DD150762B1 - CYANIDE-FREE BATH FOR CURLY-FREE GOLD SEPARATION - Google Patents
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Description
Die technische Anwendung kann in allen Bereichen erfolgen, in denen die Abscheidung von Goldschichten zum Zwecke der Verbesserung des Korrosions- und Oxydationsschutzes und der elektrischen Schichteigenschaften erforderlich erscheint. Ein besonderes Einsatzgebiet stellt die Elektronik dar, wo die Aufbringung galvanischer Goldschichten oft schwierig oder unmöglich ist, wenn die zu überziehenden Bereiche Einzelbereiche oder isolierte Bereiche darstellen.The technical application can be made in all areas in which the deposition of gold layers for the purpose of improving the corrosion and oxidation protection and the electrical layer properties appears necessary. A particular area of application is electronics, where the application of gold plating is often difficult or impossible if the areas to be covered are single areas or isolated areas.
Die Anwendung der stromlosen Goldabscheidung zeichnet sich gegenüber vergleichbaren schichterzeugenden Verfahren wie Bedampfen, Sputtern oder ähnlichen durch geringeren Materialeinsatz und höhere Haftfestigkeit der Goldschicht aus.The use of electroless gold deposition is distinguished from comparable layer-forming processes such as vapor deposition, sputtering or the like by lower material usage and higher adhesion of the gold layer.
Die Verwendung stromloser Metallisierungsbäder für die Abscheidung von Gold auf verschiedenen Substraten ist allgemein bekannt.The use of electroless plating baths for the deposition of gold on various substrates is well known.
Die Abscheidung erfolgt üblicherweise aus einer Lösung, die ein Goldsalz, ein Reduktionsmittel und verschiedene Zusätze wie Komplexbildner, Puffersubstanzen und Stabilisatoren enthält. Die bekannten technischen Lösungen lassen sich in cyanidhaltige und cyanidfreie Metallisierungslösungen unterteilen.The deposition is usually carried out from a solution containing a gold salt, a reducing agent and various additives such as complexing agents, buffer substances and stabilizers. The known technical solutions can be subdivided into cyanide-containing and cyanide-free metallization solutions.
Mit der Verwendung cyanidhaltiger Metallisierungslösungen ergeben sich jedoch Schwierigkeiten, die aus der Toxizität des Komplexbildners resultieren. Neben den besonderen Vorsichtsmaßnahmen beim Umgang mit cyanidhaltigen Lösungen sind vor allem die Aufwendungen für die Entgiftung der verwendeten Geräte und der Abwässer beträchtlich.However, the use of cyanide-containing metallization solutions results in difficulties resulting from the toxicity of the complexing agent. In addition to the special precautions when dealing with solutions containing cyanide, above all the costs for the detoxification of the equipment used and the wastewater are considerable.
Chemische Metallisierungslösungen, die keine cyanidhaitigen Zusätze besitzen, weisen diese Nachteile nicht auf.Chemical metallization solutions that do not have cyanide-containing additives do not have these disadvantages.
In verschiedenen Patenten (z.B. US 3,515,571; US 4,091,128; US 4,091,172) werden cyanidfreie Metallisierungslösungen beschreiben, bei denen aufgrund ihrer Instabilität die goldsalzhaltige Lösung und die Lösung, die das Reduktionsmittel enthält, getrennt aufbewahrt werden. Während der Metallisierung erfolgt das gleichzeitige Aufsprühen der Lösungen auf dem zu metallisierenden Gegenstand. Für dieses Sprühverfahren ist jedoch eine gesonderte Vorrichtung erforderlich. In der US-Patentschrift 3300328 ist ein wasserlösliches Goldsalz, gekennzeichnet als HAuCI4 3H2O, beschrieben. Der Nachteil dieser Lösung besteht in der 3-Wertigkeit des Goldes. Die Umsetzung als Sulfitokomplex erfolgt erst während des Bades. Das DDR-Patent 82616 beschreibt ein Verfahren zur Abscheidung metallischer Überzüge auf Silizium, unter anderem unter Verwendung eines cyanidfreien stromlosen Goldbades.Various patents (eg US 3,515,571, US 4,091,128, US 4,091,172) describe cyanide-free metallization solutions in which, due to their instability, the gold salt-containing solution and the solution containing the reducing agent are stored separately. During metallization, the simultaneous spraying of the solutions takes place on the object to be metallized. However, a separate device is required for this spraying process. U.S. Patent 3,300,328 discloses a water-soluble gold salt, designated HAuCl 4 3H 2 O. The disadvantage of this solution is the 3-valence of the gold. The implementation as a sulfite complex takes place only during the bath. DDR patent 82616 describes a method of depositing metallic coatings on silicon using, among other things, a cyanide-free electroless gold bath.
Dieses Bad zeigt ebenfalls eine auffallende Instabilität, die nur eine kurze Vergoldungsdauer (ca. 5 Minuten) und damit eine sehr geringe Schichtdicke zuläßt.This bath also shows a striking instability, which allows only a short gilding time (about 5 minutes) and thus a very small layer thickness.
Ein weiteres Beispiel für ein cyanidfreies Bad zur stromlosen Goldabscheidung ist in der OS 2750932 angeführt.Another example of a cyanide-free bath for electroless gold deposition is given in the OS 2750932.
Nach Angabe der Erfinder arbeitet das Bad stabil mit guter Abscheidungsgeschwindigkeit. Bei dem eingesetzten Reduktionsmittel handelt es sich um ein tertiäres Amin-Boran der Formel RO (CaH23O)x СьНгь NR, R, BH3.According to the inventors, the bath works stably with good deposition rate. The reducing agent used is a tertiary amine borane of the formula RO (CaH 23 O) x С ь ь ггг NR, R, BH 3 .
Die Herstellung dieses, für die stromlose Metallisierung bisher unbekannten Reduktionsmittel ist in der Patentanmeldung 2750922.4-42 beschrieben und erweist sich als aufwendig und unökonomisch im Vergleich zu den handelsüblichen Reduktionsmitteln.The preparation of this, for the electroless metallization hitherto unknown reducing agent is described in the patent application 2750922.4-42 and proves to be complicated and uneconomical compared to the commercial reducing agents.
Weiterhin sind SU-Patente bekannt, die eine Vergoldung nur im Autoklaven bei 393-443K erlauben (SU 397562) oder das verwendete Reduktionsmittel nicht erkennen lassen, so daß es sich dabei wahrscheinlich nur um eine Tauchabscheidung handelt, die nur eine geringe Schichtdicke zuläßt (SU 396436).Furthermore, SU patents are known which allow gilding only in the autoclave at 393-443K (SU 397562) or do not detect the reducing agent used, so that this is probably only a dip deposition, which allows only a small layer thickness (SU 396436).
Der nützliche Effekt der Erfindung liegt darin, die stromlose Abscheidung von Goldschichten aus stabilen, cyanidfreien Elektrolyten unter Verwendung handelsüblicher Reduktionsmittel zu ermöglichen und damit die Schwierigkeiten, die sich aus der Verwendung cyanidhaltiger Lösungen ergeben, unter Gewährleistung der Stabilität zu beseitigen.The useful effect of the invention is to enable the electroless deposition of gold layers from stable, cyanide-free electrolytes using commercially available reducing agents, thereby eliminating the difficulties resulting from the use of cyanide-containing solutions while ensuring stability.
-2- 150 Darlegung des Wesens der Erfindung-2- 150 Explanation of the essence of the invention
Die aufwendigen Arbeitsschritte zur Entgiftung der verwendeten Geräte und der Abwässer bei cyanidhaltigen Lösungen zur stromlosen Goldabscheidung ergeben sich aus der Toxizität der Cyanide und ihrer Verbindungen.The elaborate steps to detoxify the equipment used and the effluents in cyanide-containing solutions for electroless gold deposition resulting from the toxicity of the cyanides and their compounds.
Im Falle der Verwendung cyanidfreier Metallisierungsmöglichkeiten sind durch die Instabilität der Lösungen entweder besondere Vorrichtungen zum Aufsprühen der getrennten Komponenten erforderlich oder es lassen sich nur sehr kurze Metallisierungszeiten und damit nur dünne Schichten erreichen. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung zu entwickeln, die die hauptsächlichen Nachteile der bisher bekannten Lösungen nicht aufweist.In the case of using cyanide-free metallization options, the instability of the solutions either requires special devices for spraying the separated components or only very short metallization times and thus only thin layers can be achieved. The object of the invention is to develop a solution which does not have the main disadvantages of the previously known solutions.
Die Stabilität der cyanidhaltigen Lösungen zur stromlosen Abscheidung von Gold liegt in der starken Komplexbildung der Cyanide und damit in der sehr geringen Konzentration an freien Goldionen begründet.The stability of cyanide-containing solutions for the electroless deposition of gold is due to the strong complex formation of the cyanides and thus in the very low concentration of free gold ions.
Neben den Goldcyanidverbindungen sind vor allem die Goldsulfitkomplexe recht gut zu handhaben, ohne deren Toxizität aufzuweisen. Dabei ist es von Vorteil, wenn man direkt von dem SuIf itoauratkomplex und nicht über die Tetrachlorgoldsäure und Zusätzen von Alkalisulfiten ausgeht. Durch die Einwertigkeit des Komplexes ist der wirksame Goldgehalt bekannt.In addition to the gold cyanide compounds, especially the gold sulfite complexes are quite easy to handle without exhibiting their toxicity. It is advantageous if one proceeds directly from the SuIf itoauratkomplex and not via the tetrachloroauric acid and additions of alkali sulfites. Due to the monovalent nature of the complex, the effective gold content is known.
Der Goldgehalt des wasserlöslichen Goldsalzes beträgt ca. 25%. Aus diesem Grunde wurde für die stromlose Abscheidung von Gold die Eignung von Alkalisulfitoauraten erprobt. Es ist dabei erforderlich, der Lösung einen Überschuß des entsprechendenThe gold content of the water-soluble gold salt is about 25%. For this reason, the suitability of Alkalisulfitoauraten was tested for the electroless deposition of gold. It is necessary, the solution an excess of the corresponding
Zur Stabilisierung der Vergoldungsiösung wurde eine Di- bzw. Triaminoalkyl-, Di- bzw. Triaminoaryl- und/oder Di- bzw.To stabilize the gilding solution was a di- or Triaminoalkyl-, di- or Triaminoaryl- and / or di- or
Triaminoaralkylverbindung eingesetzt. Diese Stabilisatoren gestatten die Anwendung der Metallisierungslösungen in einem sehr großen pH-Bereich; bei großen Konzentrationen lassen sich auch saure stromlose Goldbäder realisieren.Triaminoaralkylverbindung used. These stabilizers allow the application of the metallization solutions in a very wide pH range; At high concentrations, acidic electroless gold baths can also be realized.
Weiterhin kommen Ethylendiamin-tetra-essigsäure-di-Na-salz als Chelatbildner und Kaliumbromid als Beschleuniger zum Einsatz. Die Arbeitstemperatur der stromlosen Metallisierungslösung soll vorzugsweise bei 353-371K liegen.Furthermore, ethylenediaminetetraacetic acid di-Na-salt is used as chelating agent and potassium bromide as accelerator. The working temperature of the electroless plating solution should preferably be 353-371K.
Als Reduktionsmittel können Natriumhypophosphit, Methanal und Hydrazin zum Einsatz gelangen. Im Falle der Verwendung von Hydrazin als Reduktionsmittel ist der Einsatz eines zusätzlichen Stabilisators wie Thioharnstoff erforderlich. Die Wahl des Reduktionsmittels sowie das Konzentrationsverhältnis, Gold-Reduktionsmittel bestimmen in erster Linie die Abscheidungsgeschwindigkeit und das Aussehen der Goldüberzüge. Während bei Verwendung von Hydrazin und Natriumhypophosphit vorzugsweise matte Goldschichten abgeschieden werden, ergibt der Einsatz von Methanal glänzende, hellgelbe Goldablagerungen. Die verwendeten Lösungen arbeiten bis zum Siedepunkt stabil und ohne Fremdabscheidung.As a reducing agent sodium hypophosphite, methanal and hydrazine can be used. In the case of using hydrazine as a reducing agent, the use of an additional stabilizer such as thiourea is required. The choice of reducing agent as well as the concentration ratio, gold reducing agent, primarily determine the deposition rate and the appearance of the gold coatings. While matte gold layers are preferentially deposited using hydrazine and sodium hypophosphite, the use of methanal produces bright, bright yellow gold deposits. The solutions used work up to the boiling point stable and without foreign deposition.
Mit den beschriebenen Lösungen wurden auf nichtaktivierten stromlosen Nickelschichten je nach Badzusammensetzung Abscheidungsgeschwindigkeiten von 0,2-0,9μηι · h"1 erreicht. Die Goldüberzüge weisen eine sehr gute Haftfestigkeit auf.Depending on the bath composition, deposition rates of 0.2-0.9 μmol · h -1 were achieved on the non-activated electroless nickel layers using the described solutions, the gold coatings exhibiting very good adhesion.
Au als Natriumdisulfitoaurat I (Na3AU (SO3I2) Natriumsulfat (Na2SO3)Au as sodium disulfitoaurate I (Na 3 AU (SO 3 I 2 ) sodium sulfate (Na 2 SO 3 )
1,2-Diaminoäthan (H2N-CH2-CH2-NH2) Kaliumbromid KBr1,2-diaminoethane (H 2 N-CH 2 -CH 2 -NH 2 ) Potassium bromide KBr
Ethylendiamintetraessigsäure-di-Na-Salz Methanal als30%ige Lösung pH (NaOH)Ethylenediaminetetraacetic acid di-Na salt Methanal as a 30% solution of pH (NaOH)
Die Abscheidungsrate beträgt 0,4 μιη h"1.The deposition rate is 0.4 μιη h " 1 .
Mit dieser und den nachfolgenden Metallisierungslösungen werden auf stromlos vernickelter Keramikfolie 0,4μπ> -11"1GoId abgeschieden.With this and the subsequent metallization solutions are deposited on electroless nickel-plated ceramic film 0.4μπ> -11 " 1 GoId.
Gold (als Natriumdisulfitoaurat I) 2 g/lGold (as sodium disulfitoaurate I) 2 g / l
Natriumsulfit 12 g/lSodium sulfite 12 g / l
1,2-Diaminoäthan 5 g/l1,2-diaminoethane 5 g / l
Ethylendiamintetraessigsäure-di-Na-salz 2 g/lEthylenediaminetetraacetic acid di-Na-salt 2 g / l
Methanal als 30%ige Lösung 5 g/lMethanal as a 30% solution 5 g / l
Kaliumbromid 3 g/lPotassium bromide 3 g / l
pH (H2SO4) 6,5 T369-371K Die Abscheidungsrate beträgt 0,8 μήνη"'.pH (H 2 SO 4 ) 6.5 T369-371K The deposition rate is 0.8 μήνη "¹.
Gold (als Natriumdisulfitoaurat I) 3 g/lGold (as sodium disulfitoaurate I) 3 g / l
Natriumsulfit 15 g/lSodium sulfite 15 g / l
Triethylamin 3 g/lTriethylamine 3 g / l
Ethylendiamintetraessigsäure-di-Na-salz 2 g/lEthylenediaminetetraacetic acid di-Na-salt 2 g / l
Formaldehyd als 30%ige Lösung 5 g/lFormaldehyde as a 30% solution 5 g / l
Kaliumbromid 3 g/lPotassium bromide 3 g / l
pH 9.-10 T369-371K Die Abscheidungsrate beträgt 0,6 μΓη · rT1.pH 9.- 10 T369-371K The deposition rate is 0.6 μΓη · rT 1 .
Gold (als Natriumdisulfitoaurat I)Gold (as sodium disulfitoaurate I)
Natriumsulfitsodium
Sulfanilsäuresulfanilic
Ethylendiamintetraessigsäure-di-Na-salzEthylenediaminetetraacetic acid disodium salt
Formaldehyd als 30%ige LösungFormaldehyde as a 30% solution
Kaliumbromidpotassium
pHpH
T369-371KT369-371K
Die Abscheidungsrate beträgt 0,85 μ,ηη · h ~1.The deposition rate is 0.85 μ, ηη · h ~ 1 .
Au als Natriumdisulfitoaurat IAu as sodium disulfitoaurate I
Natriumsulfitsodium
1,2-Diaminoäthan1,2-diaminoethane
Kaliumbromid Ethylendiamintetraessigsäure-di-Na-SalzPotassium bromide Ethylenediaminetetraacetic acid di-Na salt
Natriumhypophosphit pH-Wert (NaOH)Sodium hypophosphite pH (NaOH)
Die Abscheidungsrate beträgt 0,5 мт · rT1.The deposition rate is 0.5 мт · rT 1 .
Au als Natriumdisulfitoaurat NatriumsulfitAu as Natriumdisulfitoaurat sodium sulfite
1,2Diaminoäthan1,2Diaminoäthan
Kaliumbromidpotassium
Ethylendiamintetraessigsäure-di-Na-SalzEthylenediaminetetraacetic acid disodium salt
Hydrazin H2N-NH2 als 25%ige Lösung Thioharnstoff (NH2J2C = S pH-Wert (NaOH)Hydrazine H 2 N-NH 2 as a 25% solution of thiourea (NH 2 J 2 C = S pH (NaOH)
Die Abscheidungsrate beträgt 0,7 дт · h~1.The deposition rate is 0.7 dt.h -1 .
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4020795C1 (en) * | 1990-06-28 | 1991-10-17 | Schering Ag Berlin-Bergkamen, 1000 Berlin, De |
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CN1003524B (en) * | 1985-10-14 | 1989-03-08 | 株式会社日立制作所 | Electroless gold plating solution |
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1980
- 1980-04-17 DD DD22050880A patent/DD150762B1/en not_active IP Right Cessation
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