DE19745797C2

DE19745797C2 - Solution and method for electroless gold plating

Info

Publication number: DE19745797C2
Application number: DE1997145797
Authority: DE
Inventors: Lothar Weber; Thomas Brinz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-10-16
Filing date: 1997-10-16
Publication date: 2001-11-08
Anticipated expiration: 2017-10-17
Also published as: DE19745797A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Lösung und Verfahren zum strom losen Vergolden nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a solution and method for electricity loose gilding according to the genre of independent claims.

State of the art

Es ist bekannt, mittels stromloser Vergoldungslösungen, die beispielsweise Kaliumgoldcyanid oder ein Goldsalz neben Ka liumcyanid und Kaliumhydroxid sowie Borane als Reduktions mittel enthalten, Substrate zu vergolden. Diese Lösungen liefern autokatalytisch stromlos abgeschiedene Goldfilme auf Substraten und finden großen Einsatz, um beispielsweise elektronische Teile, Wafer und Metallpulver zu vergolden. In der EP 0 225 041 B1 wird ein Vergoldungsbad beschrieben, welches das hochgiftige Goldcyanid enthält. Weiterhin ist aus der DD 244 767 A1 bekannt, Siliziumoberflächen mittels eines Vergoldungsbades mit Gold zu beschichten, wobei dieses Goldbad eine Vielzahl von teilweise hochgiftigen Verbindun gen, wie beispielsweise Thalliumnitrat enthält und darüber hinaus als Reduktionsmittel Amine enthält. Diese beiden vor genannten Lösungen besitzen den Nachteil, dass Spuren der Reduktionsmittel, beispielsweise die entstehenden Stick stoff-, Bor- oder Phosphorverbindungen sich teilweise in die abgeschiedene Goldschicht einlagern können. Dies stört ins besondere in der Sensorik oder in der Elektronik, wo hochreine Goldschichten, oft sogar nur Monolagen, benötigt werden. Darüber hinaus wirft der Einsatz hochtoxischer Ver bindungen Probleme hinsichtlich Entsorgung und der Arbeits platzsicherheit auf.It is known to use electroless gold plating solutions that for example potassium gold cyanide or a gold salt in addition to Ka lium cyanide and potassium hydroxide and boranes as a reduction contain agents to gild substrates. These solutions deliver electrolessly deposited gold films Substrates and find great use, for example to gold-plate electronic parts, wafers and metal powder. In EP 0 225 041 B1 describes a gold plating bath, which contains the highly toxic gold cyanide. Still is known from DD 244 767 A1, silicon surfaces by means of of a gilding bath to be coated with gold, this Goldbad a variety of sometimes highly toxic compounds conditions such as thallium nitrate and above also contains amines as reducing agents. These two before Solutions mentioned have the disadvantage that traces of Reducing agents, for example the emerging stick Substance, boron or phosphorus compounds partially in the deposited gold layer can store. This bothers special in sensor technology or in electronics where high-purity gold layers, often even only monolayers, are required become. In addition, the use of highly toxic ver bindings Disposal and labor issues space security on.

Es bestand daher die Aufgabe, eine stromlose Vergoldungslösung zu finden, die die vorgenannten Nachteile der bisher bekannten Vergoldungslösungen, insbesondere deren Verwendung von hochgiftigen Verbindungen und der durch Reduktionsmittel bedingten Verunreinigung der abgeschiedenen Goldschichten vermeidet.It was therefore the task of a find electroless gold plating solution that the aforementioned Disadvantages of the previously known gilding solutions, especially their use of highly toxic compounds and the pollution caused by reducing agents avoids deposited gold layers.

Aus US 5,650,202 ist ein Verfahren zum stromlosen Beschich ten nichtleitender Substrate mit Platin bekannt, wobei eine wässrige Lösung von Chlorplatinsäure gemeinsam mit Formalde hyd und oberflächenhydrophobiertem Ruß als Katalysator ein gesetzt wird, in die die Substrate eingetaucht werden. Das Platin liegt in dieser Lösung vierwertig vor. Aus US 5,380,562 ist weiter ein Verfahren zum stromlosen Vergol den bekannt, wobei eine wässrige Lösung von verschiedenen, einwertigen oder dreiwertigen Goldcyaniden zusammen mit ei nem Alkalicyanid, einem Reduktionsmittel, einem Alkalihydro xid, einem Stabilisator zur Kontrolle des Kristallwachstums und Formaldehyd bzw. einem verwandten Keton oder Aldehyd eingesetzt wird. Als Stabilisator zur Kontrolle des Kri stallwachstums dienen dort Schwermetallverbindungen.No. 5,650,202 describes a method for electroless coating ten non-conductive substrates with platinum known, one aqueous solution of chloroplatinic acid together with formaldehyde Hyd and surface hydrophobic carbon black as a catalyst is set, in which the substrates are immersed. The Platinum is present in four solutions in this solution. Out US 5,380,562 is also a method for electroless Vergol known, whereby an aqueous solution of different, monovalent or trivalent gold cyanides together with egg nem alkali cyanide, a reducing agent, an alkali hydro xid, a stabilizer to control crystal growth and formaldehyde or a related ketone or aldehyde is used. As a stabilizer to control the Kri Barn growth serves heavy metal compounds there.

Advantages of the invention

Erfindungsgemäß wird eine wässrige Vergoldungslösung zum Vergolden von Materialien, beispielsweise keramische und me tallische Pulver, Polymere oder Oberflächen, wie beispiels weise Si-Wafern oder Kunststoffsubstrate, verwendet, die mindestens ein dreiwertiges Goldsalz in Form einer Gold- Chlor-Verbindung enthält. Darüber hinaus ist nur die Verwen dung von Formaldehyd vorgesehen. Damit wird ein sehr einfach zusammengesetztes Vergoldungsbad zur Verfügung gestellt, welches weiterhin vermeidet, dass durch den Einsatz bor-, stickstoff- oder phosphorhaltiger Reduktionsmittel störende Fremdatome in der Goldschicht mitabgeschieden werden. Außer dem gestaltet sich die Entsorgung der Vergoldungslösung nach Gebrauch besonders einfach, da nur ungiftige Verbindungen zum Einsatz kommen.According to the invention, an aqueous gilding solution is used for Gilding materials such as ceramic and me metallic powders, polymers or surfaces, such as as Si wafers or plastic substrates used, the at least one trivalent gold salt in the form of a gold Contains chlorine compound. Beyond that is only the use of formaldehyde. This makes it very easy composite gilding bath provided, which further avoids that boron, reducing agents containing nitrogen or phosphorus Foreign atoms are also deposited in the gold layer. Except the disposal of the gold plating solution is modeled accordingly Particularly easy to use because only non-toxic compounds are used.

Die Vergoldung mit der erfindungsgemäßen Vergoldungslösung findet bei einer Temperatur von 20°C bis 90°C statt, vor zugsweise von 60°C bis 80°C. Durch dieses Temperaturinter vall wird eine schnellere Abscheidung erreicht. Damit können Substrate besonders schnell beschichtet werden.Gold plating with the gold plating solution according to the invention takes place at a temperature of 20 ° C to 90 ° C preferably from 60 ° C to 80 ° C. Through this temperature inter vall faster deposition is achieved. So that can Substrates can be coated particularly quickly.

Es ist jedoch auch möglich, das Formaldehyd in Form seiner wässrigen Lösung zu der Goldlösung während des Vergoldens zuzugeben. Damit kann eine langsamere, jedoch kontrollierte re Abscheidung der Goldschicht erreicht werden, so dass ins besondere die Dicke der Goldschicht besonders einfach einge stellt werden kann.However, it is also possible to use the formaldehyde in the form of its aqueous solution to the gold solution during gold plating to admit. This can be a slower but more controlled re deposition of the gold layer can be achieved, so that ins especially the thickness of the gold layer is particularly easy can be put.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin dung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous refinements and developments of the Erfin tion are described in the subclaims.

Besonders bevorzugt wird die dreiwertige Gold-Chlor- Verbindung HAuCl₄ verwendet, welche kommerziell leicht er hältlich und kostengünstig ist. Die Nachteile von Gold- Cyanidverbindungen, insbesondere deren Toxizität und aufwen dige Entsorgung cyanidhaltiger Abwässer, werden dadurch vor teilhaft vermieden.The trivalent gold-chlorine compound HAuCl ₄ is particularly preferably used, which is commercially easy to obtain and inexpensive. The disadvantages of gold cyanide compounds, in particular their toxicity and elaborate disposal of waste water containing cyanide, are thus partially avoided.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vergoldungslösung werden 2 bis 20 g/l berechnet als elementares Gold des Gold salzes sowie 40 bis 100 g/l Formaldeyhd eingesetzt. Dies er möglicht eine gezielte Variation der abzuscheidenden Schichtdicke und der Geschwindigkeit, mit der die Gold schicht abgeschieden werden kann. Es ist insbesondere vor teilhaft, 8 bis 12 g/l berechnet als elementares Gold des Goldsalzes und 60 bis 80 g/l Formaldehyd einzusetzen, so dass die Abscheidung besonders schnell von statten geht. In an advantageous embodiment of the gilding solution 2 to 20 g / l are calculated as elementary gold of gold salt and 40 to 100 g / l formaldehyde are used. This he allows a targeted variation of those to be separated Layer thickness and the speed at which the gold layer can be deposited. It is particularly in front partial, 8 to 12 g / l calculated as elemental gold of the Gold salt and use 60 to 80 g / l formaldehyde, see above that the separation takes place particularly quickly.

Das Formaldehyd wird weiter vorteilhaft in Form seiner 37%igen wässrigen Lösung eingesetzt, welche handelsüblich erhältlich ist und damit einfach gehandhabt werden kann.The formaldehyde is further advantageous in the form of its 37% aqueous solution used, which is commercially available is available and can therefore be handled easily.

Description of an embodiment

In einer bevorzugten Ausgestaltung werden 5 g HAuCl₄, ent sprechend 2,5 g Au, und 50 ml einer 37%igen Formaldehydlö sung in ein Gefäß gebracht und anschließend auf 250 ml Lö sung mit Wasser aufgefüllt. In diesem Bad wird ein hochrei nes Platinpulver, welches in der Sensorik, insbesondere zum Drucken von Leiterbahnen verwendet wird, eingebracht. Die vollständige Umsetzung des Bades kann an dessen vollständi ger Entfärbung leicht verfolgt werden. Anschließend wird das derart vorlegierte Platinpulver, welches nunmehr eine Gold schicht aufweist, abfiltriert und getrocknet. Diese Platin pulver zeichnen sich nach dem Vergolden durch eine verkürzte Temperzeit bis zur vollständigen Legierungsbildung aus, was dazu führt, dass beispielsweise aktiviere Elektroden, bei spielsweise bei einem Einsatz als Elektrode für Gassensoren, erhalten werden können.In a preferred embodiment, 5 g of HAuCl ₄ , corresponding to 2.5 g of Au, and 50 ml of a 37% formaldehyde solution are placed in a vessel and then made up to 250 ml of solution with water. In this bath, a high-purity platinum powder, which is used in sensors, in particular for printing conductor tracks, is introduced. The complete implementation of the bath can easily be followed by its complete decolorization. Subsequently, the platinum powder pre-alloyed in this way, which now has a gold layer, is filtered off and dried. After gold plating, these platinum powders are characterized by a shortened annealing time until the alloy has completely formed, which means that, for example, activated electrodes can be obtained, for example when used as an electrode for gas sensors.

Selbstverständlich stellt das Ausführungsbeispiel keine Be schränkung der Erfindung dar. Es ist erfindungsgemäß ebenso möglich, andere Pulver mit dem erfindungsgemäßen Bad zu ver golden, oder auch Oberflächen, beispielsweise Siliziumwafer mit einer feinen Goldschicht zu überziehen.Of course, the embodiment does not constitute a description limitation of the invention. It is also according to the invention possible to ver other powders with the bath according to the invention golden, or also surfaces, for example silicon wafers to be coated with a fine layer of gold.

Claims

1. Aqueous solution for electroless gold plating, which contains a trivalent gold salt and formaldehyde, characterized in that the trivalent gold salt is a gold-chlorine compound that in the aqueous solution 1 g / l to 20 g / l gold calculated as elemental Gold of the gold salt and 40 g / l to 100 g / l formaldehyde are contained, and that the formaldehyde is used as an aqueous formaldehyde solution.

2. Aqueous solution according to claim 1, characterized in that the gold-chlorine compound is HAuCl ₄ .

3. Aqueous solution according to claim 1, characterized net that the aqueous formaldehyde solution a 37% aqueous formaldehyde solution.

4. Process for electroless gold plating of substrates with an aqueous solution according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the gilding at a tempe temperature from 20 ° C to 90 ° C, preferably at 60 ° C to 80 ° C, he follows.

5. Process for electroless gold plating of substrates an aqueous solution of a trivalent gold salt Gold-chlorine compound, the aqueous solution being 1 g / l to 20 g / l gold calculated as the elemental gold of the gold salt contains, and during the electroless gold plating the aqueous solution of the gold salt an aqueous formaldehyde solution solution is added.