DE2010725A1 - Neutraler Goldelektrolyt und Verfahren zum Vergolden von Gegenständen - Google Patents

Description

Dr. phil. G. B. HAGEN

Patentanwalt

MÜNCHEN 71 (Solin)

Franz-Hals-Straße 21

Telefon 79 6213

AMP 2673 München, 3» März 1970

sch.

AMP Incorporated
Eisenhower Boulevard
Harrisburg, Penrta. , USA

Neutraler Goldelektrolyt und Verfahren zum Vergolden von Gegenständen Priorität ι 13. März 1969; USA; Hr. 807 105

Die Erfindung "bezieht sich auf Elektrolyten sowie auf Verfahren zu ihrer Anwendung und auf mit Hilfe der Elektrolyten plattierte Gegenstände. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das Aufbringen von Goldplattierungen auf Metallsub.strate, wobei sogenannte "neutrale" Goldelektrolyten verwendet werden. Typischerweise haben diese Elektrolyten einen pH-Wert in der Größenordnung von etwa 5>5 bis 8 und enthalten ein Aurozyanid, im allgemeinen Kaliumaurozyanid, land Phosphat oder einen anderen Wasserstoffdonator, um dem Elektrolyten den richtigen pH-Wert zu geben.

Man hat gefunden, daß der Einschluß von dreiwertigem Arsen und einem Schwefeldonator in einem neutralen Goldelektrolyten die gebildeten Vergoldungen verbessert und, wie noch erklärt wird, die Elektrolyten geeignet macht für die Anwendung bei der Vergoldung elektrischer Komrtaktflachen, z.B. die Kontaktflächen von andrückbaren oder lötbaren elektrischen Leitern, integrierten Schaltungen und Festkörperanordnungen.

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Bayerische Vereinsbank München 820993

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Ein ein Amrozyanid enthaltender neutraler Goldelektrolyt mit einem pH-Wert von etwa 5,5 Ms etwa 8 kennzeichnet sich gemäß der Erfindung durch dreiwertiges Arsen raid einen Schwefeldonator.

Bevorzugte Schwefeldonatoren sind Organoschwefelverbindungen und Alkalimetallthiosulfate. Spezifische Donatoren sind Dithioalkylene, wie z.B. in 1,2-Äthylmerkaptan; Dimerkaptoalkylenäther, Dimerkaptoalkylenglyeole, Dimerkaptoalkylenpolyglycole tuad Dimerkaptoalkylenalkohole, wobei ein Beispiel des letzteren 2,3-Dimerpaktopropanol ist; Dithio-Oxamide, z.B. Ruheanwasserstoff; und Alkalimetallthiosulfate. In diesem Zusammenhang können die Alkylengruppen Ms zu sieben Kohlenstoffatome haben. Die Konzentration des Schwefeldonators steht in Beziehung zu derjenigen des dreiwertigen Arsens, welche vorzugsweise zwischen 0,02 bis 0,04 g/l liegt, wobei das dreiwertige Arsen in dem Elektrolyten vorzugsweise als Natriumarsenit enthalten ist.

Untersuchungen haben gezeigt, daß in dem Elektrolyten das dreiwertige Arsen und der Schwefeldonator so aufeinander einwirken, daß sie je nach der Art des Schwefeldonators einen thio-dreiwertigen Arsenkomplex oder thio-sulfato-dreiwertigen Arsenkomplex bilden. Es wird angenommen, daß derartige Komplexe das Reduktionspotential des Elektrolyten anheben, das Arsen in dreiwertiger Form erhalten und die Bildung von Arsenwasserstoff unterbinden. Außerdem stellen sie sicher, daß etwas Arsen zusammen mit dem Gold in der Plattierung niedergeschlagen wird, wodurch die Eigenschaften der Plattierung verbessert werden.

Die Konzentation von Gold in dem Elektrolyten ist vorzugsweise in der Größenordnung von 10,7 Ms 14 g/l, vorzugsweise etwa 12,3 g/l·

Der Säuregehalt des Elektrolyten liegt vorzugsweise zwis chen

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6,0 Ms 6,5* vorteilnafterweise bei 6,2. Typischerweise enthält..- der Elektrolyt Phosphat und ein Salz einer organischen Säure, z.B. Zitrat, wobei die jeweiligen Proportionen derart bemessen sind, daß der Elektrolyt einen gewünschten pH-Wert hat.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Vergolden wird ein Strom zwischen einem Kathoden-Metallsufostrat, welches vergoldet werden soll, Tand einer inerten Anode in einem erfindungsgemäßen Elektrolyten zmr Anwendung gebracht, und zwar bei einer derartigen Plattiertemperatur -and Stromdichte, daß auf dem Metallsmbstrat ein Arsen enthaltender Gol&überzug gebildet wird.

Die Plattiertemperatur liegt vorzugsweise zwischen 55 0 bis etwa 72⁰C, vorteilhafterweise bei 6O⁰C. Die Temperatur beeinflußt die Eigenschaften des gebildeten Überzugs: Unterhalb 55⁰O nimmt äej? Glanj
der Überzug weniger hart.

halb 55⁰O nimmt deir Glanz ab, und unterhalb etwa 35°C ist

Die Stromdichte für die Plattierumg hängt von dem Plattierverfahren ab. ^ ie Elektroplattierung kann mit einem Gestell, einer Tonne, einem Korb, in Streifenform oder selektiv durchgeführt werden. Zur Elektroplattierung mit einem Gestell wird eine Stromdichte von etwa lf)8 A/dm bevorzugt, weil bei etwa 0,*54 A/dm die Plattierungen ein mattes Aus-

sehen haben, und bei über 1,62 A/dm verbrennen sie leichte Für die Elektroplattierung mittels einer Tonne wird eine

Stromdichte von 0,324 A/dm bevorzugt. Bei der-Elektroplattierung mittels eines Gestells wurden glänzende Überzüge mit einer Dicke von etwa 38,1 /u. erhalten,, und bei der Plattierung mittels einex Tonne wurden glänzende Überzüge mit einer Dicke von etwa 5,08 /u. erhalten. Pur mit hoher Geschwindigkeit durchzuführende Elektroplattierungen wird die Anwendung von weit höheren Stromdichten, z.B. 10,8 bis

15,2 A/dm , bevorzugt. Die Anwendung des "Strike"—Verfahrens wird empfohlen. 009840/1 R 87

BAD

Λ« ,673 -A- ^2O1O72S

Die inerte Elektrode kann aus Kohle oder Platin bestehen, wie z.I. platinplattiertes Titan; auch korrosionsfreier Stahl kann verwendet werden.

Vorzugsweise besteht das zu galvanisierende Metallsubstrat vollständig oder hauptsächlich aus Kupfer, Eisen, Nickel oder Aluminium. Kupfer, Messing und Nickel werden "bevorzugt, da sie häufig zur Bildung elektrischer Eontakte verwendet werden.

Kupfer, Eisen und Nickel können den Elektrolyten verschmutzen. Bei 1,08 A/dm"' übersteigenden Stromdichten kann die Anwesenheit von ICO mg/1 Kupfer eine laminare kristalline Goldplattierung ergeben. Mehr als 10 mg/l Eisen bewirken, daß die Goldplattierung aus feinen Kristallen besteht. Die Anwesenheit von 100 mg/l Nickel kann einen säule/nförmig kristallinen Überzug ergeben. Die gebildeten Elektroplattierungen können zwar trotzdem brauchbar sein, es ist jedoch offensichtlich, daß das Yerschmutzungsniveau verringert werden sollte.

Der Gütegrad der Elektroplattierung und die Plattierungszeit hängen von dem angewendeten Verfahren ab. Bei der Elektroplattierung mit einem Gestell bei 1,08 A/dm ergab sich ein Gütegrad von 93 # bis 100 $ (115 - 123 mg/A/min.) und bei der Plattierung mittels einer Tenne bei 0,324 A/dm ein Gütegrad von 80 io bis 84,5 # (99 - 103 mg/A/min.). Die mit einem Gestell durchgeführte Elektroplattierung eines elektrisehen Verbinders bei 1,08 A/dm auf eine Dicke von 2,54 ax dauerte zwischen 3»6 bis 4 Minuten, während bei Elektroplattierung mittels einer Tonne bei 0,324 A/drn¹^ das gleiche Ergebnis in 14,5 bis 15 Minuten erreicht wurde. In jedem Fall wurde der Elektrolyt mechanisch bewegt.

Die Erfindung bezieht sich auch auf Metalleubstrate, auf welche mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens Arsen enthaltende Goldplattierungen aufgebracht werden.

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Die mit dem erfindumgsgemäßen Elektrolyten gebildeten Plat tiermagen, haben sehr gute Eigenschaften in bezug auf Glanz, Härte, Abnutzuagswiderstand, Belagfestigkeit und Streckbarkeit. Untersuchungen haben gezeigt, daß die Plattierungen auch bei einer Dicke von mehr als 25,4 Vu mindestens 0,1 Gew.^ dreiwertiges Arsen enthalten und aus den zufallsorientierten feinkörnigen Kristallen bestehen, welche für reine Goldniederschläge typisch sind. Wenn der Arsengehalt etwa 0,9 Gew.?S übersteigt, kann die Kristallstruktur von dem. in aus weniger reinem Gold bestehenden Niederschlagen vorkommenden säulenförmigen Typ bestehen. Eine von dem Substrat abgestreifte erfindumgsgemäße GoIdfolienplattieirung widerstand einem Durchbiegen und Zurückbiegen durch 180 über einen Draht mit einem Durchmesser von O_r32^Mund hartte unter einer Belastung von 25 g eine Khoopsche Härte von.190 - 250 bei der Messung gemäß ASTM B 488-68. Der Heigungsfaktor der Tafeischen Gleichung in bezug auf eine Goldplattierung ist beinahe gleich dem von reinem Gold, wenn es in einer 0,1 Mol WH.01-Lösung gemessen wird. Die Oberfläche der Plattierung ist glatt, selbst wenn sie mit 80.OöOfacher Vergrößerung betrachtet wird. Der Elektrolyt hatte eine Streufähigkeit von ungefähr 37 i° in einer Haring-Zelle.

Bei einer Auswertung wurden elektrische Verbinder mit einer erfindungsgemäßen Goldplattierung oder einer Goldplattierung, die mit einem Gold, Kobalt und Indium enthaltenden Elektrolyten gebildet wurde, in bezug auf Abnutzungswiderstand verglichen und wurden 250- bis 500mal Arbeitszyklen unterworfen, und zwar bei 1 und 2,5 mA Gleichstrom und 5 A Wechselstrom. Mit den die erfindungsgemäße Goldplattierung aufweisenden Verbindern wurden bessere Ergebnisse, erzielt. Außerdem wurden auch bessere Ergebnisse erzielt bei Auswertungen, die sich auf lebensdauer, Lötfähigkeit, Korrosionswiderstand und Temperaturwiderstand bezogen.

Sachstehend werden BeiBpiele von Elektrolyten, Plattierverfafaren und erhaltenen Goldplattierungen aufgeführt.

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AMP 2673

Elektrolyt I

Elektrolyt II (Betrieb mit hoher Ge s chwindigke it)

Bestandteile/Merkmale

Au als KAu(GH)2	10,7 bis 14 g/l	31,1 g/l
KH2PO4	60 g/l	90 g/l
K3G6H5O7H2O	60 g/l	90 g/l
As als HaAsO0	0,02-0,04 g/l	0,10 g/i
Na2S2O35H2O	5 g/l	10 g/l
pH-Wert	6,2	6,2
Spezifisches Gewicht	mindestens 10°Be»	19°Be·
Verfahren
Plat fcierungstemperatur	60	60
Stromdichte (A/dm2)	1,08	10,8-15,2
Gebildete Plattierung;
Dichte	L9 g/cc	18,5 g/cc
Knoop-Härte (Belastung 25 g)	I9O-25O	176
Aussehen		glänzend
Gewichtsanteil von As		0,13 >-■

in der Plattierung

Zusätzlich enthielt der Elektrolyt I als Trennmittel 0,k'5 _/l. Dinatriumiithylencliamintetrazetatdihydrat. Zusätzlich zu dem Gold wurde uer Elektrolyt mit einer Lösung aus 17,4 g/l von NaAsO-, in 100 g/l von Na,,tf,,0_v5H_o0 sowie mit den anderen Be-

<- C-C-J C-

standteilen auf den angegebenen pH-Wert aufgefüllt.

Patentans prüche:

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Claims (5)

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   Patentansprüche

   I) Ein Aurοzyanid enthaltender neutraler Goldelektrolyt mit einem pH-Wert von etwa 5,5 bis etwa 8, gekennzeichnet durch dreiwertiges Arsen und einen Schwefeldonator.
2. 2. Elektrolyt"nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Schwefeldonator ein Alkalimetallthiosulfat ist.
3. 3. Elektrolyt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Anteil von dreiwertigem Arsen zwischen 0,02 Ms- 0,04 g/l beträgt.
4. 4. Elektrolyt nach einem der Ansprüche 1 Ms 3₅ dadurch gekenn z. eichnet, daß der Säuregehalt des Elektrolyten zwischen 6,0 Ms 6,5 beträgt.
5. 5. Verfahren zur Goldplattierung, wobei ein Strom zwischen einem zu plattierenden, als Kathode dienenden Metallsubstrat und einer inerten Anode in einem neutralen Goldelektrolyten angelegt wird, dadurch gekennzeichnet daß.der Elektrolyt nach einem der Ansprüche 1 bis- 4 zusammengesetzt ist, daß die Plattierungstemperatur zwischen etwa 55°G Ms etwa 72⁰C beträgt und daß die Plattierungsdichte, je nach dem Plattierungsverfahren, in dem Bereich zwischen 0,324 bis 15,2 A/dm² liegt.

   6« Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das zu plattierende Metallsubstrat vollständig oder in der Hauptsache aas Kupfer, Eisen, Nickel oder Aluminium besteht.

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