DE10046600A1 - Elektrolyt und Verfahren zur Abscheidung von Zinn-Kupfer-Legierungsschichten - Google Patents

Elektrolyt und Verfahren zur Abscheidung von Zinn-Kupfer-Legierungsschichten

Info

Publication number
DE10046600A1
DE10046600A1 DE2000146600 DE10046600A DE10046600A1 DE 10046600 A1 DE10046600 A1 DE 10046600A1 DE 2000146600 DE2000146600 DE 2000146600 DE 10046600 A DE10046600 A DE 10046600A DE 10046600 A1 DE10046600 A1 DE 10046600A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
tin
copper
salts
soluble
sulfonic acids
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE2000146600
Other languages
English (en)
Other versions
DE10046600C2 (de
Inventor
Michael Dietterle
Manfred Jordan
Gernot Strube
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Ing Max Schloetter GmbH and Co KG
Original Assignee
Dr Ing Max Schloetter GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr Ing Max Schloetter GmbH and Co KG filed Critical Dr Ing Max Schloetter GmbH and Co KG
Priority to DE2000146600 priority Critical patent/DE10046600C2/de
Priority to JP2002529569A priority patent/JP2004510053A/ja
Priority to EP01969748A priority patent/EP1325175B1/de
Priority to PCT/EP2001/010907 priority patent/WO2002024979A1/de
Priority to DE50106133T priority patent/DE50106133D1/de
Priority to US10/380,842 priority patent/US7179362B2/en
Publication of DE10046600A1 publication Critical patent/DE10046600A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10046600C2 publication Critical patent/DE10046600C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/56Electroplating: Baths therefor from solutions of alloys
    • C25D3/60Electroplating: Baths therefor from solutions of alloys containing more than 50% by weight of tin
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/56Electroplating: Baths therefor from solutions of alloys
    • C25D3/58Electroplating: Baths therefor from solutions of alloys containing more than 50% by weight of copper
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/22Secondary treatment of printed circuits
    • H05K3/24Reinforcing the conductive pattern
    • H05K3/244Finish plating of conductors, especially of copper conductors, e.g. for pads or lands

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt einen sauren Elektrolyten zur Abscheidung von Zinn-Kupfer-Legierungen, der eine oder mehrere Alkylsulfonsäuren und/oder Alkanolsulfonsäuren, ein oder mehrere lösliche Zinn(II)salze, ein oder mehrere lösliche Kupfer(II)salze und eine oder mehrere organische Schwefelverbindungen mit einer oder mehreren Thioetherfunktionen und/oder Etherfunktionen der allgemeinen Formel -R-Z-R'- (R und R' sind gleiche oder verschiedene nichtaromatische organische Reste, Z ist S oder O) umfasst. Weiterhin wird ein Verfahren, das den Elektrolyten einsetzt, und die durch das Verfahren erhältliche Beschichtung sowie die Verwendung des Elektrolyten zur Beschichtung elektronischer Bauteile zur Verfügung gestellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen sauren Elektrolyten zur Abscheidung von Zinn-Kupfer-Legierungen, ein Verfahren, das diesen Elektrolyten einsetzt, durch das Verfahren erhältliche Beschichtungen und die Verwendung des Elektrolyten zur Beschichtung elektronischer Bauteile.
In der Fertigung elektronischer Baugruppen ist das Weichlöten unter Verwendung der eutektischen Lotlegierung SnPb (63 Gew.-% Sn 37 Gew.-% Pb) das Standardverfahren der Verbindungstechnik. Abgestimmt darauf ist es üblich, zur Erhaltung der Lötbarkeit der zu verbindenden Komponenten diese durch galvanische Prozesse mit einer Bleizinnschicht zu versehen. Die Bleizinnschichten können im Prinzip eine beliebige Legierungszusammensetzung aufweisen, ebenso sind die reinen Metalle einsetzbar. Am häufigsten werden Legierungen mit 3 bis 40 Gew.-% Pb, insbesondere 5 bis 20 Gew.-% Pb, verwendet. Hochbleihaltige Legierungen mit z. B. 95 Gew.-% Pb werden für Spezialanwendungen eingesetzt, wenn höhere Schmelztemperaturen erwünscht sind. Beschichtungen mit Reinzinn sind ebenfalls weit verbreitet, obwohl hier prinzipielle Probleme wegen der nicht auszuschließenden Gefahr der Whiskerbildung bestehen.
Obwohl die genannten Bleizinnlegierungen sehr gute Eigenschaften beim Weichlöten zeigen, besteht ein sehr großes Bestreben nach einer Substitution von Blei. Bei einer Verschrottung und Deponierung von Ausrüstungsgegenständen mit bleihaltigen Lötstellen besteht die Gefahr, dass durch Korrosionsvorgänge Blei in wasserlösliche Form überführt werden kann. Dadurch kann es langfristig zu einer entsprechenden Verunreinigung des Grundwassers kommen.
Eine aussichtsreiche Alternative für das eutektische Bleizinnlot ist die Legierung Zinn-Silber-Kupfer. Auch hier wird zweckmäßigerweise die eutektische Zusammensetzung verwendet, da diese die Absenkung der Verarbeitungstemperaturen auf ein Minimum ermöglicht. Zu hohe Verarbeitungstemperaturen können z. B. beim Weichlöten von Leiterplatten und Komponenten elektronischer Baugruppen zu einer irreversiblen Schädigung führen. Die eutektische Zusammensetzung der Zinn-Silber-Kupfer-Legierung besteht aus 95,5 Gew.-% Zinn, 3,8 Gew.-% Silber und 0,7 Gew.-% Kupfer. Der Schmelzpunkt des Eutektikums beträgt 217°C.
Im Fall der Verwendung des Zinn-Silber-Kupfer-Lotes ist es wünschenswert, dass die Bauteile zur Erhaltung der Lötbarkeit galvanisch mit Überzügen eines oder mehrerer Bestandteile des Lotes beschichtet sind. Eine Beschichtung mit Reinzinn ist wegen der bereits erwähnten Gefahr der Whiskerbildung weniger erwünscht. Beschichtungen mit reinem Silber und Zinn-Silber- Legierungsbeschichtungen können aus Kostengründen unvorteilhaft sein. Überzüge aus reinem Kupfer sind nicht geeignet, da durch die Bildung einer Oxidschicht auf der Kupferoberfläche ("Anlaufen") das Lötverhalten stark beeinträchtigt wird. Die Verwendung einer Zinn-Kupfer- Beschichtung wäre daher wünschenswert. Der Kupferanteil der Zinn-Kupfer-Beschichtung sollte sich bevorzugt nicht wesentlich vom Kupferanteil der eutektischen Legierung unterscheiden, um die Lötbarkeit der Beschichtung bei möglichst niedrigen Temperaturen zu ermöglichen.
Weiterhin sollten die bestehenden Anlagen, die bisher zur Beschichtung mit Zinn-Blei-Legierungen aus sauren Elektrolyten eingesetzt wurden, auch für die Abscheidung der Zinn-Kupfer-Beschichtungen einsetzbar sein. Da alkalische Elektrolyte z. B. keramische Bestandteile von Bauteilen der bestehenden Anlagen angreifen können, ist der Einsatz saurer Zinn-Kupfer-Elektrolyte erwünscht.
Saure Elektrolyte weisen außerdem den Vorteil einer höheren Abscheidegeschwindigkeit auf. Da das Zinn im sauren Medium in zweiwertiger, im basischen Milieu jedoch in vierwertiger Form vorliegt, ist in sauren Elektrolyten die Abscheidegeschwindigkeit im Vergleich zu alkalischen Elektrolyten um 50% erhöht.
Das Problem bei der Entwicklung eines sauren Elektrolyten zur Abscheidung von Zinn-Kupfer-Legierungen mit einem geringen Kupferanteil besteht in der relativ großen Potentialdifferenz zwischen den Metallen Zinn und Kupfer. Die Standardpotentiale betragen:
Sn2+ + 2e → Sn°: -0,12 V
Cu2+ + 2e → Cu°: +0,35 V
Ist in einem Elektrolyten, der zwei abscheidbare Metalle enthält, die Potentialdifferenz der beiden Metalle groß, wird zum einen bevorzugt das Metall mit dem positiveren Standardpotential abgeschieden. Das heißt, aus einem Zinn- Kupfer-Elektrolyten wird bevorzugt Kupfer abgeschieden.
Weiterhin bewirkt der Potentialunterschied, dass die elektrochemisch edlere Komponente Kupfer im Ladungsaustausch auf den in Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung von Zinnlegierungen im allgemeinen eingesetzten Zinnanoden abgeschieden wird. Durch diese Reaktion können die Zinnanoden passiviert werden. Solche passivierten Zinnanoden ermöglichen keinen Stromdurchgang mehr und verhindern eine elektrolytische Metallabscheidung.
Außerdem führt die Abscheidung von Kupfer auf den Anoden dazu, dass die Konzentration der Kupferionen im Elektrolyten abnimmt. Um jedoch eine Beschichtung mit einem bestimmten Kupfergehalt zu erhalten, sollte die Kupferionenkonzentration im Elektrolyten möglichst konstant sein.
Voraussetzung für eine erfolgreiche Abscheidung von Zinn- Kupfer-Legierungen mit einem bestimmten Kupfergehalt aus einem sauren, zweiwertige Zinnionen enthaltenden Elektrolyten ist es daher, geeignete Verbindungen zu finden, die eine Komplexierung des Kupfers und dadurch eine Verschiebung des Standardpotentials des Kupfers zu negativeren Werten bewirken, so dass die gewünschte Kupferionenkonzentration im Elektrolyten aufrechterhalten werden kann. Außerdem müssen die Komplexbildner selektiv auf Kupfer wirken. Bei gleichzeitiger Komplexierung von Zinn würde auch hier eine Verschiebung des Standardpotentials zu negativeren Werten erfolgen. Die ursprüngliche Potentialdifferenz der unkomplexierten Ionen wäre dadurch wieder hergestellt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, einen Elektrolyten zur Abscheidung von Zinn-Kupfer-Legierungen zur Verfügung zu stellen, der für den Einsatz in bestehenden Anlagen, die bisher zur Abscheidung der standardmäßigen Blei- Zinn-Schichten verwendet werden, geeignet ist, der nicht zu einer Passivierung der Anoden durch Abscheidung von Kupfer auf den Anoden führt und mit dem Zinn-Kupfer-Beschichtungen einer gewünschten Zusammensetzung erhältlich sind.
Weiterhin sollte der Elektrolyt gegenüber Oxidation stabil sein, sowohl bei niedrigen kathodischen Stromdichten (Trommel- oder Gestelltechnik) als auch bei hohen kathodischen Stromdichten (Durchlauf-Galvanisier-Verfahren) eingesetzt werden können und nicht toxisch sein, insbesondere die Abwasserbehandlung nicht erschweren, d. h. keine Umweltbeeinträchtigung darstellen.
Die Aufgabe wird durch einen sauren wässrigen Elektrolyten zur Abscheidung von Zinn-Kupfer-Legierungen gelöst, der eine oder mehrere Alkyl- oder Alkanolsulfonsäuren, ein oder mehrere lösliche Zinn(II)salze, ein oder mehrere lösliche Kupfer(II)salze und ein oder mehrere organische Schwefelverbindungen umfasst, wobei die organischen Schwefelverbindungen als Strukturmerkmal eine oder mehrere Thioetherfunktionen und/oder Etherfunktionen der allgemeinen Formel -R-Z-R'- enthalten, wobei R und R' gleiche oder verschiedene nichtaromatische organische Reste und Z ein Schwefelatom oder ein Sauerstoffatom darstellen, unter der Voraussetzung, dass mindestens einer der Reste R und R' mindestens ein Schwefelatom enthält, wenn Z ausschließlich ein Sauerstoffatom ist.
Die organischen Schwefelverbindungen weisen bevorzugt die folgende allgemeine Formel auf:
X-R1-[Z-R2]n-Z-R3-Y (I)
worin n = 0 bis 20, bevorzugt 0 bis 10, besonders bevorzugt 0 bis 5, ist, X und Y unabhängig voneinander jeweils -OH, -SH oder -H sind, Z jeweils ein Schwefelatom oder ein Sauerstoffatom darstellt und die Reste Z im Fall n ≧ 1 in Formel (I) jeweils gleich oder verschieden sind, R1, R2 und R3 unabhängig voneinander jeweils eine gegebenenfalls substituierte lineare oder verzweigte Alkylengruppe darstellen und die Reste R2 im Fall n < 1 in Formel (I) jeweils gleich oder verschieden sind. Unter der Voraussetzung, dass Z ausschließlich ein Sauerstoffatom ist, enthält mindestens einer der Reste X, Y, R1, R2 und R3 mindestens ein Schwefelatom.
Beispiele für Alkylengruppen sind Alkylengruppen mit 1 bis 10, bevorzugt 1 bis 5, Kohlenstoffatomen, z. B. Methylen-, Ethylen-, n-Propylen-, iso-Propylen-, n-Butylen-, iso- Butylen- und tert-Butylengruppen. Beispiele der Substituenten der Alkylengruppen sind -OH, -SH, -SR4, worin R4 eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, z. B. eine Methyl-, Ethyl-, n-Propyl- oder iso-Propylgruppe, ist, -OR4, -NH2, NHR4 und NR4 2 (wobei die beiden Substituenten R4 gleich oder verschieden sein können).
Im Fall, dass Z in Formel (I) ausschließlich ein Sauerstoffatom darstellt, können die schwefelhaltigen Reste X und/oder Y eine SH-Gruppe sein und/oder die schwefelhaltigen Reste R1, R2 und/oder R3 können z. B. einen Alkylenrest darstellen, der mit einer SH-Gruppe oder mit einer SR4-Gruppe substituiert ist.
Bevorzugt sind in Formel (I) n ≧ 1, R1, R2 und R3 unabhängig voneinander eine Alkylengruppe, die mindestens zwei Kohlenstoffatome aufweist, und für den Fall, dass nur ein Z ein Schwefelatom darstellt, ist X und/oder Y eine SH-Gruppe und für den Fall, dass Z ausschließlich ein Sauerstoffatom ist, stellen X und Y eine SH-Gruppe dar.
Weiterhin sind die folgenden organischen Schwefelverbindungen bevorzugt:
Bis-(hydroxyethyl)-sulfid:
HO-CH2-CH2-S-CH2-CH2-OH
3,6-Dithiaoctandiol-1,8:
HO-CH2-CH2-S-CH2-CH2-S-CH2-CH2-OH
3,6-Dioxaoctandithiol-1,8:
HS-CH2-CH2-O-CH2-O-CH2-CH2-SH
3,6-Dithia-1,8-dimethyloctandiol-1,8:
HO-CH(CH3)-CH2-S-CH2-CH2-S-CH2-CH(CH3)-OH
4,7-Dithiadecan:
H3C-CH2-CH2-S-CH2-CH2-S-CH2-CH2-CH33,6-Dithiaoctan:
H3C-CH2-S-CH2-CH2-S-CH2-CH33,6-Dithiaoctandithiol-1,8:
HS-CH2-CH2-S-CH2-CH2-S-CH2-CH2-SH
Das Molverhältnis der organischen Schwefelverbindung zum löslichen Kupfer(II)salz (molare Menge organische Schwefelverbindung: molare Menge lösliches Kupfer(II)salz) beträgt bevorzugt mindestens 3, besonders bevorzugt 20 : 1 bis 3 : 1, insbesondere bevorzugt 10 : 1.
Das Zinn(II) kann im Elektrolyten als Salz von Mineral-, Alkylsulfon- oder Alkanolsulfonsäuren vorliegen. Beispiele für Salze der Mineralsäuren sind Sulfate und Tetrafluoroborate. Bevorzugte Salze der Alkylsulfonsäuren sind z. B. Methansulfonate, Ethansulfonate, n- und iso- Propansulfonate, Methandisulfonate, Ethandisulfonate, 2,3- Propandisulfonate und 1,3-Propandisulfonate. Einsetzbare Alkanolsulfonate sind 2-Hydroxyethansulfonate, 2- Hydroxypropansulfonate und 3-Hydroxypropansulfonate. Besonders bevorzugt ist Zinn(II)methansulfonat.
Das Kupfer(II) liegt im Elektrolyten bevorzugt in Form der Salze von Mineral-, Alkylsulfon- oder Alkanolsulfonsäuren vor. Beispiele für Mineral-, Alkylsulfon- oder Alkanolsulfonsäuresalze entsprechen den oben für die Zinn(II)salze genannten Verbindungen. Besonders bevorzugt ist Kupfer(II)methansulfonat.
Im Elektrolyten sind bevorzugt 0,05-50 g/l Elektrolyt, besonders bevorzugt 0,1-20 g/l Elektrolyt, Kupfer(II)salze, berechnet als Kupfer(II), vorhanden.
Die löslichen Kupfersalze können beim Ansetzen des Elektrolyten erzeugt werden, indem Kupferverbindungen zugegeben werden, die sich im sauren Bereich unter Salzbildung auflösen. Beispiele für Kupferverbindungen, die sich im sauren Bereich unter Salzbildung auflösen, sind Kupferoxid (CuO), Kupfercarbonat (CuCO3) und lösliches Kupfercarbonat (Cu2(OH)2CO3).
Der Elektrolyt kann außerdem verschiedene Zusätze, die üblicherweise in sauren Elektrolyten zur Abscheidung von Zinnlegierungen eingesetzt werden, z. B. kornverfeinernde Zusätze, Netzmittel und/oder Glanzbildner, enthalten.
Als kornverfeinernde Zusätze können z. B. nichtionogene Tenside der allgemeinen Formel RO-(CH2-CH2-O)n-H, worin R eine Alkyl-, Aryl-, Alkaryl- oder Aralkylgruppe mit 1 bis 20, bevorzugt 1 bis 15, Kohlenstoffatomen darstellt und n = 1 bis 20 ist, vorliegen.
Der kornverfeinernde Zusatz liegt bevorzugt in einer Menge von 0,1 bis 50 g/l Elektrolyt, bevorzugt 1 bis 10 g/l Elektrolyt, vor.
Das Netzmittel kann in einer Menge von 0,1 bis 50 g/l Elektrolyt, vorzugsweise 0,5 bis 10 g/l Elektrolyt vorliegen.
Die Alkylsulfonsäure und die Alkanolsulfonsäure weisen bevorzugt 1 bis 10, besonders bevorzugt 1 bis 5, Kohlenstoffatome auf. Als Alkylsulfonsäuren können z. B. Methansulfonsäure, Ethansulfonsäure n-Propansulfoüsäure, iso- Propansulfonsäure, Methandisulfonsäure, Ethandisulfonsäure, 2,3-Propandisulfonsäure oder 1,3-Propandisulfonsäure eingesetzt werden. Einsetzbare Alkanolsulfonsäuren sind z. B. 2-Hydroxyethansulfonsäure, 2-Hydroxypropansulfonsäure und 3- Hydroxypropansulfonsäure.
Die Alkyl- und/oder Alkanolsulfonsäure liegt im Elektrolyten bevorzugt in einer Konzentration von 50 bis 300 g/l Elektrolyt, besonders bevorzugt 100-200 g/l Elektrolyt vor.
Der pH des sauren Elektrolyten beträgt vorzugsweise 0 bis < 1.
Mit der vorliegenden Erfindung werden weiterhin ein Verfahren zur elektrolytischen Beschichtung von Substraten mit Zinn- Kupfer-Legierungen, in dem unter Einsatz des erfindungsgemäßen Elektrolyten, einer Anode aus metallischem Zinn und einer Kathode aus dem zu beschichtenden Substrat die Beschichtung unter Durchleiten von Gleichstrom aufgebracht wird, und durch dieses Verfahren erhältliche Beschichtungen zur Verfügung gestellt.
Die mit diesem Verfahren aufgebrachten Zinn-Kupfer- Legierungen können Kupfer in einem Anteil von 0,1-99,9 Gew.-% enthalten. Um die Lötbarkeit der Legierungen bei niedrigen Temperaturen zu ermöglichen, weisen sie bevorzugt einen Kupferanteil von 0,25-10 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5-2 Gew.-%, auf. Der Kupferanteil kann z. B. durch Variation der Konzentrationsverhältnisse der Zinn- und Kupfersalze im Elektrolyten, der Elektrolyttemperatur und der Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten, bezogen auf das zu beschichtende Material, eingestellt werden.
Die Stromdichte kann 0,1 A/dm2 (Trommel- oder Gestelltechnik) bis 100 A/dm2 (Hochgeschwindigkeitsanlagen) betragen.
Die Temperatur des Elektrolyten liegt bevorzugt im Bereich von 0 bis 70°C, besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 50°C.
Als zu beschichtendes Substrat können alle üblichen Materialien, die zur Herstellung elektronischer Bauteile verwendet werden, vorliegen. Beispiele sind Kupfer oder Kupferlegierungen, Nickel-Eisen-Legierungen (z. B. Alloy 42), vernickelte Oberflächen und ähnliche Materialien.
Der erfindungsgemäße Elektrolyt kann für die Beschichtung von elektronischen Bauteilen Verwendung finden.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele erläutert.
Beispiel 1
Ein Zinn-Kupfer-Elektrolyt wurde wie folgt angesetzt:
150 g/l 70%ige wässrige Methansulfonsäure
20 g/l Zinn(II), als Zinnmethansulfonat
0,5 g/l Kupfer(II), als Kupfermethansulfonat
6 g/l 3,6-Dithiaoctandiol-1,8
4 g/l Nonylphenolethoxilat mit 14 EO-Gruppen (Lutensol AP-14 der Fa. BASF)
Mit diesem Elektrolyten wurden Kupferbleche in der Gestelltechnik bei einer Stromdichte von 0,5-2 A/dm2 beschichtet. Die Elektrolyttemperatur betrug 20 ± 2°C. Der Elektrolyt wies einen pH von 0 auf. Es wurden feinkristalline helle, seidenglänzende Schichten ohne Anzeichen von Dendritbildung erhalten.
Beispiel 2
Der folgende Zinn-Kupfer-Elektrolyt wurde angesetzt:
150 g/l 70%ige wässrige Methansulfonsäure
40 g/l Zinn(II), als Zinnmethansulfonat
1 g/l Kupfer(II), als Kupfermethansulfonat
12 g/l 3,6-Dithiaoctandiol-1,8
4 g/l Bisphenol-A-Ethoxilat (Lutron HF3 der Fa. BASF)
Die Abscheidung der Zinn-Kupfer-Beschichtung aus diesem Elektrolyten auf einem Kupferblech wurde bei 40 ± 2°C in einer Hochgeschwindigkeitsanlage im Stromdichtebereich von 5- 20 A/dm2 durchgeführt. Der Elektrolyt wurde intensiv gerührt (Magnetrührer, 40 mm Rührstab, Rührgeschwindigkeit 700 Upm). Es wurden hellgraue, seidenmatte Abscheidungen erzielt.
Beispiel 3
Der folgende Zinn-Kupfer-Elektrolyt wurde angesetzt:
150 g/l 70%ige wässrige Methansulfonsäure
20 g/l Zinn(II), als Zinnmethansulfonat
0,5 g/l Kupfer(II), als Kupfermethansulfonat
6 g/l 3,6-Dithiaoctandiol-1,8
In den Elektrolyten, der einen pH von 0 aufwies, wurden 500 g metallische Zinnstücke gegeben, so dass die Oberflächenbeladung 2 dm2/l betrug. Nach einer Standzeit von 24 Stunden bei Raumtemperatur (25°C) wurde die Abnahme des gelösten Kupfers in der Probe mittels ICP-Emissions­ spektrometrie (ICP = inductively coupled plasma) bestimmt. Diese Abnahme ist ein Maß für die Verringerung der Kupferkonzentration im Elektrolyten durch Abscheidung auf dem Zinn (Abscheidung im Ladungsaustausch).
Die Konzentration war um 2 mg/l Kupfer verringert, das entspricht einer Abnahme von 0,4%.
Vergleichsbeispiel 1
Der gleiche Elektrolyt wie in Beispiel 3 wurde angesetzt, mit der Ausnahme, dass kein 3,6-Dithiaoctandiol-1,8 zugefügt wurde. Die gleiche Menge metallischer Zinnstücke wie in Beispiel 3 wurde zugegeben, so dass ebenfalls eine Oberflächenbeladung von 2 dm2/l resultierte. Eine Messung der Kupferkonzentration mittels ICP-Emissionsspektrometrie nach einer Standzeit von 24 Stunden bei Raumtemperatur (25°C) ergab eine Verringerung des Kupfergehaltes um 111 mg/l, das entspricht einer Abnahme um 22%.
Eine Gegenüberstellung des Beispiels 3 und des Vergleichsbeispiels 1 zeigt deutlich, dass der Einsatz der erfindungsgemäßen organischen Schwefelverbindungen eine Abscheidung von Kupfer auf den Zinnanoden im Ladungsaustausch vermeidet und die Kupferkonzentration im Elektrolyten konstant hält.

Claims (11)

1. Saurer wässriger Elektrolyt zur Abscheidung von Zinn- Kupfer-Legierungen umfassend
eine oder mehrere Alkylsulfonsäuren und/oder Alkanolsulfonsäuren,
ein oder mehrere lösliche Zinn(II)salze,
ein oder mehrere lösliche Kupfer(II)salze und
eine oder mehrere organische Schwefelverbindungen,
dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Schwefelverbindungen als Strukturmerkmal eine oder mehrere Thioetherfunktionen und/oder Etherfunktionen der allgemeinen Formel -R-Z-R'- enthalten, wobei Z jeweils ein Schwefelatom oder ein Sauerstoffatom ist und R und R' gleiche oder verschiedene nichtaromatische organische Reste darstellen, unter der Voraussetzung, dass mindestens einer der Reste R und R' mindestens ein Schwefelatom enthält, wenn Z ausschließlich ein Sauerstoffatom ist.
2. Elektrolyt gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Schwefelverbindungen die folgende allgemeine Formel aufweisen:
X-R1-[Z-R2]n-Z-R3-Y (I)
worin n = 0 bis 20 ist, X und Y unabhängig voneinander jeweils -OH, -SH oder -H sind, Z jeweils ein Schwefelatom oder ein Sauerstoffatom darstellt und die Reste Z im Fall n ≧ 1 gleich oder verschieden sind, R1, R2 und R3 unabhängig voneinander jeweils eine gegebenenfalls substituierte lineare oder verzweigte Alkylengruppe darstellen und die Reste R2 im Fall n < 1 gleich oder verschieden sind, unter der Voraussetzung, dass mindestens einer der Reste X, Y, R1, R2 und R3 mindestens ein Schwefelatom enthält, wenn Z ausschließlich ein Sauerstoffatom ist.
3. Elektrolyt gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass n ≧ 1 ist, R1, R2 und R3 unabhängig voneinander eine Alkylengruppe, die mindestens zwei Kohlenstoffatome aufweist, darstellen und für den Fall, dass nur ein Z ein Schwefelatom darstellt, X und/oder Y -SH ist und für den Fall, dass Z ausschließlich ein Sauerstoffatom ist, X und Y jeweils -SH sind.
4. Elektrolyt gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Molverhältnis der organischen Schwefelverbindung zum löslichen Kupfer(II)salz (molare Menge organische Schwefelverbindung: molare Menge lösliches Kupfer(II)salz) mindestens 3 beträgt.
5. Elektrolyt gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinn(II)salze die Salze von Mineral-, Alkylsulfon- oder Alkanolsulfonsäuren sind.
6. Elektrolyt gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupfer(II)salze die Salze von Mineral-, Alkylsulfon- oder Alkanolsulfonsäuren sind.
7. Elektrolyt gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein kornverfeinernder Zusatz enthalten ist.
8. Elektrolyt gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als kornverfeinernder Zusatz nichtionogene Tenside der allgemeinen Formel RO-(CH2CH2-O)n-H, worin R eine Alkyl-, Aryl-, Alkaryl- oder Aralkylgruppe darstellt und n = 1 bis 20 ist, vorliegen.
9. Verfahren zur elektrolytischen Beschichtung von Substraten mit Zinn-Kupfer-Legierungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung unter Durchleiten von Gleichstrom unter Einsatz eines Elektrolyten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, einer Anode aus metallischem Zinn und einer Kathode aus dem zu beschichtenden Substrat durchgeführt wird.
10. Beschichtung, erhältlich durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9.
11. Verwendung des Elektrolyten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Beschichtung von elektronischen Bauteilen.
DE2000146600 2000-09-20 2000-09-20 Elektrolyt und Verfahren zur Abscheidung von Zinn-Kupfer-Legierungsschichten und Verwendung des Elektrolyten Expired - Fee Related DE10046600C2 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2000146600 DE10046600C2 (de) 2000-09-20 2000-09-20 Elektrolyt und Verfahren zur Abscheidung von Zinn-Kupfer-Legierungsschichten und Verwendung des Elektrolyten
JP2002529569A JP2004510053A (ja) 2000-09-20 2001-09-20 錫−銅合金層を析出させるための電解質及び方法
EP01969748A EP1325175B1 (de) 2000-09-20 2001-09-20 Elektrolyt und verfahren zur abscheidung von zinn-kupfer-legierungsschichten
PCT/EP2001/010907 WO2002024979A1 (de) 2000-09-20 2001-09-20 Elektrolyt und verfahren zur abscheidung von zinn-kupfer-legierungsschichten
DE50106133T DE50106133D1 (de) 2000-09-20 2001-09-20 Elektrolyt und verfahren zur abscheidung von zinn-kupfer-legierungsschichten
US10/380,842 US7179362B2 (en) 2000-09-20 2001-09-20 Electrolyte and method for depositing tin-copper alloy layers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2000146600 DE10046600C2 (de) 2000-09-20 2000-09-20 Elektrolyt und Verfahren zur Abscheidung von Zinn-Kupfer-Legierungsschichten und Verwendung des Elektrolyten

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10046600A1 true DE10046600A1 (de) 2002-04-25
DE10046600C2 DE10046600C2 (de) 2003-02-20

Family

ID=7656975

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2000146600 Expired - Fee Related DE10046600C2 (de) 2000-09-20 2000-09-20 Elektrolyt und Verfahren zur Abscheidung von Zinn-Kupfer-Legierungsschichten und Verwendung des Elektrolyten

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10046600C2 (de)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1408141A1 (de) * 2002-10-11 2004-04-14 Enthone Inc. Verfahren zur galvanischen Abscheidung von Bronzen
EP2116634A1 (de) 2008-05-08 2009-11-11 Umicore Galvanotechnik GmbH Modifizierter Kupfer-Zinn-Elektrolyt und Verfahren zur Abscheidung von Bronzeschichten
DE102008032398A1 (de) 2008-07-10 2010-01-14 Umicore Galvanotechnik Gmbh Verbesserter Kupfer-Zinn-Elektrolyt und Verfahren zur Abscheidung von Bronzeschichten
WO2012022689A1 (en) * 2010-08-17 2012-02-23 Umicore Galvanotechnik Gmbh Electrolyte and process for the deposition of copper-tin alloy layers
US8211285B2 (en) 2007-02-14 2012-07-03 Umicore Galvanotechnik Gmbh Copper-tin electrolyte and method for depositing bronze layers
DE102013021502A1 (de) * 2013-12-19 2015-06-25 Schlenk Metallfolien Gmbh & Co. Kg Elektrisch leitende Flüssigkeiten auf der Basis von Metall-Diphosphonat-Komplexen

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2921241A1 (de) * 1979-04-19 1980-10-23 Alusuisse Saurer zinn-ii-haltiger elektrolyt
US4555315A (en) * 1984-05-29 1985-11-26 Omi International Corporation High speed copper electroplating process and bath therefor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2921241A1 (de) * 1979-04-19 1980-10-23 Alusuisse Saurer zinn-ii-haltiger elektrolyt
US4555315A (en) * 1984-05-29 1985-11-26 Omi International Corporation High speed copper electroplating process and bath therefor

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1408141A1 (de) * 2002-10-11 2004-04-14 Enthone Inc. Verfahren zur galvanischen Abscheidung von Bronzen
WO2004035875A2 (de) * 2002-10-11 2004-04-29 Enthone Inc. Verfahren zur galvanischen abscheidungvon bronzen
WO2004035875A3 (de) * 2002-10-11 2005-04-14 Enthone Verfahren zur galvanischen abscheidungvon bronzen
US8211285B2 (en) 2007-02-14 2012-07-03 Umicore Galvanotechnik Gmbh Copper-tin electrolyte and method for depositing bronze layers
EP2116634A1 (de) 2008-05-08 2009-11-11 Umicore Galvanotechnik GmbH Modifizierter Kupfer-Zinn-Elektrolyt und Verfahren zur Abscheidung von Bronzeschichten
DE102008032398A1 (de) 2008-07-10 2010-01-14 Umicore Galvanotechnik Gmbh Verbesserter Kupfer-Zinn-Elektrolyt und Verfahren zur Abscheidung von Bronzeschichten
WO2012022689A1 (en) * 2010-08-17 2012-02-23 Umicore Galvanotechnik Gmbh Electrolyte and process for the deposition of copper-tin alloy layers
CN103069054A (zh) * 2010-08-17 2013-04-24 尤米科尔电镀技术有限公司 用于沉积铜-锡合金层的电解质和方法
CN103069054B (zh) * 2010-08-17 2016-08-10 尤米科尔电镀技术有限公司 用于沉积铜-锡合金层的电解质和方法
DE102013021502A1 (de) * 2013-12-19 2015-06-25 Schlenk Metallfolien Gmbh & Co. Kg Elektrisch leitende Flüssigkeiten auf der Basis von Metall-Diphosphonat-Komplexen

Also Published As

Publication number Publication date
DE10046600C2 (de) 2003-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1325175B1 (de) Elektrolyt und verfahren zur abscheidung von zinn-kupfer-legierungsschichten
DE10026680C1 (de) Elektrolyt und Verfahren zur Abscheidung von Zinn-Silber-Legierungsschichten und Verwendung des Elektrolyten
DE69924807T2 (de) Zinn-Kupfer-Legierung Elektroplattierungsbad und Plattierungsverfahren mit diesem Bad
DE19653681C2 (de) Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung von Kupferschichten mit gleichmäßiger Schichtdicke und guten optischen und metallphysikalischen Eigenschaften und Anwendung des Verfahrens
DE69213840T2 (de) Bad zur stromlosen Beschichtung mit einer Zinn-Blei-Legierung
DE102010053676A1 (de) Elektrolyt für die galvanische Abscheidung von Gold-Legierungen und Verfahren zu dessen Herstellung
DE19629658A1 (de) Cyanidfreies galvanisches Bad zur Abscheidung von Gold und Goldlegierungen
WO2000079030A1 (de) Badsystem zur galvanischen abscheidung von metallen
DE10046600C2 (de) Elektrolyt und Verfahren zur Abscheidung von Zinn-Kupfer-Legierungsschichten und Verwendung des Elektrolyten
DE69724324T2 (de) Verfahren zur Herstellung von halbglänzenden und von glänzenden elektrogalvanischen Beschichtungen unter Verwendung hoher Stromdichten in einem Bad, das ein Zinksalz einer Schwefel-enthaltenden Säure enthält und Zusammensetzung dafür
EP0143919A1 (de) Alkalisch-cyanidisches Bad zur galvanischen Abscheidung von Kupfer-Zinn-Legierungsüberzügen
DE102005016819B4 (de) Elektrolyt, Verfahren zur Abscheidung von Zinn-Wismut-Legierungsschichten und Verwendung des Elektrolyten
DE10052960C9 (de) Bleifreie Nickellegierung
DE3889667T2 (de) Elektroniederschlag von zinn-wismut-legierungen.
EP1442160A2 (de) Elektrolysebad zum galvanischen abscheiden von silber-zinn-legierungen
EP0926264B1 (de) Austausch-Zinnbad
DE4338148C2 (de) Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung matter und pickelfreier Kupferschichten mit hoher Bruchdehnung auf Substratoberflächen
DE10059139B4 (de) Verwendung einer organischen Schwefelverbindung in einem sauren Elektrolyten zur Abscheidung von Zinn-Kupfer-Legierung
CN1420946A (zh) 无晶须析出的锡、锡合金镀液、镀膜以及镀膜物
EP3047051A1 (de) Galvanisches bad
DE19905981C1 (de) Elektrolytlösung und Verfahren zur Herstellung von Bleizinnschichten sowie Verwendung
DE3705949A1 (de) Waessriges saures bad und verfahren zur galvanischen abscheidung von zinklegierungen
EP4146848A1 (de) Silberelektrolyt zur abscheidung von silberdispersionsschichten

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8304 Grant after examination procedure
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee