下述中的至少一种：氢氧化锂、氢氧化钠和氢氧化钾，其总浓度为8～400g/L。
在优选的实施例3中，本发明涉及上述的锡/铟合金电镀液，其包含0～300g/L的有机磺酸。
具体实施方式
以下更详细地说明本发明的锡/铟合金电镀液。
用作本发明电镀液第一种基本组份的金属盐为偏锡(IV)酸盐，如偏锡(IV)酸的锂、钠或钾盐，有机磺酸的三价铟盐，如三价铟的锂、钠或钾盐。有机磺酸优选烷磺酸，如甲磺酸、乙磺酸、丙磺酸和2-丙磺酸、丁磺酸、2-丁磺酸、戊磺酸、己磺酸和癸磺酸。一种或多种这些有机磺酸可用作三价铟盐。
在本发明的电镀液中用作第二种基本组份的螯合剂可采用选自下述中的一种或多种：柠檬酸、酒石酸、葡糖酸、庚酸、苹果酸和抗坏血酸的锂、钠和钾盐。
螯合剂与锡和铟形成螯合键，用来优先沉淀锡和铟，并用于防止沉积阻碍现象，以及用于使锡和铟以所需的沉积比例进行沉积。螯合剂在电镀液中的浓度为20～500g/L。
在本发明的电镀液中用作第三种基本组份的苛性碱为锂，钠，钾的氢氧化物。将至少一种苛性碱加至电镀液中，加入的浓度为8～400g/L，优选50～150g/L。苛性碱作为pH调节剂加入。有必要调节电镀液的pH值在7～11范围内，优选pH在8～10范围内。
采用本发明的锡/铟合金电镀液的工作条件如下：适宜的电流密度范围为0.1～30A/dm2，适宜的溶液温度范围为10～60℃。使用本发明的电镀液可以形成均匀和光滑的锡/铟合金电镀膜，电镀可在比采用相同类型的常规电镀液高的电流密度下进行，从而改善了电镀效率，其中一个原因就是电镀液不包含氰化物。
按照本发明的不含氰化物的锡/铟合金电镀液，可在宽电流密度范围内形成具有优异光滑性和宏观均镀能力的锡/铟合金电镀膜。因此，本发明的锡/铟合金电镀液适宜在工业化生产中应用。
通过下述实施例进一步详细说明本发明，但这些实施例并非对本发明范围的限定。在每一实施例中的电镀外观通过赫尔电池实验进行评价。
实施例1和比较例1
制备一种电镀液(pH 9)，其包含27g/L的偏锡酸钾(Sn4+)、3g/L的甲磺酸铟(In3+)、100g/L的甲磺酸、150g/L的葡糖酸和100g/L作为pH调节剂的氢氧化钾。采用这种电镀液，在2A的电流下电镀5分钟。以比较的方式来评价形成的电镀膜的外观。作为比较，制备一种用硫酸铟代替甲磺酸铟的电镀液，采用罗谢尔盐作为螯合剂，不用甲磺酸。然后，采用这种比较用电镀液，在与如上相同的条件下进行赫尔电池实验。表1列出了基于赫尔电池实验的评价结果。
实施例2～12和比较例2
分别制备包含一种水溶液和各种螯合剂的电镀液，如实施例1，所述水溶液包含偏锡酸钾或钠(含四价锡的盐)和甲磺酸的三价铟盐。然后，在电流密度为2A下进行赫尔电池实验5分钟。为了进行比较，在比较列1中，制备一种采用柠檬酸钠代替罗谢尔盐的电镀液，然后在与如上相同的条件下用这种比较电镀液进行赫尔电池实验。表1列出了基于赫尔电池实验的评价结果。
                                                                     表1
组份(g/L)                                                 实施例     比较例
1      2 3      4 5      6 7      8 9      10 11     12 1     2
偏锡酸钾(Sn4+)偏锡酸钠(Sn4+)甲磺酸铟(In3+)硫酸铟(In3+)甲磺酸葡糖酸庚酸抗坏血酸罗谢尔盐柠檬酸钠KOHNaOH 27     27-      -3      3-      -100    100150    --      150-      --      --      -100    100-      - 27     --      273      3-      -100    100-      150-      -150    --      --      -100    --      70 -      -27     273      3-      -100    100-      -150    --      150-      --      --      -70     70 27     27-      -6      6-      -100    100150    --      150-      --      --      -100    100-      - 27     --      276      6-      -100    100-      150-      -150    --      --      -100    --      70 -      -27     276      6-      -100    100-      -150    --      150-      --      --      -70     70 27    --     27-     -3     3-     --     --     --     -300   --     300-     --     -
赫尔电池外观高电流部分中电流部分低电流部分 ○     △○     ○○     ○ ○     ○○     ○○     ○ ○     ○○     ○△     △ ○     △○     ○○     ○ ○     ○○     ○○     ○ ○     ○○     ○△     △ ×    ××    ××    ×
赫尔电池外观  ○：均匀、光滑；  △：均匀、粗糙；  ×：不均匀、粗糙
按照本发明，如以上结果所示，可以获得在从高至低的电流部分下均具有均匀且光滑外观的锡/铟合金电镀膜。与此相对照，比较例的锡/铟合金电镀膜则不均匀并具有粗糙的颗粒物，反映出抑制了铟的共沉积。进而，在阳极侧形成了钝态膜。

Claims (11)

1.一种不含氰化物的锡/铟合金电镀液的制备方法，该方法包括：将一种螯合剂加至一种水溶液中，所述水溶液包含作为金属盐的偏锡(IV)酸盐、有机磺酸的三价铟盐，用苛性碱将水溶液的pH值调节至7～11。
2.一种在底物上镀锡/铟的方法，该方法包括：
a.使底物接触电镀液，所述电镀液包括：
(1)锡(IV)以偏锡酸根形式存在的四价锡盐；
(2)有机磺酸的三价铟盐；
(3)螯合剂；和
(4)碱源；及
b.在底物上加一个电势，使之成为阴极，从而使锡/铟镀在所述电极上；
其中，所述电镀液为无氰电镀液，其pH值在7～11范围内。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述螯合剂选自于一个含有柠檬酸、酒石酸、葡糖酸、庚酸、苹果酸和抗坏血酸的锂、钠或钾盐，及其混合物的试剂组，其中电镀液中的螯合剂的总浓度为20～500g/L。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述碱源选自于含氢氧化锂、氢氧化钠和氢氧化钾的试剂组，其中电镀液中的碱的总浓度为8～400g/L。
5.根据权利要求2所述的方法，另外包括有机磺酸。
6.根据权利要求3所述的方法，另外包括有机磺酸。
7.根据权利要求4所述的方法，另外包括有机磺酸。
8.锡/铟合金电镀液包括：
a.锡(IV)以偏锡酸根形式存在的四价锡盐；
b.有机磺酸的三价铟盐；
c.螯合剂；和
d.碱源；
其中，所述电镀液为无氰电镀液，其pH值在7～11范围内。
9.根据权利要求8所述的电镀液，其中所述螯合剂选自于柠檬酸、酒石酸、葡糖酸、庚酸、苹果酸和抗坏血酸的锂、钠或钾盐，及其混合物的试剂组，其中电镀液中的螯合剂的总浓度为20～500g/L。
10.根据权利要求8所述的电镀液，其中所述碱源选自于含氢氧化锂、氢氧化钠和氢氧化钾的试剂组，其中电镀液中的碱的总浓度为8～400g/L。
11.根据权利要求8所述的电镀液，另外包括有机磺酸。
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