DD220871A1

DD220871A1 - Elektrolyt zur elektrolytischen abscheidung funktioneller zinn-blei-legierungsschichten

Info

Publication number: DD220871A1
Application number: DD25962884A
Authority: DD
Inventors: Andreas Zielonka; Heinz Liebscher; Wolfgang Rempt; Klaus D Baum; Franz Kruemmling; Cordt Schmidt; Rolf Nutsch; Ramona Straube; Wolf D Gruendel
Original assignee: Beimler Lokomotivbau
Priority date: 1984-01-26
Filing date: 1984-01-26
Publication date: 1985-04-10

Abstract

Die erfinderische Loesung soll die Abscheidung, glatter, dichter, gut loetfaehiger, festhaftender Zinn-Blei-Legierungsschichten aus einem Elektrolyten auf der Basis verfuegbar, kostenguenstiger Ausgangssubstanzen ermoeglichen. Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, einen Elektrolyten zur elektrolytischen Abscheidung von Zinn-Blei-Legierungsschichten zu schaffen, der eine Abscheidung in einem breiten Stromdichtebereich ermoeglicht. Erreicht wird dies dadurch, dass der Elektrolyt aus Hexafluorkieselsaeure und deren entsprechenden Metallsalzen Zinn- und Bleisilikofluorid sowohl ohne als auch mit Fluoroborsaeure und Boersaeure bei Anwesenheit von Formalin, eines nichtionogenen oberflaechenaktiven Stoffes sowie eines Elektrolytzusatzes, der das Kondensationsprodukt eines primaeren Amines mit einem aromatischen Aldehyds darstellt, besteht. Der Zinn-Blei-Legierungselektrolyt ist teils unter Einsatz von Hexafluorokieselsaeure als technologisches Abfall- oder Zwischenprodukt wesentlich kostenguenstiger herstellbar und in Betrieb zu halten. Die abgeschiedenen funktionellen Zinn-Blei-Legierungsschichten werden zu den verschiedensten Anwendungszwecken in der Elektrotechnik/Elektronik eingesetzt, insbesondere fuer die Beschichtung von mikroelektronischen Bauelementen, von Draehten, Baendern und Leiterplatten.

Description

(Htel der Erfindung

Elektrolyt zur elektrolytischen Abscheidung funktioneller Zinn-Blei-Legierungsschichten

Anwendungsgebiet der Erfindung .

Die Erfindung betrifft einen Elektrolyten zur kontinuierlichen und diskontinuierlichen elektrolytischen Abscheidung glatter, dichter, festhaftender, gut lötfähiger Zinn-Blei-Legierungsschichten, in Vorrichtungen mit starker Relativbewegung zwischen zu beschichtendem Werkstück und Elektrolyten. Die abgeschiedenen Zinn-Blei-Legierungsschichten können bei den veröchiedensten Anwendungsgebieten der Elektrotechnik/Elektronik zum Einsatz kommen, insbesondere zur Beschichtung von mikrpelektronischen Bauelementen, von Drähten, Bändern und Leiterplatten. ,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß aus elektroiytischen Lösungen auf der Basis von Pluoroboraten Zinn-Blei-Legierungsschichten abgeschieden werden können.

Da sich bei der Abscheidung aus dem Grundelektrolyt keine kompakten Schichten erzeugen lassen (Whiskerbildung), ist der Elektrolyt nur bei Anwesenheit von organischen Elektrolytzusätzen zur Abscheidung glatter, dichter, festhaftender, gut.lötfähiger Zinn-Blei-Legierungsschichtehanwendbar·

Deshalb wurden eine Reihe von verfahrenstechnischen lösungen mit verschiedenen organischen Zusatzstoffen ent-" wickelt. · '

Ih US-PS 35 54 878 wird ein Elektrolyt dargestellt, der auf der Basis proteinhaltiger Zusatzstoffe die Abscheidung glatter, dichter Zinn-Blei-Legierungsschichten ermöglicht· '.::

Weitere Beispiele für Elektrolyte mit den bereits genannten Grundbestandteilen, jedoch mit anderen Zusatzstoffen, ' sind in US-PS 41 18 289, US-PS 41 32 610 und US-PS 42 63 V₁G angegeben. Pur alle diese Verfahren werden als·charakteristischer Stromdichte bereich Vierte von 0,5 bis 12 A/dm angegeben. ' · .. , '. . ' ,-;... . . ; *

Die Verwendung von proteinhaltigen Zusatzstoffen beeinflußt in nachteiliger Weise die Lötfähigkeit der abgeschiedenen Schichten und verschlechtert die .Elektrolytstabilität. In SU-PS 692 917 wird deshalb ein Verfahren geschützt, das proteinfreie Zusatzstoffe verwendet· Als geeigneter Stromdichtebereich zur Abscheidung glatter, dichter, gut lötfähiger Schichten wird der Bereich von

ρ ' ' ' .

bis 7 A/dm angegeben.

Alle Elektrolyte auf der Basis von Pluoroboraten erfordern als Ausgangsstoffe Tetrafluoroborsäure (HBF«), Zinn-

fluoroborat (Sn(Bi¹, )₂) und Bleifluoroborat (Fb(BF₄ Jg)* Diese Substanzen stehen aufgrund der in ihnen enthaltenen Borate nur in geringem Maße zur Verfügung und sind daher sehr kostenaufwendig.

Deshalb wurden Verfahren erarbeitet, die andere Grundbestandteile der Electrolyte verwenden. - / So · werden Elektrolyte auf Pyrophosphatbasis (US-PS 39 84 291), auf Chloridbasis (US-PS 40 53 372) und auf der Basis von Hydroxyäthylsulfonsäure(US-PS 41 32 610) geschützt. Diese Elektrolyte sind jedoch im Vergleich zu PluoroborateelektroIyten weniger stabil.

Weiterhin wurden bereits länger zurückliegende Verfahren zur Anwendung von Silikofluoridelektrolyten zur Abschei-

dung von Blei und Zinn-⁴Blei-Legierungen'' entwickelt (CH-PS 182 416 j USrPS 157 830; US-PS 13 73 488 j CA-PS 269 480). Nachteilig für die technische Anwendung dieser Elektrolyte ist ebenfalls ihre unzureichende Stabilität, Eine hohe Stabilität der Elektrolyte ist jedoch erforderlich, um diese zur Abscheidung funktioneller, Zinn-Blei-Legierungsachichten in hochproduktiven Anlagen einzusetzen.

Alle beschriebenen Verfahren mit den genannten Elektrolyten weisen den Nachteil auf, daß sie nur innerhalb eines bestimmten Stromdichtebereiches anwendungsfähig sind, was sich besonders nachteilig auf eine Verwendung in hochproduktiven Galvanisieranlagen auswirkt.

Wegen der genannten lachteiIe sind die in den beschriebenen Verfahren genannten Elektrolyte für die technische Anwendung, insbesondere in hochproduktiven Galvanisieranlagen unzweckmäßig.

Ziel der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lösung soll die Abscheidung glatter, dichter, gut lötfähiger, .festhaftender Zinn-Blei-Legierungs^- . schichten aus einem Elektrolyten auf der Basis verfügbarer, kostengünstiger Ausgangssubstanzen ermöglichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektro-Iyten für die elektrolytische Abscheidung von Zinn-Blei-Legierungsschichten zu schaffen, der eine Abscheidung in einem breiten Stromdichtebereich ermöglicht, um die Herstellung derartiger Legierungsschichten ebenfalls in hochproduktiven Galvanisieranlagen durchführen zu können.

Die Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß der Elektrolyt aus Hexafluorokieselsäure und den entsprechenden Metallsalzen als Grundkomponenten sowohl ohne als auch mit Zusatz von Fluoroborsäure und Borsäure sowie bei Anwesenheit geringer Mengen von Formalin, eines handelsüblichen

100	- 150	g/l
50	- -60	g/l
20	- 25	g/l
0	- 50	g/l
0	- 30	g/l
20	- 25	ml/1
1	- 4	^ g/l
1	- 6	g/l

nichtionogenen oberflächenaktiven Stoffes sowie eines organischen Slektrolytzusatzes, der das Kondensations- . produkt eines primären Amins mt einem aromatischen Aldehyd darstellt und dem Grundelektrolyt in Form einer 20 VoI %igen äthanolischen Lösung zugeführt wird, besteht. Der Elektrolyt enthält dazu zweckmäßigerweise die erforderlichen Komponenten in folgenden Konzentrationen:

/

Hexafluorokieselsäure Zinnsilikof luorid' ..· Bleisilikofluorid · Pluoro borsäure·· Borsäure .

Pormalin ' ' ' nichtionogener oberflächenaktiver Stoff , organischer Elektrolytzusätz

Die Zinn-Blei-Legierungsabscheidung aus diesem Elektrolyt wird dabei zweckmäßig in einem Temperaturbereich von 15 - 40 ⁰C, bei einer Relativbewegung zwischen zu beschichtendem Werkstück und Elektrolyt von 0,-1. - 15 m/s, in einem Stromdichtebereich von 0,5. - 400 A/dm vorgenommen . · .. ''

Zur besonders produktiven Zinn-Blei-Legiertmgsabscheidung, z. B. für die kontinuierliche Beschichtung von Drähten, sind Relativgeschwindigkeiten von 3 - 15 m/s, Stromdichten von 60 - 300 A/dm sowie Temperaturen von 25 - 40 ⁰C erforderlich. - ^:

Zur Ausführung des Verfahrens zur Zinn-Blei-Legierungsabscheidung aus diesem Elektrolyt bei den angegebenen Verfahrensbedingungen befindet sich der Elektrolyt in einem entsprechenden Galvanisierbehälter, dem der in üblicher Y/eise vorbehandelte, zu beschichtende Werkstoff kontinuierlich oder diskontinuierlich zugeführt sowie katodisch polarisiert wird und nach Ablauf der für eine gewünschte Schichtdicke erforderlichen Expositionszeit nachfolgenden Spül- und Trockenprozessen unterzogen wird.

Auaführungsbeispiel ·, . . ;

..' " ^Γ !

Die Erfindung soll an folgendem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.

Zur kontinuierlichen Beschichtung von Kupferdraht mit einer Zinn- Blei-Legierungsschicht wird ein Elektrolyt folgender Zusammensetzung angewendet:

Zinn-silikofluorid Bleisilikofluorid ^

·. -

Hexafluorkieselsäure . Tetrafluoroborsaure ν Formalin (37 %±g} oberflächenaktiver Stoff

prganischer Zusatz

Die Abscheidung erfolgt bei einer Temperatur ytm 25 ⁰C, ,einer Relativbewegung zwischen zu beschichtendem Draht Und Elektrolyten von 12 m/s und einer Stromdichte von 80 - 100 A/dm². ,

Die Zusammensetzung de'r Zinn-Blei-Legierungsschicht beträgt 60 % Zinn und 40 % Blei mit einer Toleranz von ; ;

AIa Anoden werden Zinn-Blei-Legieru.ngsanoden 60Λ4Ο eingesetzt. . ,

oil Oll* g	• 54	g/i
Pb SiF,- P	23	g/l
H₂ biF₆	/ 120	g/l
H BF₄	30	g/l
HCHO	20	ml/1
PPG	-· · ' .2	g/l
ZB-1-0	2	g/l

Claims

Erfindungsansprüche

1. Elektrolyt zur elektrolytisches Abscheidung funktionelier Zinn-Blei-Legierungsschichten, gekennzeichnet' dadurch, daß der Elektrolyt aus Hexafluorkieselsäure und deren entsprechenden Metallsalzen Zinn- und Bleisilikofluorid als Grundkomponenten sowohl ohne als auch mit Fluoroborsäure und Borsäure some bei Anwesenheit geringer Mengen von Formalin, .eines nichtionogenen oberflächenaktiven Stoffea sowie eines organischen Elektrolytzusatzes, der das Kondensationsprodukt eines primären Amins mit einem aromatischen Aldehyd darstellt, besteht.
2. Elektrolyt nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Konzentration der erforderlichen Komponenten zweckmäßigerweise für Hexafluorkieselsäure 100 - 150 g/l, für Zinnsilikofluorid 50 - 60 g/l, für Bleisilikofluorid

2'Q - 25 g/l, für Pluoroborsäure 0-50 g/l, für Borsäure . 0 - 30 g/l, für Formalin 20 - 25 ml/1, für den nichtionogenen oberflächenaktiven Stoff 1 - 4 g/l- und für den Organischen Elektrolytzusatz 1-6 g/l betragen.
3. Elektrolyt nach den Punkten 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Abscheidung der Zinn-Blei-Legierungsschichten bei einer Temperatur von T = 15 bis 40 ⁰C, einer Stromdichte von j =0,5 bis 400 A/dm und einer Relativbewegung zwischen zu beschichtendem Werkstück und Elektrolyt von ν - 0,1 bis 15 m/s, erfolgt.
4. Elektrolyt nach den Punkten 1, 2 und 3» gekennseichnet dadurch, daß eine besonders produktive Abscheidung von Zinn-Blei-Legierungsschichten vorzugsweise für die kontinuierliche Beschichtung von Drähten bei einer Temperatur von T = 25 ⁰C, einer Stromdichte von j = 80 - DO und einer Relativbewegung zwischen zu beschichtendem Werkstück und Elektrolyt von ν = 12 m/s erfolgt. >