DE2118537A1

DE2118537A1 - Electroplating - with surface tension derived contact between bath and workpiece

Info

Publication number: DE2118537A1
Application number: DE19712118537
Authority: DE
Inventors: Gerhard 8391 Tiefenbach; Heimerl Dieter; Vinz Otmar Dipl.-Phys.; 8300 Landshut. P Ertel
Original assignee: Jenaer Glaswerk Schott and Gen
Current assignee: Schott AG
Priority date: 1971-04-16
Filing date: 1971-04-16
Publication date: 1972-11-02

Abstract

The electrolytic or possibly electroless deposited metal surface layer is made by holding the workpiece close above the electrolyte surface after contact between the two has been made by electrolyte, which remains above bath level as the result of surface tension forces. Pref. contact is made by momentary raising of the bath level. The method is used for metal plating of electronic assemblies, which only require partial plating. It is easier to carry out than other known methods and saves electrolyte, which is esp. important for precious metal plating.

Description

Verfahren zur Herstellung von galvanischen Überzügen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung galvanischer Überzüge mit ungleicher Schichtstärkenverteilung, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß, nachdem zwischen dem zu beschichtenden Weil und dem Elektrolytbad ein Kontakt hergestellt worden ist, das Teil in einem geringen Abstand so über dem Elektrolytbad-Niveau gehalten wird, daß zwischen dem Teil und dem Bad ein kleines Elektrolytvolumen durch Benetzungskräfte aufrechterhalten wird. Method of making electroplated coatings. The invention relates to a process for the production of galvanic coatings with uneven distribution of layer thicknesses, which is characterized in that after between the to be coated Because contact has been made with the electrolyte bath, the part in one small distance is kept so above the electrolyte bath level that between the Part and the bath maintain a small volume of electrolyte through wetting forces will.

Die Erzeugung galvanischer Überzüge, insbesondere auf IfBssen-und Kleinteilen, erfolgt im allgemeinen in der Weise, daß diese Teile als Schüttgut in korbartige Behälter gegeben werden, die ihrerseits in die Galvanikbäder eintauchen und durch geeignete Bewegungen (Drehen, Schütteln usw.) dauernd oder mit Unterbrechungen mit dem Kathodenanschluß des Bades in Verbindung stehen.The production of galvanic coatings, especially on IfBssen and Small parts, is generally done in such a way that these parts as bulk material be placed in basket-like containers, which in turn are immersed in the electroplating baths and through suitable movements (turning, shaking, etc.) continuously or intermittently are in communication with the cathode connection of the bath.

Bei Bauteilen, die aus gegeneinander isolierten Einzelelementen zusammengesetzt sind, wie z.B. Glas/Metall-Verschmelzungen zur ICapselung von elektronischen Bauelement-en, ergeben sich bei diesem Beschichtungsverfahren auf den untereinander isolierten Einzelteilen Schichtstärken , die von der Häufigkeit und Dauer der Kontaktgabe während der Bewegung im Galvanikbad und damit von der Geometrie und Oberfläche der isolierten Teile abhängen.For components that are composed of individual elements that are isolated from one another such as glass / metal fusions for the encapsulation of electronic components, arise at this coating process on the one another isolated individual parts Layer thicknesses that depend on the frequency and duration of contact during movement in the electroplating bath and thus on the geometry and surface of the depend on isolated parts.

Als Beispiel für ein Bauteil, das mit einem galvanischen Üb-erzug versehen werden muß und bei dem die Schichtstärkenverteilung von großem Einfluß ist, sei nachstehend eine sogenannte Transistordurchführung beschrieben: Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer derartigen Transistordurchführung; diese besteht aus der Platine 1 mit der Legierungsstelle , isolierten Drähten mit Bondstelle und Pfosten 2, dem Schweißrand 3, einem angeschweißten Draht 4 und dem Glasisolierkörper 5.As an example of a component with a galvanic coating must be provided and in which the layer thickness distribution has a great influence a so-called transistor bushing is described below: FIG. 1 shows the basic structure of such a transistor bushing; this exists from the circuit board 1 with the alloy point, insulated wires with bond point and Post 2, the welding edge 3, a welded wire 4 and the glass insulating body 5.

Fig. 2 zeigt stark übertrieben die bei rommelware sich ergebende Schichtstärkenverteilung beim Galvanisierprozeß (Gold) auf einer Transistordurchführung nach Fig. 1. FIG. 2 shows, in a greatly exaggerated manner, that which arises in the case of drum goods Layer thickness distribution during the electroplating process (gold) on a transistor bushing according to Fig. 1.

Fig. 3 zeigt im Prinzip die für die Weiterverarbeitung ideale-Verteilung der Schichtdicke auf einer Transistordurchführung nach Fig. 1. 3 shows in principle the ideal distribution for further processing the layer thickness on a transistor bushing according to FIG. 1.

bei diesen Transistordurchführungen wird ein Silicium-Halbleiterkristall auf die Platine 1 (Fig. 1) mittels eines Silicium-Goll-Eütektikum-totes galvanisch und gut warmeleitend in der Weise befestigt, daß zunächst auf die Transistordurchführung eine temperaturbeständige Goldbeschichtung aufgebracht wird, die sich durch mechanischen Kontakt bei Erwärmung mit dem Silicium, zu einem Lotmaterial teilweise vereinigt.a silicon semiconductor crystal is used in these transistor bushings on the board 1 (Fig. 1) by means of a silicon-Goll-Eütektikum-totes galvanically and fixed with good thermal conductivity in such a way that first on the transistor bushing a temperature-resistant gold coating is applied, which is achieved by mechanical Contact with the silicon when heated, partially combined to form a solder material.

Die Kontaktierung der verschieden dotierten Kristallbezirke erfolgt durch Feingelddrähte, und zwar einerseits an den hicrfür ausgebildeten Kristallflächen und andererseits an den Stirnseiten 2 , der mittels Glas isoliert eingeschmelzenen Zuleitungen der Transistordurchführung.The variously doped crystal regions are contacted by fine-money wires, on the one hand on the crystal surfaces that have been designed for this purpose and on the other hand, on the end faces 2, which are melted and insulated by means of glass Supply lines of the transistor bushing.

Auch hierfür hat sich eine Goldoberflüche auf den Stirnflächen 2 des Anschlußdrahtes, den sogenannten Pfosten, besonders bewährt.For this, too, there is a gold surface on the end faces 2 of the Connection wire, the so-called post, particularly proven.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß für diese Juflegierungs- und Schweißprozesse (Legieren und Bonden), abhängig von Dauer und Höhe der Vorwärmung, z.B. folgende Goldschichtstärken erforderlich sind (Sclzutz gegen Golddiffusion in das Grundmaterial vorausgesetzt): Zum Legieren: 0,7 µm Gold (Fig.3), zum Bonden auf den Pfosten: 1,0 µm Gold (Fig.3).Experience has shown that for these Jufalloy and welding processes (Alloying and bonding), depending on the duration and level of preheating, e.g. the following Gold layer thicknesses are required (protection against gold diffusion into the base material provided): For alloying: 0.7 µm gold (Fig. 3), for bonding to the post: 1.0 µm gold (Fig. 3).

Diese Ecrte schwanken in Abhängigkeit von den Dimensionen der Anlage, der Zeit und der Temperatur, jedoch ist es wesentlich, daß die erforderlichen Schichtstärke zum Bonden auf den Pfosten größer sein muß als zum Auflegieren.These values vary depending on the dimensions of the system, the time and temperature, however, it is essential that the required layer thickness is achieved must be larger for bonding to the post than for alloying.

Bei der bisher üblichen Erzeugung solcher Goldschichten durch galvanische Abscheidung auf Trommelware entsteht eine Schichtstärkenverteilung gemäß Fig. 2, die diesen Erfordernissen nicht Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Brzeugung von Metallschichten mit einer Schichtstärkenverteilung, die den oben geschilderten Erfordernissen entspricht, Berücksichtigt man außerdem noch die relativ hohen LTaterialkosten des Goldes,sc v4re eine Verteilung der Goldschicht, wie sie in Fig.3 dargestellt ist, ideal.In the previously usual production of such gold layers by galvanic Deposition on drum goods results in a layer thickness distribution according to FIG. 2, which do not meet these requirements. The present invention therefore aims to provide a method for the production of metal layers with a layer thickness distribution that corresponds to the above corresponds to the requirements described, one also takes into account the relative high material cost of gold, sc v4re a distribution of the gold layer like them in Fig. 3 shown is ideal.

Der Erzeilung derartiger Schichtverteilungen bei Massenware stehen jedoch große verfahrenstechnische Schwierigkeiten entgegend so daß es bereits einen großen Fortschritt bedeuten vvilrde, wenn diese Idealverteilung auch nur angenähert erreicht werden könn-tec Zwar sind Verfahren bekannt, die im wesentlichen darauf beruhen, daß nur diejenigen Oberflächenbezirke in das Bad eintauchen, auf denen die Metallabscheidung erfolgen soll, jedoch gibt es für ein solches Vorgehen nur beschränkte MögliclSkeitell.The creation of such layer distributions in mass-produced goods are available however, great procedural difficulties on the other hand, so that there is already one vvilrde mean great progress if this ideal distribution is even approximated Processes are known which essentially focus on it are based on the fact that only those surface areas are immersed in the bath on which the metal deposition is to take place, however, there is only one such procedure limited possibilities.

So sind z.B. Verfahren bekannt geworden, bei denen die Einzelteile in maskenartige Abdeckungen gesetzt werden, die dem Elektrolyt den Zutritt zu den nicht zu beschichtenden Oberflächen verwehren. Derartige Verfahren sind jedoch bei relativ billigen Massenartikeln zu aufwendig und haben insbesondere den Nachteil, durch Kapillarwirkung zwischen Maske und zu beschichtendem Teil undefinierte Abscheidungsgrenzen hervorzurufen. Hinzu kommt die Verschleppung hochwertiger Edelmetallelektrolytflüssigkeit.For example, processes have become known in which the individual parts be placed in mask-like covers that allow the electrolyte to enter the Refuse surfaces that are not to be coated. However, such procedures are at relatively cheap mass-produced items are too expensive and have the particular disadvantage Undefined deposition boundaries due to capillary action between the mask and the part to be coated to evoke. In addition, there is the carryover of high-quality precious metal electrolyte fluid.

Auch kann man in bestimmten Fällen durch ein nur partielles Lintauchen der zu beschichtenden Teile in den Elektrolyten die nrzeugung einer zonenweisen Beschichtung versuchen. Hier entsteht jedoch das Problem, daß die Begrenzungslinie zwischen der beschichteten und der nicht beschichteten Oberfläche stets parallel zum Badspiegel verläuft und alle Oberflächenpartien, die unterhalb des Badspiegels liegen, mit etwa gleicher Schichtstärke versehen werden. Nach diesem Verfahren kann also die gewünschte Schichtstärkenverteilung nach Fig. 3 nicht erzeugt werden.In certain cases, you can also only partially dive into the skin of the parts to be coated in the electrolyte the generation of a zone-wise Try coating. However, there arises the problem that the boundary line always parallel between the coated and the uncoated surface runs to the bathroom mirror and all surface areas that are below the bathroom mirror are provided with approximately the same layer thickness. Following this procedure can thus the desired layer thickness distribution according to FIG. 3 cannot be produced.

In Abwandlung dieses Verfahrens ha-t man auch schon versucht, durch eine zeitliche Änderung der Eintauchtiefe der Schichtstärkenverteilung nach Fig. 3 nahe zu kommen, doch bring-t ein solches Vorgehen erhebliche Schwierigkeiten bezüglich der Einhaltung genauer Eintauchtiefen mit sich, wic leicht einzusehen ist.In a modification of this procedure, one has already tried to go through a temporal change in the immersion depth of the layer thickness distribution according to Fig. 3, but such an approach brings considerable difficulties with regard to compliance with exact immersion depths, which is easy to see.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Nachteile der bekannten Verfahren dadurch behoben und wird eine annähernd ideale Schichtstärkenverteilung dadurch erzielt, daß von einem direkten Bintauchen der Teile in das Bad abgegangen wird und Benetzungskräfte ausgenutzt werden, wobei die zu beschi cht ende Seite der Teile in geringer Höhc über dem Badspiegel gehalten und durch geeignete Maßnahmen ein Benetzungskontakt wischen Teil und Bad hergestellt wird. Es entsteht somit eine Kontaktzone 6 zwischen der zu beschichtenden Oberfläche und dem Elektrolyten, wie sie im Prinzip die Fig. 4 zeigt. Es wurde überraschend gefunden, daß die Benetzungsbrücke zwischen dem Elektrolyten und der zu beschichtenden Oberflache innerhalb eines relativ weiten Abstandsbereiches zwischen zu beschichtender Oberfläche und Badoberfläche erhalten bleibt, so daß die Probleme der Badniveauregelung und Warenftilirung leicht beherrschbar werden.According to the present invention, the disadvantages of the known This eliminates the process and results in an approximately ideal layer thickness distribution achieved in that departed from direct immersion of the parts in the bath and wetting forces are used, whereby the side to be coated the parts are kept at a low height above the bathroom level and by suitable measures wetting contact is established between part and bath. This creates a Contact zone 6 between the surface to be coated and the electrolyte, such as it is shown in principle in FIG. It was surprisingly found that the wetting bridge between the electrolyte and the surface to be coated within a relative wide distance range between the surface to be coated and the bath surface remains, so that the problems of bath level control and goods ventilation easily become controllable.

Dies erhöht die Sicherheit des Fertigungsverfahrens un-d unterscheidet die Erfindung in vorteilhafter Weise von den Verfahren mit gezielter Eintauchtiefe.This increases the security of the manufacturing process and differentiates the invention advantageously from the method with targeted immersion depth.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ausspringende Kanten 3 (Fig.1) als definierte Benetzungegrenzen benutzt, bzw. an den zu beschichtenden Teilen bewußt derartige Kanten vorgesehen werden können. Eine weitere Möglichkeit einer gezielten Schichtstärkenverteilung gemäß der Erfindung ergibt sich aus der Tatsache, daß in dem über die Badoberfläche herausgehobenen Elektrolytvolumen im Verlauf des Abscheide-prozesses eine Verarmung in Edelmetallienen eintritt. Diesen Effekt kann man ausnutzen, um an dem zu beschichtenden Teil die zur Badoberfläche senkrecht verlaufenden Flächen und Schweißringzonen bewußt mit einer geringeren Schicht stärke zu versehen.Another advantage of the invention is that jumping out Edges 3 (Fig. 1) are used as defined wetting limits, or on the ones to be coated Share deliberately such edges can be provided. One more way a targeted layer thickness distribution according to the invention results from The fact that in the electrolyte volume raised above the bath surface in During the deposition process, a depletion of precious metals occurs. This one Effect can be used to the part to be coated the Areas and welding ring zones that run perpendicular to the bath surface are consciously included to provide a smaller layer thickness.

Eine Vervollkommnung dieser Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch möglich, daß der Grad der Verarmung an Edelmetallionen durch eine Relativbewegung zwischen Bad und Ware beeinflußt werden kann, wobei mit zunehmender Geschwindigkeit eine wachsende Durchmischung des angehobenen Elektrolytvolumens mit unverarmtem Elektrolyten aus dem Badinnern erfolgt. dn einer Transistordurchführung l;ßt sich auf diese Weise z.B. eine wesentlich stärkere Beschichtung der tiefer in das Bad hineinragenden Pfosten gegenüber der Platinenunterseite und insbesondere gegenüber dem Schweißrand erzielen. Figur 5 zeigt, welche Schichtstärkenverteilung auf diese Weise erreicht werden kann.A perfection of this embodiment of the method is thereby possible that the degree of depletion of noble metal ions due to a relative movement between bath and goods can be influenced, with increasing speed a growing intermixing of the increased electrolyte volume with non-depleted Electrolytes from inside the bath. Can be used in a transistor bushing in this way e.g. a much thicker coating of the deeper in the bathroom protruding post opposite the underside of the board and in particular opposite achieve the welding edge. Figure 5 shows which layer thickness distribution on this Way can be achieved.

Für die Herstellung des ersten Kontaktes zwischen dem Bad und dem zu beschichtenden Teil gibt es verschiedene Möglichkeiten.For making the first contact between the bath and the There are various options for the part to be coated.

Die einfachste Methode be-steht darin, das Teil soweit auf das Bad abzusetzen, bis es die Badoberfläche berüht, und danach wieder geringfügig anzuheben Auch ist es möglich, die Teile in dem gewUnsohten Abstand über dem Bad zu halten und eine Flutwelle in an sich bekannter Weise durch das Bad zu fahren.The simplest method is to put the part on the bathroom until it touches the surface of the bath, and then lift it again slightly It is also possible to keep the parts at the usual distance above the bath and to drive a tidal wave through the bath in a manner known per se.

Schließlich ißt es auch mögliche die an den Teilen stets auftretende Kondensatbildung zur Herstellung der Elektrolytbrücke zu benutzen.Finally, it also eats the possible that always occurs on the parts To use condensation to create the electrolyte bridge.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die Abscheidung von Metallen mittels elektrischem Strom beschränkt, sondern kann auch auf galvanische Bäder für die stromlose Metallabscheidung angewandt werden.The method according to the invention is not aimed at the deposition of metals limited by means of electricity, but rather can also be galvanic Baths for electroless metal deposition can be used.

Beispiel : Die zu vergoldenden Durchführungen, in diesem Beispiel TO 5-Durchführungen werden sortiert, d.h. vereinzelt und ausgerichtet, und werden dann so in Kontaktleisten aufgenommen, daß die beiden isolierten Drähte und die Platine Kontakt mit der IÇathode haben. Diese Leisten werden in Rahmen zu Platten von ca. 40 x 40 cm zusammengefügt; eine derartige Platte enthält dann 500 einzeln kontaktierte Durchführungen. Diese Platte wird dicht über das Vergoldungsbad gebracht,und das Badniveau wird kurzzeitig angehoben, so daß ein Benetzungskontakt mit den Durchführungen entsteht; anschließend wird es soweit abgesenkt, daß der eigentliche Badspiegel etwa 4 mm unterhalb der Unterkante der Durchführungsplatine liegt, wobei die Unterseite der Platine mit dem Bad in Berührung bleibt.Example: The bushings to be gold-plated, in this example TO 5 bushings are sorted, i.e. separated and aligned, and are then added so in contact strips that the two insulated wires and the Circuit board have contact with the cathode. These strips become panels in frames of approx. 40 x 40 cm joined together; such a plate then contains 500 individually contacted implementations. This plate is brought close to the gold plating bath, and the bath level is briefly raised so that there is wetting contact with the bushings arises; then it is lowered so far that the actual bathroom mirror is about 4 mm below the lower edge of the leadthrough board, with the underside the circuit board remains in contact with the bath.

Als Bad wird die Type Aurall 509 der Fa. iliedel & Co., Bielefeld verwendet.The bath is the Aurall 509 type from iliedel & Co., Bielefeld used.

Die Badtemperatur beträgt 5o0C, die Stromdichte 0,3 A pro dm2, und die Expositionsdauer 20 min.The bath temperature is 50C, the current density 0.3 A per dm2, and the exposure time 20 min.

Nach dieser Behandlung r'ird das Gestell dem Bad entnommen und gespült, und die Teile werden getrochnet. Die af diese Weise vergoldeten Durchführungen besitzen eine Goldschichtstärke und Schichtstärkenverteilung entsprechend Fig. 5,After this treatment, the frame is removed from the bathroom and rinsed, and the parts are dried. The bushings are gilded in this way a gold layer thickness and layer thickness distribution according to FIG. 5,

Claims

Claims: 1.) Method for generating a galvanically, if necessary electrolessly deposited metal layer, characterized in that the to be coated Parts are held at a short distance above the electrolyte bath level after a contact between the electrolyte and the surface of the parts to be coated an n electrolyte volume has been generated which by wetting forces over the actual bathroom level was raised.

2. The method according to claim 1, characterized in that the to The coating part and the bath surface are moved parallel to each other 3 processes according to claim 1 or 22, characterized in that on the part to be coated Projections or depressions are attached to the defined limitation of the Wetting height can be used.

L e rs e i t e