DE102019112883A1

DE102019112883A1 - Beschichtungsbad zur stromlosen Beschichtung eines Substrats

Info

Publication number: DE102019112883A1
Application number: DE102019112883.8A
Authority: DE
Inventors: Anshuma Pathak; Thorsten Teutsch; Georg Friedrich
Original assignee: Pac Tech Packaging Technologies GmbH
Current assignee: Pac Tech Packaging Technologies GmbH
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2019-05-16
Publication date: 2020-11-19
Anticipated expiration: 2039-05-17
Also published as: DE102019112883B4; US20220259743A1; WO2020229082A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsbad zur stromlosen Beschichtung eines Substrats, insbesondere eines Kupfer- oder Aluminiumsubstrats, mit Nickel, umfassend eine Nickelionenquelle sowie ein Stabilisierungssystem mit einer Iodationenquelle sowie einer Schwermetallionenquelle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beschichtungsbad zur stromlosen Beschichtung eines Substrats, insbesondere eines Kupfer- oder Aluminiumsubstrats mit Nickel, wobei das Beschichtungsbad eine Nickelionenquelle umfasst.
Beschichtungsbäder zur stromlosen Beschichtung mit Nickel sind aus dem Stand der Technik bekannt. Mit derartigen Beschichtungsbädern wird eine Alternative zur galvanischen Metallabscheidung zur Verfügung gestellt. Bei der galvanischen Metallabscheidung treibt das Einprägen eines elektrischen Stromes oder einer elektrischen Spannung in ein zu plattierendes Substrat die Abscheidung des in einem Plattier-Elektrolyt gelösten Metalls voran.
Das stromlose/chemische Beschichten (Plattieren) kann in zwei Untergruppen eingeteilt werden:

- Der sogenannte autokatalytische Plattierungsprozess:
- In diesem Fall ist die Reduktion des in dem Elektrolyten gelösten Metalls mit Hilfe eines in dem Elektrolyten gelösten Reduktionsmittels die treibende Kraft des Prozesses.
- Der sogenannte Tauchplattierungsprozess (Immersionsplattierungsprozess):
- In diesem Fall ist die elektrochemische Spannungsreihe die treibende Kraft des Prozesses. In diesem Fall wird während einer elektrochemischen Austauschreaktion das Metall, das einen höheren Edelgrad hat (mit anderen Worten, das edlere Metall), welches in dem Elektrolyt gelöst ist, auf einem Metall, das einen geringen Edelgrad hat (mit anderen Worten, das unedlere Metall), abgeschieden.

Bei vielen Anwendungen der Herstellung von gedruckten Schaltungen mit leitenden Kupferschaltwegen und -bereichen soll Nickel stromlos über das Kupfer aufgeschichtet werden. Beispielsweise wird bei gedruckten Schaltungen das stromlose Aufbringen von Nickel über Kupfer oftmals angewendet, um eine Diffusionssperre für eine nachträglich aufgebrachte Goldschicht zu bilden.
Für ein stromloses Beschichten eines Substrats mit Nickel steht eine Vielzahl von stromlosen Nickelbeschichtungsbädern zur Verfügung, die im Allgemeinen aus wässrigen Lösungen bestehen, die eine Quelle von Nickelionen, ein Reduktionsmittel für das Nickel und einen Komplexbildner enthalten, um in vorbestimmten Bereichen des pH-Werts arbeiten zu können. Die am meisten verbreiteten Bäder dieser Art arbeiten mit Hypophosphit-Reduktionsmitteln. Dabei wird Phosphor zusammen mit Nickel auf der zu beschichtenden Oberfläche abgeschieden.
Bei den genannten Nickel-Beschichtungsbädern besteht das Problem einer nur sehr geringen Prozessstabilität und einer schwierigen und komplexen Prozesssteuerung. Ein Problem bei diesem Prozess kann in der sehr geringen Badstabilität des den Elektrolyten enthaltenden Bades aufgrund des autokatalytischen Prozesses gesehen werden. Des Weiteren sind diese Beschichtungsbäder sehr empfindlich gegenüber Verunreinigungen. Die Zersetzung des Bades aufgrund von aktivem Wasserstoff, welcher während der Reduktionsreaktion gebildet wird, ist ein weiterer problematischer Punkt dieser stromlosen Nickel-Beschichtungsbäder. Die genannten Probleme haben zur Folge, dass die Lebensdauer und die Badbetriebsdauer auf wenige Tage begrenzt ist und am Ende eines Badbetriebszyklus Werkzeugreinigungsprozesse erforderlich sind, welche mit einem hohen sicherheitstechnischen Aufwand verbunden sind.
Um die o. g. Probleme zu minieren, sind aus dem Stand der Technik Stabilisierungsmittel bekannt, die eine Zersetzung sowie eine Kontamination des Beschichtungsbades verhindern sollen. Aus dem Stand der Technik bekannte Stabilisierungsmittel sind beispielsweise Thioharnstoffverbindungen und Thiocyanatverbindungen sowie Pb²⁺- und Bi²⁺-Ionenquellen. Diese genannten Stabilisierungsmittel haben jedoch den Nachteil, dass sie sehr giftig und daher auch aus umwelttechnischen Gründen nicht wünschenswert sind. Darüber hinaus wurde bei den o. g. Schwermetallsalzen beobachtet, dass diese ebenfalls zu einer Ablagerung auf einem zu beschichtenden Substrat neigen. Dies ist auf den bei der Beschichtung stattfindenden Reduktionsprozess zurückzuführen. Werden diese Metallionen im Laufe des Prozesses auf einem Substrat abgeschieden, kommt es wieder zu Badzersetzungsprozessen, wenn nämlich die Konzentration dieser Metallionen im Beschichtungsbad sinkt. Auch die o. g. Thioharnstoffverbindungen sind mit Nachteilen verbunden. So können diese Verbindungen nur in sehr geringen Konzentrationen (im Bereich von 1ppm) verwendet werden, da diese als sogenannte katalytische Gifte im Beschichtungsbad fungieren und bei zu hohen Konzentrationen zu einer Zersetzung des Beschichtungsbades führen können. Dagegen führen beispielsweise Bleisalze bei derartigen Konzentrationen zu einer Verschlechterung der Ni-Abscheidungsrate, was zu einer niedrigkristallinen, feinkörnigen Beschaffenheit der aufgebrachten Schicht führt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beschichtungsbad der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welches die Nachteile der Beschichtungsbäder aus dem Stand der Technik überwindet. Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein möglichst lange stabiles Beschichtungsbad zur stromlosen Beschichtung eines Substrats zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Beschichtungsbad der eingangs genannten Art, umfassend ein Stabilisierungssystem mit einer Iodationenquelle sowie mit einer Schwermetallionenquelle. Bei dem erfindungsgemäßen Beschichtungsbad handelt es sich um eine wässrige Lösung. Als Schwermetallionenquelle kommen beispielsweise Eisen-, Zinn- und Cadmiumsalze in Frage. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beschichtungsbades ist die Schwermetallionenquelle jedoch ein Kupfersalz, wie beispielsweise Kupfersulfat (CuSO₄ oder C_uSO₄ · 5H₂O). Beim Einsatz einer derartigen Kombination aus Kupfer- und Iodationen als Stabilisierungssystem hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass mit diesem System eine gravierende Erhöhung der Lebensdauer eines Beschichtungsbades herbeigeführt werden kann. Dies wurde u. a. durch das unten beschriebene Titrationsverfahren nachgewiesen. Des Weiteren konnte festgestellt werden, dass mit dem erfindungsgemäßen Beschichtungsbad, welches das o. g. Stabilisierungssystem enthält, kein Absinken der Abscheidungsrate von Nickel auf einem Substrat zu beobachten ist. Auch durch eine Oberflächenbeschaffenheitsuntersuchung der Nickelbeschichtung, welche mit einem optischen Mikroskop und SEM durchgeführt wurde, konnten keine Unterschiede zu herkömmlichen Nickelbeschichtungen festgestellt werden. Auch EDX-Auswertungen des Phosphorgehalts in der Ni-P-Schicht und des Cu/Ni-Interface, untersucht an einem FIB-Querschnitt, deuten auf ein ähnliches morphologisches Verhalten der Nickelbeschichtungen hin - unabhängig davon, ob mit oder ohne dem o. g. Stabilisierungssystem gearbeitet wird. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass der Tank, welcher das erfindungsgemäße Beschichtungsbad enthält, nach einem Monat noch keine sichtbaren Rückstände oder Kontaminationen an der Tankwand zeigt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beschichtungsbades handelt es sich bei der Iodationenquelle um Kaliumiodat. Eine Kombination aus Kupfersulfat und Kaliumiodat hat sich als besonders vorteilhaft bei der Verwendung als Stabilisierungssystem für ein Beschichtungsbad für die Abscheidung von Nickel gezeigt.
In der Regel umfasst das erfindungsgemäße Beschichtungsbad mindestens ein Reduktionsmittel, insbesondere Natriumhypophosphit und/oder DMAB (Dimethylaminoboran), sowie vorzugsweise mindestens ein Komplexierungsmittel sowie mindestens einen pH-Wert-Regler.
Bei der Nickelionenquelle handelt es sich in der Regel um Nickelsulfat.
Mit Vorteil liegt die Iodationenquelle, insbesondere Kaliumiodat, in einer Konzentration von ca. 100 µl einer 0,05-molaren Lösung/l bis ca. 400 µl einer 0,05-molaren Lösung/l, vorzugsweise ca. 200 µl einer 0,05-molaren Lösung/l vor und die Schwerionenquelle, insbesondere CuSO₄· 5H₂O, in einer Konzentration von ca. 20 µl einer 0,1-molaren Lösung/l bis ca. 80 µl einer 0,1-molaren Lösung/l, vorzugsweise ca. 40 µl einer 0,1-molaren Lösung/l vor. Es hat sich herausgestellt, dass in diesen Konzentrationsbereichen eine optimale Stabilisierungswirkung ohne Beeinträchtigung des Beschichtungsprozesses gegeben ist. Es hat sich ferner herausgestellt, dass bei einer Konzentration von mehr als 400 µl einer 0,05-molaren Lösung/l bzw. 80 µl einer 0,1-molaren Lösung/l eine Beeinträchtigung des Beschichtungsprozesses und Zersetzungstendenzen des Beschichtungsbades zu beobachten sind. Eine optimale Konzentration der Iodationenquelle beträgt ca. 200 µl einer 0,05-molaren Lösung/l. Eine optimale Konzentration der Schwermetallionenquelle beträgt ca. 40 µl einer 0,1-molaren Lösung/l.
Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Beschichtungsbad einen pH-Wert von ca. 3-5, vorzugsweise 4,4 sowie eine Temperatur von ca. 80-90°C, vorzugsweise 85°C auf. Diese Bedingungen haben sich als besonders vorteilhaft beim Beschichtungsprozess erwiesen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer Iodationenquelle sowie einer Schwermetallionenquelle, insbesondere einer Kupferionenquelle zum Stabilisieren eines Nickel-Beschichtungsbades.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Abscheiden von Nickel auf einem Substrat mit folgenden Schritten:

a) Behandlung des zu beschichtenden Substrats mit einer Säure, insbesondere Schwefelsäure;
b) Aktivierung der Substratoberfläche mit Palladium;
c) Kontaktieren des aktivierten Substrats mit einem Beschichtungsbad nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

Um Nickel aus dem Beschichtungsbad z. B. auf eine Kupferfläche stromlos aufzubringen, ist es erforderlich, zuerst die Kupferfläche zu aktivieren. Hierzu wird die Kupferfläche mit einem für die Abscheidung katalytischen Mittel kontaminiert. Dies erfolgt vorliegend mit Palladium, insbesondere Palladium-Seeds.

In der Regel wird nach jedem der o. g. Arbeitsschritte eine Spülung des Substrats mit destilliertem Wasser durchgeführt. Am Ende wird in der Regel ein Trocknungsschritt durchgeführt. Beim ersten Schritt wird die Oberfläche des Kupfersubstrats gereinigt und einer Mikroätzung unterzogen. In der Regel wird dieser Schritt mit verdünnter Schwefelsäure durchgeführt. Die polierte Kupfer-Oberfläche wird dann für einen anschließenden Beschichtungsschritt mit Palladium-Seeds aktiviert, wodurch eine katalytische Oberfläche geschaffen wird. Dann wird das aktivierte Substrat in das Beschichtungsbad eingebracht. Ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Beschichtungsbades weist folgende Parameter auf: Tabelle 1

Badbedingungen
pH-Wert	4,4
Temperatur (°C)	85
KIO₃-Konzentration	200 µl/l
	einer 0,05-molaren KIO₃-Lösung
CuSo₄-5H₂O-Konzentration	40 µl/l
	einer 0, 1-molaren CuSO₄ · 5H₂O-Lösung
Ni-Salz-Gehalt	7g/l
Natriumhypophosphit-Gehalt	15,6g/l
Weitere Bestandteile	Komplexbildner; Strukturstabilisatoren
	(z. B. Blei- oder Bismutsalze)

Der hier beschriebene Nickel-Beschichtungsprozess auf einem Kupfersubstrat ist ein autokatalytischer Prozess, welcher keiner Austauschreaktion folgt. Ni²⁺- Ionen werden durch ein Reduktionsmittel (hier Natriumhypophosphit) zu elementarem Nickel reduziert, welches sich auf der aktivierten Kupfer-Oberfläche niederschlägt. Ferner findet eine Koabscheidung von Phosphor in der Nickelschicht statt. Dies erfolgt vorliegend über katalytische Partialreaktionen im System. Hierbei ist zu bemerken, dass eine Hydrolyse des Reduktionsmittels Natriumhypophosphit zu einer Produktion von aktivem Wasserstoff in einem atomaren Stadium führt. Dies ist in der unten stehenden Reaktionsgleichung (i) wiedergegeben. H₂PO₂ ^- + H₂O → H⁺ + HPO₃ ^2- + 2H (i)
Der bei dieser Reaktion erstehende aktive Wasserstoff ist aller Wahrscheinlichkeit nach in erster Linie verantwortlich für eine Zersetzung des Beschichtungsbades und damit für eine negative Beeinflussung der Badstabilität.
Der Reaktionsmechanismus des beim erfindungsgemäßen Beschichtungsbad verwendeten Stabilisierungssystems kann durch die unten stehenden Reaktionsgleichungen (1), (2a), (2b) und (2c) wie folgt erklärt werden: Cu²⁺ + 2e^- → Cu (1) IO₃ ^- + e^- → I^- (2a) Cu²⁺ + 2I^- → Cu + I₂ (2b) I₂ + 2H* → H₂ + 2I^- (2c)
Die Anwesenheit von Kupferionen im Beschichtungsbad würde zu einer Abscheidung von elementarem Kupfer auf der aktivierten Metalloberfläche führen. Dies würde wiederum eine Nickelabscheidung behindern. Beim vorliegenden Mechanismus wird angenommen, dass die Kupferionen in Anwesenheit von Iodationen den aktiven Wasserstoff, der bei der Nickelabscheidung entsteht, in gasförmigen Wasserstoff überführen, was zu einer Verbesserung der Stabilität des Beschichtungsbades führt. Auf dieser Annahme basierend sind zwei unterschiedliche Stabilisierungsmechanismen denkbar:

1. Verhinderung einer Zersetzung des Beschichtungsbades durch ein „Konsumieren“ des aktiven Sauerstoffs, welcher durch die o. g. Reaktion des Natriumhypophosphits gebildet wird;
2. Verhinderung einer Badzersetzung durch Verhindern des Auftretens einer zufälligen Reaktion der Nickelionen.

Die Entstehung von aktivem Wasserstoff im atomaren Zustand kann durch folgende Reaktionskette erklärt werden: H₂PO₂ ^- + H₂O → H⁺ + HPO₃ ^2- + 2H Ni²⁺ + 2H → Ni↓+ 2H⁺ H₂PO₂ ^- + H → P↓ + OH^- + H₂O H₂PO₂ ^- + H₂O → H₂↑ + H⁺ + HPO₃ ^2-
Der entstehende aktive Wasserstoff wird bei der Hydrolyse des Reduktionsmittels NaH₂PO₂ gebildet. Hierbei wird Ni²⁺ zu elementarem Nickel reduziert, wobei H₂PO₂ ^- elementares Phosphor bildet. Zu den Reaktionen (1), (2a), (2b) und (2c) ist noch folgendes auszuführen:

In Anwesenheit von Natriumhypophosphit werden Cu²⁺-Ionen zu elementarem Kupfer reduziert (siehe Reaktion (1)), welches sich auf der aktivierten Metalloberfläche niederschlägt. Gleichzeitig werden Iodationen zu Ioditionen reduziert (siehe Reaktion (2a)). Diese Ioditionen reagieren wiederum mit Cu²⁺-Ionen zu elementarem Kupfer und elementarem Iod (siehe Reaktion (2b)). Das Iod kann nun mit dem aktiven atomaren Wasserstoff reagieren, was zu einer Reproduktion von Ioditionen im Beschichtungsbad führt (siehe Reaktion (2c)). Dadurch können Ioditionen kontinuierlich verwendet werden, um den entstehenden aktiven Wasserstoff in gasförmigen Wasserstoff zu überführen und so das Beschichtungsbad zu stabilisieren. Mit Hilfe von Iodationen und unter Verwendung relativ geringer Mengen an Kupfersalz kann eine Koabscheidung von Kupfer auf die Ni-P-Schicht bzw. das zu beschichtende Metallsubstrat verhindert werden. Dies bewirkt, dass ein nur sehr geringes Risiko einer Kupfer-Koabscheidung vorliegt, was zu einer hohen Qualität einer Beschichtung führt. EDX-Analysen der Beschichtung haben gezeigt, dass kein Kupfer in der Ni-P-Beschichtung vorhanden ist.

Es hat sich ferner gezeigt, dass das erfindungsgemäße Beschichtungsbad, welches das Stabilisierungssystem enthält, keine schlechtere Abscheidungsrate von Nickel auf Kupfersubstraten als ein vergleichbares Beschichtungsbad ohne dieses Stabilisierungssystem zeigt. Hierzu wurde ein Vergleichsversuch durchgeführt, bei dem die Nickel-Abscheidungsrate mit einem erfindungsgemäßen Beschichtungsbad sowie mit einem Beschichtungsbad ohne Stabilisierungssystem durchgeführt wurde. Die Ergebnisse sind in 1 dargestellt. Hierbei wurden Proben zum einen im kleinen Maßstab (Badvolumen 1,61) sowie im großen Maßstab (Badvolumen 100 1) durchgeführt. Für diese Auswertung wurden sowohl Testchips als auch Wafer aus Kupfer mit unterschiedlichen Teststrukturen und Größen verwendet.
1 zeigt: Abscheiderate einer Ni-P-Schicht auf Kuper-Oberflächen unter Verwendung eines Beschichtungsbades mit und ohne Stabilisierungssystem. Für jede Probe wurde eine Abscheidezeit von 15 Minuten gewählt.
Wie aus 1 hervorgeht, wirkt keine der Stabilisierungskomponenten (Kupferionen und Iodationen) als „catalytic poison“. Bei den meisten der bekannten Stabilisierungsmittel darf eine bestimmte Konzentration nicht überschritten werden, da eine Überschreitung einer bestimmten Konzentration eine Verschlechterung des Beschichtungsprozesses bewirkt. So ist beispielsweise für Bleisalze oder Thioharnstoff eine Durchschnittskonzentration, die den Beschichtungsprozess nicht negativ beeinflusst, sehr niedrig (ca. 1ppm). Bei dem Stabilisierungssystem des erfindungsgemäßen Beschichtungsbades kann die Konzentration der Komponenten des Stabilisierungssystems wesentlich höher sein.
Da bei Verwendung des Stabilisierungssystems gemäß dem erfindungsgemäßen Beschichtungsbades keine negative Beeinflussung der Beschichtungsrate zu beobachten ist, ist davon auszugehen, dass keine Koabscheidung der verwendeten Stabilisierungskomponenten auf einem zu beschichtenden Substrat stattfindet. Es hätte nämlich jede Koabscheidung von Kupferionen oder von Iodationen einen Einfluss auf die Beschichtungsrate.
Eigenschaften der abgeschiedenen Nickelbeschichtung:

Die Oberflächentopografien der Beschichtungen wurden mittels Lichtmikroskop sowie Rasterelektronenmikroskop untersucht. Hierbei wurden keine signifikanten Unterschiede der Oberflächenqualitäten der abgeschiedenen Ni-P-Schichten bei einer Verwendung eines Beschichtungsbades mit und ohne Stabilisierungssystem beobachtet. Die Beschichtungen weisen in beiden Fällen ein gleichmäßiges Erscheinungsbild auf. Physikalische und chemische Eigenschaften der stromlosen Nickel-Beschichtungen variieren, abhängig vom Phosphorgehalt in der abgeschiedenen Schicht. Mit einer EDX-Analyse wurde herausgefunden, dass der Phosphorgehalt in der Ni-P-Beschichtung im Bereich von 6% bis 7% liegt. In diesem Bereich ist bekannt, dass eine gute Lötbarkeit und Korrosionsresistenz gegeben ist, wenn Gold auf die Beschichtung aufgebracht wird. Es ist bekannt, dass Korrosionsresistenz mit zunehmendem Phosphorgehalt in der Beschichtung zunimmt.

2 zeigt: FIB-Querschnitte von Kupfer-Pads, die stromlos mit Nickel beschichtet wurden, wobei bei einem Pad Kupfersulfat und Kaliumiodat als Stabilisierungssystem eingesetzt wurden (rechte Darstellung) und beim Vergleichspad kein Stabilisierungsmittel eingesetzt wurde (linke Darstellung). Mit Ausnahme der Stabilisierungskomponenten (Kupfersulfat und Kaliumiodat) waren die Badzusammensetzungen identisch. Anhand der Fotos ist zu erkennen, dass die strukturelle Morphologie der beiden Proben nahezu identisch ist.
Es wurden bei den beiden Kupfer-Pads keine signifikanten Unterschiede in den beiden Grenzflächen der Beschichtungen zum Kupfersubstrat festgestellt. Darüber hinaus ist festzustellen, dass bei einer Koabscheidung von Kupfer auf dem zu beschichtenden Pad eine Erhöhung des Glanzes und der Glattheit der Schicht zu erwarten wäre. Allerdings sind solche Effekte vorliegend nicht festzustellen, sodass eine Koabscheidung von Kupfer nahezu ausgeschlossen werden kann.
Schließlich wurde die Badstabilität untersucht.
Die Stabilität von Beschichtungsbädern wurde durch absichtliches Beeinträchtigen der Beschichtungsbäder durch eine PdCl₂-Lösung (Titrationsmethode) untersucht. Eine bestimmte Menge an PdCl₂-Lösung (1ml einer 50mg/l Lösung) wurde den Beschichtungsbädern während einer Zeit von 60 Sekunden beigemengt, wobei die zugegebene Menge über diesen Zeitraum kontrolliert wurde. Tabelle 2 zeigt die Menge an Titrationslösung, welche nötig ist, um das Beschichtungsbad bei Anwesenheit eines Stabilisierungssystems (Bad Nr. 2) und bei Abwesenheit eines Stabilisierungssystems (Bad Nr. 1) nötig ist. Als Stabilisierungssystem wurde eine Kombination aus Kupfersulfat und Kaliumiodat eingesetzt. Bei den Bädern wurden solche mit einem Volumen von 1,6 Liter verwendet. Wie aus der Tabelle 2 ersichtlich, ist bei dem Bad Nr. 2 eine viermal höhere Menge an PdCl₂-Lösung nötig, um das Bad zu zersetzen. Tabelle 2

Beschichtungsbad (Badvolumen 1.6 l) Menge an PDCl₂-Lösung, die für eine Zersetzung nötig ist (ml)

#1 (ohne Stabilisierungssystem) 2.5

#2 (mit Stabilisierungssystem) 10
Die Stabilitätstests waren sehr wiederholbar. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Stabilität von stromlosen Nickel-Beschichtungsbädern gravierend erhöht werden konnte, wenn ein Stabilisierungssystem (hier Iodat- und Kupferionen) beigemengt werden, wobei dieses Beschichtungssystem keinen Einfluss auf die Beschichtungsrate und die Beschichtungsqualität hat.
Untersuchung des Badtanks:

Hierzu wurde ein erfindungsgemäßes Beschichtungsbad für ca. 1 Monat in einem Badtank belassen. Eine visuelle Inspektion des Tanks hat ergeben, dass sich keine Kontaminationen oder Abscheidungen an der Tankwandinnenseite oder am Boden des Tanks abscheiden. Dieselben Beobachtungen konnten bei kleinen Maßstäben (z. B. in einem Becher) gemacht werden.

Anschließend wurden Badproben nach dem Beschichtungsprozess gesammelt. Danach wurde der Badtank entleert und mit Wasser aufgefüllt. Danach wurde das Wasser wieder aus dem Tank entnommen und es wurde mit Salpetersäure ein sogenannter „Stripping“-Prozess durchgeführt. Danach wurde die Salpetersäure wieder aus dem Tank entfernt, worauf dieser erneut mit Wasser aufgefüllt wurde, um mögliche Rückstände von Stabilisatoren zu ermitteln. Eine ICP-Elementaranalyse der gesammelten Badproben hat ergeben, dass sich keine kontaminierenden Rückstände, resultierend aus den Bestandteilen des Stabilisierungssystems, in den Badproben befanden.

Claims

Beschichtungsbad zur stromlosen Beschichtung eines Substrats, insbesondere eines Kupfer- oder Aluminiumsubstrats, mit Nickel, umfassend eine Nickelionenquelle sowie ein Stabilisierungssystem mit einer Iodationenquelle sowie einer Schwermetallionenquelle.
Beschichtungsbad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Schwermetallionenquelle um ein Kupfersalz, insbesondere um Kupfersulfat, handelt.
Beschichtungsbad nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Iodationenquelle um Kaliumiodat handelt.
Beschichtungsbad nach einem der vorgehenden Ansprüche, ferner umfassend mindestens ein Reduktionsmittel, insbesondere Natriumhypophosphit und/oder DMAB (Dimethylaminoboran), sowie vorzugsweise mindestens ein Komplexierungsmittel sowie mindestens einen pH-Wert-Regler.
Beschichtungsbad nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Nickelionenquelle um Nickelsulfat handelt.
Beschichtungsbad nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Iodationenquelle, insbesondere Kaliumiodat, in einer Konzentration von ca. 100 µl einer 0,05-molaren Lösung/l bis ca. 400 µl einer 0,05-molaren Lösung/l, vorzugsweise 200 µl einer 0,05-molaren Lösung/l vorliegt und die Schwermetallionenquelle, insbesondere Cu-SO₄·5H₂O, in einer Konzentration von ca. 20 µl einer 0,1-molaren Lösung/l bis ca. 80 µl einer 0,1-molaren Lösung/l, vorzugsweise von ca. 40 µl einer 0,1-molaren Lösung/l vorliegt.
Beschichtungsbad nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen pH-Wert von ca. 3 bis 5, vorzugsweise von 4,4 sowie eine Temperatur von ca. 80°C bis 90°C, vorzugsweise 85°C aufweist.
Verwendung einer Iodationenquelle sowie einer Schwermetallionenquelle, insbesondere einer Kupferionenquelle, zum Stabilisieren eines Nickel-Beschichtungsbades.
Verfahren zum Abscheiden von Nickel auf einem Substrat mit folgenden Schritten: a) Behandlung des zu beschichtenden Substrats mit einer Säure, insbesondere Schwefelsäure; b) Aktivierung der Substratoberfläche mit Palladium; c) Kontaktieren des aktivierten Substrats mit einem Beschichtungsbad nach einem der Ansprüche 1 bis 7.