DE1621094A1 - Verfahren zum Elektroplattieren einer Nickel und Eisen enthaltenden Legierung - Google Patents

Description

IBM* Deutschland internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH

Böblingen den 19. August ί969 km-£p ^Λ:*^{ν :} 7- "■'."■

Anmelderin: international Business Machines

•Corporation Arm onk, N. Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen P 16-21 094. 9

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket YO 9-66-014

Verfahren zum Elektroplattieren einer Nickel und Eisen enthaltenden, Legierung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Elektroplattieren einer Nickel und Eisen enthaltenden Legierung in einem mit kontinuierlicher oder inpulsweiser Stromzuführung betriebenen Bad , in dem sich,eine Anode und ein Kathodensubstrat befinden und in dem die Stärke des Plattierungsstromes bei dessen Einsetzen bedeutend grosser ist als die Stromstärke die zu Abscheidung der Legierungsanteile in der gewünschten Zusammensetzung erforderlich ist, wenn sich das Bad im Ausgleichs zustand befindet.

Es ist bekannt , magnetische Dünnschichtstrukturen für die Speicher von ' schnellen Datenverarbeitungsanlagen aus Nickel-Eisen-Legierungen unter Anwendung der relativ äufweryigen Vakuum -Aufdampftechnik herzustellen. Versuche , das einfachere« TiT^rlah^a dg-rrEjektroplattierung für den'gleichen

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(Art 71| ΓΑΒ13.7 Nr.T SaU 3 dea Anderurtgagee. v. 4. 9.19ß>

' BAD

-sü'verwenden,, tebea bisJsey aus verschiedene» GsTgsda» aiclit sum geführt* Eines d@* größten Problems bsi der ElsktropUttiörtang

isss-Kiagnelsclxiciitsä srgibt ©ids. au® dag Tassacluös daß bei Anleger eines Platderuagsstyomes an ein Nickei^Eisesi-Bad der a.niäytg~ . dertidiiag ciaoa sehr lioheß Eisongeiialf hat» äer im wsitersn de» PIafcÜenHigiVöygaffig<s@ abninrnit, bis eich «£a Ausgleichs- «lingo stellt hat und die Legierung mit dom g«wüneclif«n Yerhältvoa Nick@l tmd Eisen, siadergöschlagsa wiva. Die Möidarch bediagte Stark« AWeichmig vom vorgeschriöbenön YarlsSStiais von Nicköl and liegt im allgemeinen £nji®r!aal& der ©rsisa SQO A d&r s Schichi. Wem dalvatf dl.fl hGraustaHeada Schieht @®hr dick ist« spielt diese AfeweidiMsg .keine-.Rolle. 14sgt Jedoch, dl© Biek® dey au ©rjseBge.rsd.e«·. .-Schicht bei etwa 1000 A oder darua|@x^> und wanden konstajsi® magnetische Eigenschaiteiä.ftber die gesamt® ScHehtdicka gefordert, wis dias bei mag-

DQmachidit@pe£ch®m von Eec&öxisalagsa der FaIt Ist« so wird örwähnt© anfänglich® oieenroich« Nisd®rsch1sg au @is«m uraslan Pro- « Dlöe gill besonders £ör di@. Magnefostrikliost «Ses Legieytmg, da @in@ Magnetostriktion vo& HuE mi? Iss <ii?r<$icht wird, dl® .ungefä&s 80% Hickal und 20% Slsßis ealhalfteii. Woran ■ iSuaamro®as@fsung d©?? sdödergssdiiageaea Sc&iclit ia eiauir; Biditmig . t ^a.dl@®«m VsrfeSltaiö abweicht» wslsfc sSe k<slnss Huli-Msg-r-:.r auf <&ηά ist dafeer ife d©a vo?g®@$h©aei& Zwdzk

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Es ist für die Herstellung von laminierten Magnetschichten ,die aus mehreren Nickel-Eisen-Schichten mit dazwischenbefindliehen Kupfer-Trennschichten besteht, bereits vorgeschlagen worden ,ein elektrolytisches Bad zu verwenden, das Nickel-Eisen- und Kupfer -Ionen enthalt und dem Stromimpulse zugeführt werden, deren Länge so bemessen ist, dass dur.eh jeden dieser Impulse an der Kathode eine erste Schicht mit hohem Kupf etanteil und eine zweite Schichtmit niedrigem Kupf eranteilniedergeschlagen wird» Dabei hat es sich als zweckmässig erwiesen, das Bad zwischen der Zuführung, zweier Stromiinpulse mechanisch zubewegen. Bei diesen Schichten hat jeweils der Teil der Schichtdicke, der auf Grund der vorausgehend erläuterten Tatsachen einen hohen Eisengehalt aufweist, auch einen hohen

Kupfer gehalt, so dass er nicht magnetisch ist ,,weswegen das JPr öblem der Magnetostriktion umgangen wird. ·.-. ;

Es ist bei der Elektroplattierung von Magnetschichten auch bekannt, am Beginn des Plattierungsvorganges das Abscheidungspotential, d; h. das Potential zwischen Bad und Kathode , auf einen hohen "WTert einzustellen, um die Depass ivieruiig der Kathode zu beschleunigen (französiche Patentschrift 1 397 417). Nach einer kurzen Zeit, nach welcher die Depassivierung erfolgt ist, wird das Abscheidungspotential auf einen viel geringerenriMTert . umgestellt der eine langsame Abscheidung bewirkt. Magnetschichten, die auf diese Weis« nergestssllt werden;-liaben keine ejiheitliche Zusammensetzung; der während der^Anfangsphase niedergeschlagene; Teil der Schicht Docket TD 966'* 014- r

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ab. Wenn daher die niederzuschlagenden Schichten dünne Schichten sind, ergeben sich die oben erläuterten nachteiligen Verhältnisse.

Die Aufgabe vorliegender !Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, das die Herstellung von Ni ekel-Ei sen-Schichten gestattet, in denen der Eisen-Nickelanteil über die gesamte Schichtdicke wenigstens annähernd auf dem vorgeschriebenen Wert gehalten wird.. Das Verfahren ist sowohl bei Verwendung eines kontinierlichen Plattierungs stromes als auch bei impulsweise zugeführten Plattierungs strom anwendbar.

Die erfindungsgemässe Aufgabe wird.dadurch,gelöst, dass nach dem Einsetzen des Plattierungs ströme s dessen Stärke nach einer vorgegebenen Gesetzmässigkeit , die eine.im wesentlichen gleichbleibende' Abscheidungsrate der einzelnen Legierungselemente sicherstellt und wenigstens angenähert umgekehrt proportional zur Quadratwurzel aus der Zeit verläuft, verengert wird, bis bei konisisyterlicher Stromzuführung dex Ausgleichs zustand erreicht ist. wonach die Stromstärke konstant auf den für die Abscheidung der gewünschten Legierungsanteile massgefoenden Wert gehalten wifd, oder bis bei impuls weisier Zuführung des Plattierungs stromes das Ende des jeweiligen JStroraimpuis es erreicht ist=

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Verschiedene vorteilhafte Weiterbildungen; dor Erfindung eind aus den Aneprüehen zn ersehen. Nachfolgend werden „einige Au&führungsbeiepiele &n Hand von Zeichnungen beschrieben. JSe zeigern

Fig* Ii eine perspektivische Darstellung einer Einrichtung eur Elek-

troplattlerung, wie aie bei dtsr Ausführung de» erfindungago-Verfahrens verwendbar iat,

Fig. 2: ein Impulediagranam, welches die Ausführung dea erfindungs-

gcmäflen Verfahrene bei impulsweieer Zuführung doe Plattiorungsetromee »eigt, - . . "

Fig. 3i die Abhängigkeit de» Plattierungsstrdmee von der Zeit in Übereinstimmung mit dqr Erfindung, Fig. 4,5: verschiedene »eitllche Abhängigkeiten dea Platticrungeotromoa

gemäß der Erfindung,

Fig. (,: QixiQ Kurve, die don Eiaen-Niedorochlag verochiedoner, ent-

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sprechend der Erfindung eraeugter Schichten und anderer,

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nach herkömmHchen Plattierungeverfaß tea in Abhängigkeit von der Zeit eeigt, und

. 7: die seitliche Abhängigkeit de· Flattierungestromes f(ir die

Anwendung des erfindungsgemSßen Verfahren* bet der Gleichetifomplattierung. .

Die In der Fig. 1 dargestellte Einrichtung amr Ausführung des erfindungs gemSJIen Verfahrens beeteht aus einem Behälter 10, um den eine Helmhoitssepule 12 angeordnet let» die wahrend der Plattierung·-Operation erregt wird» um die Magnetisierung der niedergeschlagenen Schicht in eine beitinunte Richtung ssu bringen, ta daß die Schicht nach Fertigstellung eine untÄxiale Anisotropie behält. In dem im Behalter 10 beflndlichon Bad ist auf einer isolierenden Tafel eine Kathode 14 angeordnet» die au» einer leitende» Platte oder Beschichtung besteht," deren Oberfläche auQerordentlich glatt iet. Ale Kathodenmaterial haben oich beeonder· gewalkte Kupferplatten, aufgedampft« Silber«chichten oder nicht-elektrolytlech niedeggegchlagene Silber- oder Kobalt-Schichten al« brauchbar erwiesen. Die Kathode 14 ist auf einem Tragerblock 16 angeordnet, der in 8wei Nuten 18 deg Bodens dee Behälters 10 verschiebbar geführt ist. Di« Kathode M m&i dem Block lh iet in für steh bekannter Weise von einem ilPl&tttesTasge^Scfeittsvtag 20*"umgebesa>- um eine ungleichmäßige

des? Ifiuslöst des. K&ihödQs»substrates au vermeidest. DssKaüio-1098 18/15 5 3

162109A

M enthält Strom über «wel Säulen 22A und 22B Bugeführt, deren Außenseiten von Isoliermaterial umgeben find, da sie durch die Flüssigkeit des Badet führen. Diese Säulen sind an ihren oberen Enden mit einem Abschluß 24 verbund ein, der mit einer nicht dargestellten Stromquelle gekoppelt ist. Am gleichen Ende der Säulen EZA und 2ZB ist eine Trägerplatte 26 für eine Anode 28 dem Bades montiert. Die Anode 28 ist als kupferne Windung auf einem Schirm angebracht und steht über eine Leiteranordnung mit einer Stromquelle 25 in Verbindung. Die lösbare Kupferanode verhindert die Bildung von dreiwertigen Fe an der Anode. Dreiwertiges Fe schlägt sich nicht nieder, und es ist daher erwünscht«, den gebildeten Betrag gering und unter Kontrolle zuhalten.

Der Flüssigkeitsstand» den das Bad während der Plättierung bei eingetauchter Anode im Behälter 10 einnimmt lsi■ durch -eine· strichpunktierte Linie 30 angegeben. Da« Bad kann dffii^;«s& Bstätlgea eisiee Metore 32 bewegt werden, der mit'einem Träger M ttfees? "da® Gestänge M .verbunden ist. Wenn der Motor uatör Ström steht», wird die' gans& Sls-uEtäir im Ssd vor- und -rückwärts entlaag FÄ^uagstchienea Ϊ8 :barwag4_e .!ffi deftea-der"-.

Block 16 gleitet. Der Mot&w.tZ msd die Stromquelle, neter Weise geeieuerfe w©ffd«sä_s

wünscht er Größe und Fes®

dung, mit einer dusefe desllotes· 32. £@stiimf®si4 &§.&% sm Zeltpunkten der PlattSerwsg ^o^gesesgmoaes Badfe©w#göa

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Da» Eöitdiagramm von Fig, 2 steigt, Sn welcher Wsiee die Plattierung»* Stromimpuls© in Verbindung mit einer wahlweises Bewegung des Bade» durch den Motor 32 angelegt werden* Wie in dieser Figur dargestellt, der Plattierunge strom Ϊ in Form einer Reüie von Stromimpulaen

D&e" Bad wird ßur in dor 2eit swisehen ja ewei aufein&nderfol-Stfomimpulsea b@w©gt₃ Der ZeitsyMus tür diese impulsplatUerung dauert 40 Sekunde^ Iss jedem Zyidue wird sia Stromimpuls von ungefähr 1Ö S«kwi4©si Dattsff erseugf» Macia Beendiguag diepee ImpulBee wird da« . den Motor 32 feswegt uad kann dass während einer ZS &eknna®n suy llüh® 2comzme3s_e bevor attr nächste Impuls FIg₀ 2 a« erssliea isfe_e tot jeder de? Sfcromimpul-F@m₈ Am Äafaag des Impulees Is&t die Ampli« D&jiasla fSlSt d©r Steessi über tti© GssaiMtdauer

<äio Äsateil© *^©a Mel?öl iasssÄ E!e®a Ifees· ite gesamt© Dick®

feöl ©So

©b©dIagaagoa to Gl@ie!ag@^iela£ feafteie^o Blass®

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' scheinung i*t allgemein bekannt; ei* bildet jedoch bei der Plattierung von Legierungen für die meisten Zweck« kein große« Problem, da ei· nur für eine eehr kurze Zeit (weniger al· eine Minute) auftritt» nachdem der Strom eretmale angelegt worden ist» und eich daher die Änderungen in den Anteilen dea Nickel-Eisen-Gehalte· nur in den ereten 500 % der Picke einer niedergeschlagenen Schicht eeigen« Zu diesem Zeitpunkt ist eine relative Gleichgewichtsbedingung im Bad erreicht« und die beiden Elemente JtIi und Fe werden danach in relativ gleichbleibenden Anteilen niedergeschlagen. Im allgemeinen wird zur Flattierung einer be* »timmten Nickel»E| »en-Zusammeneetsjung ein Strom mit einer «olchen Stärke benutet» daß eich die gewünschten Anteile der beiden Elemente abscheiden» «ofern Im Bad die Gleichgewichtebedingungen vorliegen.

Bei magnetischen Dünnschichtstrukturen» die in Datenspeichern verwendet werden «ollon» haben die Schichten im allgemeinen eine Stärke von 1000 Λ oder darunter. Außerdem müssen die Schichten nicht nur gleichbleibende magnetisch« Speichereigenschaften aufweisen» sondern es ist auch wichtig« dafr die Magnetostriktion innerhalb dot Schicht im wesent· liehen gleich KuIl ist. ,Dies wird erreicht durch Nickel-Eisen'Legierungen mit einem ungefähren Anteil von 30% Ni und 20% Fe. Besonder· günstige Resultate wurden mit Legierungen von 81% Ni und 197· F« erhalten. Daraue i«t ersichtlich» daß bei der Herstellung von Schichten dieser Stilrka die Plattierung so gesteuert werden muli» daß der

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■. BAD ORiQJWAL

der Elamente, aus denen ßich dia'Schicht «ueammonectst, ao gleich· • . ,'förmig wie möglich über dio ganse Dicke der Schicht verteilt ist. Die / gemäß dar Darstellung in !%»■ 2 geformten Flattierungsimpulse erfüllen dieae Forderung. .

Dio Darstellung von Fig. 3 dient zum Verständnis dor Parameter, welche die Niederachlagsraten der Bestandteile des Nickel-Eißen-Eadea zur Zeit des Einsetzens des Plattierungcstromea bestimmen. Die Rate, mit P der ein Element in einem Bad on dar Kathode niedorgoochlagen wird, hängt ab von der anfänglichen Konzentration der Ionen dieses Elementes in der unmittelbaren Nüiie öer Kathode, von der Rate, mit der dieco Ionen (tatsächlich· niedergeschlagen werden (Entladunjxsrate) und von dor - Rate, mit der die Ionen des Elementes im Bad in dia Nachbarochaft der Elektrode diffundieren, um die Ionen zu ersetson, die niedergeöchlagon worden sind (Diffusionarate\- .

-* ■. ψ

K In Nickel-Eiaen-Bädorn ißt die Entladungsrate für Eisen viel höher als für Nickel, Aus diesem Grunde ist bei dör herkömmlichen Eloktroplattic» rung von Hiekel-Eisen-jLegierungen daa Verhältnis vom vEißonanteil zjuita

Nickelanteil viel größer als in der im gleichen Bad niedergccchlagenen ". Schicht» So iet ee a.B., allgemein üblich, Legierungen au» Bö"/» Nickel und 2Of* Eieen in Bädern iu plattieren, in denen das Verhältnis der Kickelionen au den Eiocnlonen etwa bei 40 ϊ 1 liegt. Wenn der Plattie-

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■ · J* -

runge »trom einsetzt, werden ai<& EieeriSonea in d©v Nähe der Kathode

wegea der hohca Entladungsrats dieser Ionen sehr - eclmeU aiedsrgeschlagen. Danach wird die Eiaenkousentration in de& abgelagertes. Schichten hauptsächlich von der Rat© bestimmt» mit der die Eiseaioaea im Bad eur Kaiiiedfe dUCundioren« Natürlich !tan» die Rate» mit u&t dies© Ionen die Kathode erseicheß» durch Bewegung des Bildes während dea Fiattierens be&iaüu'fit werde». ' " .

Ia des Darstellung von Fig« t geigt die watex*e£e Ε%£Ί?@ 40 d&n Simm Le » der angelegt werden mu&_B vsm. dfej©alg@fö Fe-Io«,©a am dey Kath©do dergusclilageög di© hieefföi¹ ve^ftlgbag¹ eiHß!_e B£$ Grsssiilfe^m dies© v© ist für wsssdüedea© -Bades¹ im weseattüÄ©® ismaes' dies©lb©₀' achtet des? Kmearameasetsuag una u&t Qemmmisim UmB Badei_o Si auf d©y Rat«» mit &@s? dl© loaea aa ö©5? Ka&©d@ u g

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SAD ORiQJiMAL

j»
A die Elefctrodenüäche in cm ,

F die Faraday·βehe Konstante,

C° die Konzentration von Eisenionen in Molo β pro cm _t D dor Diffusions-Koeffizient in cm pro Sekunde und T die Zeit in Sekunden ist.

Somit 0tolit die Kurve 40 den Strom dar, der zur Plattisrung eolcher b Eieenionen erforderlich ist, die an der Kathode zur Plattierung sur Verfügung stehen. Andererseits gibt die Kurve 42 den Strom an, der »um Niederschlag voa vier Nickelionen pro niedergeechlagenea Eieenion erforderlich ist. 2u jedem Zeitpunkt ist der durch die Kurve 42 dargestellte Strom viermal go groß wie der durch die Kurve 40 dargestellte. Die Kurve 42 beruht auf der Tatsache, daß die verwendeten Plattiörunge« lösungen einen viel höheren Anteil an Nickelionen enthalten als das Verhältnis 4 j 1, welches für die niederzuschlagende Schicht erwünscht ist. An der Kathode steht daher ßtete genügend Nickel sum Niederschlagen

Bur Verfügung, und der begrenzend© Faktor beim Plattierungsproseoe ict die Diffusion der Eigenionen im Bad« Wenn daher zusätzlich zn dem durch die Kurv© 40 dargeotellten Strom ein Strom angelegt wird, wie er durch die Kurve 42 be0timmt wird, so erhält dan Bad einen ausrei- : " chand gSa^kext Ste©^» d®% für ein® kontinuierliche Plattlerung von Niekel-

tmd Eieiesiioaegi im Verhältnis 4 ϊ I ausreiclit. Wegefö der V/asses¹ stoff» . ©atwickluag ins Bad wird jodeeh auch Stroxn verbraucht! dieser Strom muß ebenfalls asm Bad sugefÄrt %r&xden_t wem die gewtaeclit® Plattle-

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rungerate von Nickelionen aufrechterhalten werden soll. Der für die Wasser «toff-Entwicklung erforderliche Strom L- ändert eich mit dem für den Nieder achlag dea Eisen» erforderlichen Strom I_ und wenn die

Ji e

Beziehung zwischen dleoen beiden Strömen auch nicht genau linear igt» so genügt es für die praktisch« Anwendung dea erfindungsgemäßen Verfahrene, für die Waeeeratoff-Entwicklung eine Stromeinheit L, für Jede Stromeinheit I„ zu liefern, die für den Niederschlag der Eieenionen

if β ;-_"■■

zur Verfügung steht. Somit ergibt eich der dem Bad zuzuführende Geaamtetrom durch die Kurve 44. Dieser Strom kann auch gemäß folgen* der Gleichung bemessen werden:

ΓΤ¹

In dieser Gleichtung stellt B einen Faktor dar» der durch die gewünsch-

S-

ten Anteile von Nickel und Eisen im plattierten Film bestimmt Ist und iudem ein« Zugabe für den *ur Waseeratoff-Entwicklung erforderlichen Stromanteile enthält. Für einen QQ% Ni- 20% Fe•Niederschlag sind fünf Stromeinheiten »um Niederschlagen der Nickel» und Eiaonionen und «in« Stromeinheit für die Wasser stoff «Entwicklung erforderlich. Der Faktor B ist daher gleich 6,

Aus dem oben gesagten ergibt sich, dad der Strom so gesteuert wird» daß er au jeder Zeit für die Flattieruag von vier Nickölionen pro Elsen·

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A .

ion ausreicht. Wenn eich das Verhältnis von Nickel zu Eisen in dor sich ergebenden Schicht au ändern beginnt» ändert sich in der entsprechenden Weise auch dar Strom* der aur Plattierung der gewünschten Anzahl Nickelionen erfordei-Uch ist. Wenn man s. B. eine Nickel -Eis on-Legierung mit einem Verhältnis Nickel au Eioen von 3 : 1 plattieren will, läge die Kurve, die den angelegten Plattierungsstrom darstellt, awischen . den Kurven 44 und 42 der Fig* 3 und der Faktor B wäre 5.

Der gesamte» dem Bad zuzuführende Flattierungsotrom, wie er'durch die Kurve 44 von Fig» 3 dar ge ο to Ut ist, basiert natürlich auf der Diifueion der Bisenionen im Bad. Andere Faktoren, wie κ. B. die Bewegung des Bades, während des Plattieren durch Einschalten dee Motors 32 der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung können die tatsächliche Plattie- - rung beeinflussen. Eine Art von Badbewegung kann auch durch die Wirbel- oder Konvaktions ströme erzeugt werSen, die eich im Bad ale Resultat dar .elektro-chemischen Wirkung an der Kathode ergeben. Diese Ströme haben die Tendenz» eich in der Näho der Kathode auszubilden, und ihre ganze Wirkung wird nicht nur durch die elektro-chemiaehe Reaktion selbst, sondern auch durch die Geometrie und Anordnung der Kathode im Bad bestimmt» So erzeugen bei spiel £5 weise die Konvektion!? ströme eine an· dere und extremere Art der Bewegung bei vertikaler Anordnung der Kathode im Gehäuse als bei horizontaler Anbringung, wie sie in dor Einrichtung von Fig. 1 verwendet wird.

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Auf Grund dieter Art von Badbewegung können dicke Nickel-Bisen-Schich* ten mit einem konstanten Plattiertmgs strom nieder ge· chlagen werden* die eine relativ gleichförmige Getamtverteilung der beiden Elemente aufweiten. Wenn der ertte, ttark eisenhaltige Niederschlag nach dem Einsetzen det Plattierungtttromet einmal erfolgt itt, wird durch die Bewegung de· Badet auf Grund von KonvektionsstrOmen oder auf Grund mechanischer Bewegung brw. einer Kombination von beiden ein Gleichgewichtssustand erreicht, der die Plattierung von dicken, in ihrer Zusammensetzung relativ einheitlichen Legierungen von Nickel und Eiten mit einem konstanten Strom gestattet* Bei den herkömmlichen Plattierungeverfahren wird dieser Gleichgewicht·suttand während de· ga&sen Plattierungeprosetee· auf·« rechterhalten. Wenn die Schicht dick genug Ut, beeinfluß der kleine, eiten« reichere Anfangsteil die Getamtelgentchaften der niedergeschlagenen Schicht nicht sehr, obgleich natürlich die Anteile von Nickel und Eigen Über die geaamte Schichtdicke nicht völlig -einheitlich verteilt sind.

Gemäß Fig. 2 wird der Plattlerungtprosees gemäß der Erfindung impuls» weite ausgeführt mit wahlweiser Bewegung des Badet ewischen dea Plattterunge-Stromimpslaen« Obwohl herausgefunden, wmä®_s fäaß durch diese Art der Plattierimg verbesserte Film® ereeugt wesr$@s_s wie Im folgenden noch genauer bag-chr^b-a», <&$M_t let es amds m%E^_e a&t er« findusgsgems;fle Verfahrm mit ©ln®m so geformt 1st, daß ά®$ es&tagliehe

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förmlgea Eigenschaften aufweist, während die Stromstärke danach, wenn die Oleichgewichtsbedingung im Bad erreicht ist» auf einem konstanten VfHKt gehalten wird* Auch hier hat der Plattierungs strom «ur Zeit sei* nee Einsetzens ©ine Intensität« die wesentlich höher liegt als äl& dee -Stromes, 4μέ isuf Erzeugung der «ewfinechten Anteile von Nickel und tm 4,®w legierung unter Gleichgewichtebedingungen erforderlich ist.

In Fig. 4A lsi ©in Impuls 52 dargestellt, der die oben erläuterten Anfor-. desungea erfüllte aber nicht genau dem Verlauf der in Fig« 3 angegebe· »en Kurve 44 folgte Die Länge des Impulses 5E beträgt J.2 Sekunden und «eine huehste Strometärke 230 Milliampere, die innerhalb dieser 12 Se» kuiideft tan IBQ MtäMampere-Abfällt« Unter Anwendung derartiger Impul·

*« wurd© aui «is^ Unterlage mit einer Fläche von 58 cm ein Nicder-

schlag fsiatüor?;,, E@ Igt su bsaehten, daß beim anfänglichen Anlegen dee wege» d©r @©hr niedrigen Impedass dee Bades ein kurser Ubor-

HieBen lcann, .der wesentlich stärker ale 230 Milli- ünt®v ¥©rwendus}g von Stromixnpul&en der Art nach Fig· 4A ία einer Welee« wie ei« au· Fig. Z ereiclitUch ist (mit wahlweiser Bewegung dee Bades «wischen den Impulsen), wurden gleichförmige, dünne magnetische Schichten erzeugt,, die die sur ihrer Verwendung als Speicherelemente In Datenverarbeitungsmaschinsn erforderlichen Eigen« »chatten besitaan» Jeder der Impulie SE schlägt ungefähr eine Legierung«- ihaterialichicht vcn 125 A Dicke nieder. Zur Erzeugung einer Schicht mit

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einer Dicke von 1000 % reichen daher $ derartige Impulse aus. Die Fig* 4 dargestellten Impulse wurden &a ein verdünnt«* Bai angelegt, «zn ein· dünne magnetische Schicht mit einheitlichem balt von 77» 5 % Ki und 22, 5 % Fe herzustellen. Die dieses Bades wird in einem späteren Abschnitt erläutert.

Die Fig. 4B und 4C «eigen anders MugUehkelten» de» Pl&Uiertsngsetrom von einem anfänglichen Höchstwert auf eisen niedrigere» Wert «m Ende dee Impulses asu genken. In Fig. 4B efeüen die A'hac^.r-iit« 544$ 54B und 54C der Kurve Si jeweila den linearen Stromabfell f&er ύ»τ %*ii dar. Die Reduaierungtrate des Strdmee über dss· «Seit i»t füt jeden lolgenden Abschnitt dieser Kurve kleiner« In Fig* 4C werden swsi ßadert Verlahren zur Reduzierung des Stromes gese«gt_t von denen d&e eine in Gestalt d%r Kurve 56 eine schrittweise EedusieruBg <£*.* Stromes von einem Höchstwert &u einem Mindestwert und da§ öad©re in Föirm der glferichelten Kurve 58 eine lineare - Strömredtsslerusg dareteUt« Bei «II diesen verschiedenen Formen der Stromimpuls mita dureh ^niegt© eine« höheren Aniangsstromes, als normaterweis® Its d|* LegliSt^ggmnteile er« forderlich ist» anfänglich tn*hv Nickel niQd#rg@i@hiagen_e das der abg*- schiedene Eisenanteil im weeentHche» dur^ä 4@n Betrag v@e Eis®n£onen in dw Nahe der £lektr@d# eisenrelchere Kledcrsehlag ablagerung erzwingt, Dan^ek "w£sd ^es⁵ SUwm m r«insl®£ff_e daß für den

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■ BAD ORIGINAL

weiteren Niederschlag die Beziehung zwischen dem bereits niedergeeehla getieft Nickel*, und Bisenionen aufrechterhalten bleibt»

Eist« weitere Ast von anwendbaren Stromfmpulse» Ist ia Fig. 5 dargestellt· B¹Qr Im diesem Figur angegebene Impuls 60 wurde bei demselben Bad wie <st«r iß Flg. 4A dargestellte Impuls verwendet und hat im allgemeinen muck diegieiche Form wie der impuls 52 von Fig. 4A. Die Un* terlag· h&tUi wiederum eine Flache von 58 cm · Dqt einsige Unterschied gegenübe? d#m fmpulg von Fig. 4A liegt ia dear Tatsache, dall der Impuls 60 eins ©atues? wa Z4. Sekunden hat v&& die grüßte Intensität des Stromes 360 Milliampere beträgt. Von diesem Wert sinkt der Strom im Verlaufe der 24 S6kuadtn &u£ 200 Ampere ab. Mit Impulsen nach Art des Impulse· 60» SI« Ils dtbT aus Fig. Z ersichtlichen Zykluefolge axt das Bad angelegt w&rdegg erfolgte die Herstellung von dünnen magnetischen Schieb« ten, in deneis die Anteile von Nickel und Eisen im Verhältnis von 78,2 %

Ki va 21» 8 % Fe standen*

Zu Vergleiehaawecken wurden Schichten« dl· nach dein «risen beschriebenen Verfahren unter Verwendung von XmpHtea gemäß den Fig· 4 wad 5 hergestellt worden sind» mit solchen SeMditen verglichen, die £&nüeh« tmpulssyklem irerwenden» l>ei dsaes (äoj? Strom Jedoch, fs? Mv Daue^ von entweder 12 oder 24 Sekunden konstant auf IBU B<fiiilgmp«ir# gehalten wurdt. Fttf die foipulse mm IZ Seikmam Dau©e. wiest dt« Sc'-^c,:: bei 4er

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is ·

Analyse einen Eisengehalt yea 34 % «nd einen Hickelgehalt von 66 f. «of· Die isit koa*t*aten Impuleon der Dauer von 24 Sekunden herge· •teilt« Schicht sfigls «tnsa Eisengehalt von 27« 6 % und «Inen Nickelgehalt visa f2, 4 $« WeiterMn -wie· ein« Schicht, din mit eisern einer Periode von B bis 6 Miauten auf 180 MUlliimp»?» femiteafc gehfeitenen Strom ereenagt nrorden war, bei der AaaXy*e eisen Gehalt von It % Eltcn und 78 % Ni«k«l Jtuf» Kine Schicht, di# la derselbe» Zelt mit einem konstanten Strom von 290 MilMasapere srsvugt wurde» «n^blelt bei der Analyse im$9&ia? 2I₃S % Minen nsoa ?9_S2 % Niek*l. Diese Zahlen sei* gen deutlich, das dl» ImpuVäplattterung*-Technik mit geiormten ixapuisun« SI« am Aüfcrng Iss "/*rgleich »um Oieiehgewisatestro hoch 2iag#3s, d^Ese Sdsl^fen xu «rseegsa g«statt®t_£ dl« Im gleiche Aateiie -sr.n Nickel und Eiian tibfiy Ü9 i^üisci i>«Mekfeiicke sen. A¹^c den earlisltemea aS^gebisissea 'ist efeeaifalia ms. &τ»φ,&η₆ SmS die St7oiABiärk« I>eis3a eisten Äuibyiagen -miadssteng ES fe Ifeej? dem Gleichgewichtestxom Hegen »ölXte und daß ücdi %@β·6?β Ergs'feniSise ossslelt

-wenn der Strom «m Äafmag ttark yednsslett -wird υηά «pliter die igef chwindigkeit abnimmt*

in Fig. 3 durch die Kurve 44 dargestellte Impuls wutde in einem koneentriey'sren Bad in d*m In Flg. Z angegebenen Zyklus *ur Erteugung einer EelhÄ -won duanan znagnetlichen Schichten verwendet. Die Kur ve 70 WB Flg. 6 gibt den Eisengehalt dies« Schichten wieder« tmd die

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10S818/15S3 " · bad original

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gestellt. Der Strom wird so gesteuert» daß er beim Einsetaca wesentlich ' größer ist al« der Gleichgewichtsstrom und danach im Verlauf einer be* stimmten Zeit bi* sum Gleichgewichtsstrom gesenkt und auf diesen Wert für den Rest des Flattierungsproseeses gehalten wird. Da der Eieenniederschlag eich normalerweise am stärksten beim Einsetzen des Plattierungestromes und in dem unmittelbar darauffolgenden Zeitintervall (bis s&ur ereten Plattierungeminute) am stärksten ändert» wird der gesteuerte Strom 80 von seinem Höchstwert auf den gewünschten Gleichgewichtswert ungefähr innerhalb einer Minute gesenkt. Danach wird der Strom auf diesem Wert konstant gehalten.

Das Bad« welches sur Erzeugung der in Verbindung mit den Fig. 4 und 5 besprochenen Resultate verwendet wurde, war ein relativ dünnes Bad mit folgender Zusammensetzung:

Destilliertes

•Tritoa Χ·199 Eeinigear

Sulfaminsäure

- 6 K_Z0

FeSO. - 7 VLA 4 Z

Unterer	Oberer	lOOOcc	Istwert
_ Grenzwert	0.6 g
iooo cc	2,0 g	' lOOOcc
0.2 g	S0O g	0,6 g
0*5 g	10.0 g	UO g
0.5 g	30.0 g	1.0 g
5.0 g	8.0 g	7.Sg
10.0 g	15.0 g
1.0 g	2.25

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BAD

Das Bad« welche* zur Erzeugung der in Verbindung mit den Fig. 3 und 4 erläuterten Resultate verwendet wurde« hatte folgende Zusammensetzung:

NiSO₄

0.8 Moles pro Liter

FeSO. - 0.25 Mole* pro Liter

-3

H^SO. * 10 Moles pro Liter 2 4

H₃BO₃ « 0.4 Moles pro Liter

Obwohl) die obige Beschreibung auf die Herstellung von Legierungsechich· ten Beaug nimmt« die aua ewei Legierungselementen, nämlich Nickel und * Eisen bestehen,, wurden mit gesteuerten Plattierungaströmen gemäß vorliegender Erfindung auch au* drei Elementen bestehende Legierungsechich· ten hergestellt« Derartige Schichten können alty&uetttzliches Element z. B. Kupfer enthaltene, Die Zugabe von Kupfer ist insofern vorteilhaft« al* dann die Magnetostriktion der niedergeschlagenen Schichten über einen relativ großen Bereich der verschiedenen Elementenanteile konstant bzw. Im wesentlichen gleich Null ist. Bei Verwendung von Bädern, dl« Kupfer enthalten« mnü de? Faktor B der oben angegebenen Gleichung natürlich erhöht werden« um die Steemmenge zu berücksichtigen, die zur Plattierung des Kupiere in den gewünschten Anteilen erforderlich ist.

Das eriiadung®g®mSß« Verfahren wurde ebenfalls für die PlatUerung von

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE -

   ■ 1. Verfahren zum Elektroplattieren einer Nickel und Eisen enthaltende» Legierung in einem mit kontinuierlichen oder impulsweiser

   Stromzuführung betriebenen Bad_s in dem sich eine Anode und ein Kathodeneubstrat befindet und in dem die Stärke des Plattierungs- BtTozia.eB.bBi dessea Einsetzen bedeutend grosser ist als die Stromstärke , die zur Abscheidung der Legierungsbestandteile in der gewünschten Zusammensetzung erforderlich ist, wenn sich das Bad im Ausgleichszustand befindet, dadurch gekenn-SQidhsaet, dass nach dem Einsetzen des Plattierungsstrom.es dessen Stärke nach einer vorgegebenen Gesetemässigkeit , die " eine- im wesentlichen, gleichbleibende Abscheidungsrate der einsselsien Legiesrttngselemente sicherstellt und wenigstens angenähert ' . 'umgekehrt proportional zur Quadratwurzel aus der Zeit verläuft

   verringert wird, bis bei kOntinuierlicher Stromzuführung der Ausgleichsstistäffid erreicht i'st, wonach die Stromstärke konstant auf - . den für die.-Abscheidung der gewünschten Legierungsanteile mass-. gebenden Wert gehalten wird, oder bis bei impulsweiser Zuführung des Plattierungsstromes das Ende des jeweiligen Stromirn-

   erreicht ist.

   2- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die

   Plattierungs-Stromstärke nach Erreichen ties Ausgleichs zustande s konstant auf den für die Abscheidung der gewünschten Legierungs-■anteile massgebenden Wert gehalten wird. ".-·-_.

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