DE2256025C2 - Aqueous acid bath for the galvanic deposition of tin / lead alloy deposits - Google Patents
Aqueous acid bath for the galvanic deposition of tin / lead alloy depositsInfo
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Description
O— (CH2CH2O)111HO- (CH 2 CH 2 O) 111 H
aufweist, worin R für eine Alkylgruppe mit 5 bis 15 Kohlenstoffatomen steht und m für eine Ganzzahl von 5 bis 20 steht.wherein R is an alkyl group having 5 to 15 carbon atoms and m is an integer from 5 to 20.
3. Bad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyätheroberflächenmittel die allgemeine Formel3. Bath according to claim 1, characterized in that the polyether surface agent is the general formula
R2-C-NH-(CH2CH2O)n-SO3HR 2 -C-NH- (CH 2 CH 2 O) n -SO 3 H
aufweist, worin Ri, R2 und R3 jeweils für eine gerade oder für eine verzweigte Alkylgruppe mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen stehen, π für 5 bis 10 steht und M für ein Kation steht, das aus Wasserstoff, Natrium, Kalium und Ammonium ausgewählt ist.wherein Ri, R 2 and R3 each represent a straight or branched alkyl group having 3 to 10 carbon atoms, π is 5 to 10 and M is a cation selected from hydrogen, sodium, potassium and ammonium.
4. Bad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyätheroberflächenmittel aus einem Nonylphenol/Athylenoxyd-Kondensat besteht, das ungefähr 15 Äthylenoxydgruppen je Molekül aufweist. 4. Bath according to claim 2, characterized in that the polyether surface agent consists of one Nonylphenol / ethylene oxide condensate, which has about 15 ethylene oxide groups per molecule.
5. Bad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arylhydroxyverbindung aus Naphtholen und substituierten Phenolen ausgewählt ist.5. Bath according to one of the preceding claims, characterized in that the aryl hydroxy compound is selected from naphthols and substituted phenols.
6. Bad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Arylhydroxyverbindung aus ^-Naphthol, 2,4,6-Trichlorophenol, ρ,ρ'-Dihydroxydiphenylsulfon, 2,7-Naphthalindiol, l,l'-Bi-2-naphthol oder «-Naphthol besteht.6. Bath according to claim 5, characterized in that the aryl hydroxy compound of ^ -naphthol, 2,4,6-trichlorophenol, ρ, ρ'-dihydroxydiphenyl sulfone, 2,7-naphthalenediol, 1,1'-bi-2-naphthol or «-naphthol.
7. Bad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es 4 bis 53 g/l Zinn(Il)-ionen, 1 bis 85 g/l Bleiionen, 100 bis 200 g/l Fluoborationen, 4 bis 10 g/l des Polyätheroberflächenmittels und 0,5 bis 1,0 g/l der Arylhydroxyverbindung enthält.7. Bath according to one of the preceding claims, characterized in that it is 4 to 53 g / l Tin (II) ions, 1 to 85 g / L lead ions, 100 to 200 g / L fluoborate ions, 4 to 10 g / L of the polyether surfactant and contains 0.5 to 1.0 g / l of the aryl hydroxy compound.
Die Erfindung betrifft ein wäßriges saures Bad zur galvanischen Abscheidung von weißen, kontinuierlichen, feinkörnigen Zinn/Blei-Legierungsniederschlägen, die eine vorzügliche Bedeckung im Bereich niedriger Stromdichte aufweisen, wobei das Bad Zinn(Il)-ionen, Bleiionen, Fluoborationen, ein Polyätheroberflächenmittel und gegebenenfalls Borsäure enthält.The invention relates to an aqueous acidic bath for the galvanic deposition of white, continuous, fine-grained tin / lead alloy precipitates that provide excellent coverage in the lower area Have current density, the bath tin (II) ions, lead ions, fluoborate ions, a polyether surface agent and optionally contains boric acid.
Ein wäßriges Bad der vorstehenden Art ist aus der US-PS 27 34 025 bekannt Dieses Bad liefert Zinn/Blei-Legierungsniederschläge, die eine gute Lötbarkeit aufweisen. Die Niederschläge werden als homogen, dicht und nicht-porös beschrieben. Die Oberfläche der Niederschläge wird als glatt und sauber bezeichnetAn aqueous bath of the above type is known from US-PS 27 34 025. This bath provides tin / lead alloy deposits, which have good solderability. The precipitates are considered homogeneous, described as dense and non-porous. The surface of the precipitates is said to be smooth and clean
Es hat sich aber erwiesen, daß glänzende Niederschläge eine bessere Lötbarkeit aufweisen, was insbesondere für gedruckte Schaltungen von Vorteil istBut it has been shown that shiny precipitates have better solderability, which is particularly advantageous for printed circuits
ι» Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, ein wäßriges saures Bad der eingangs bezeichneten Art so zu modifizieren, daß die damit erhältlichen Zinn/Blei-Legierungsniederschläge ein helles glänzendes Aussehen besitzen.The invention was therefore based on the object of creating an aqueous acidic bath of the type described at the beginning to modify that the tin / lead alloy precipitates obtainable therewith have a bright, shiny appearance own.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß dem Bad der eingangs bezeichneten Art weiterhin eine Arylhydroxyverbindung zugesetzt wird.The object is achieved according to the invention in that the bath of the type specified further an aryl hydroxy compound is added.
Die aus den erfindungsgemäßen Bädern erhältlichenThose obtainable from the baths according to the invention
Niederschläge zeichnen sich durch folgende Merkmale aus: Precipitation is characterized by the following features :
1. Sie besitzen eine viel hellere Farbe als mit bekannten Bädern hergestellte Niederschläge;1. They are much lighter in color than precipitates produced with known baths;
2. sie sind sehr gleichförmig und von außergewöhnlich feiner Korngröße;2. They are very uniform and of an exceptionally fine grain size;
2j 3. sie sind glänzend, wenn auch nicht spiegelglänzend; 2j 3. they are glossy, if not mirror-glossy;
4. die Bedeckung im Bereich niedriger Stromdichte ist vorzüglich.4. The coverage in the area of low current density is excellent.
Die mit den erfindungsgemäßen Bädern hergestellten Niederschläge finden in der elektronischen Industrie und anderen Gebieten Anwendung, um den galvanisch beschichteten Gegenständen ein verbessertes Aussehen zu geben, um die Lötbarkeit zu verbessern und um die Widerstandsfähigkeit gegenüber Verfärbung beim. Gebrauch zu steigern.The precipitates produced with the baths according to the invention are used in the electronics industry and other fields of application in order to give the electroplated articles an improved appearance to improve solderability and to increase the resistance to discoloration when. use to increase.
Polyätheroberflächenmittel, die gemäß der Erfindung verwendet werden können, sind z. B. aromatische Polyäther und aliphatische Polyäther. Vorzugsweise ist das Oberflächenmittel ein polyalkoxyliertes Alkylphenol. Typische polyalkoxylierte Alkylphenole sind polyäthylierte Alkylphenole der FormelPolyether surfactants which can be used according to the invention are e.g. B. aromatic Polyethers and aliphatic polyethers. Preferably the surfactant is a polyalkoxylated alkyl phenol. Typical polyalkoxylated alkylphenols are polyethylated alkylphenols of the formula
R_/\- O —<C H2C H2O)^ H R _ / \ - O - <CH 2 CH 2 O) ^ H
worin R für eine Alkylgruppe mit 5 bis 15 Kohlenstoffatomen (vorzugsweise 9 Kohlenstoffatomen) steh:, und m für eine ganze Zahl von mindestens 5 und vorzugsweise nicht mehr als 20 steht. Ganz besonders bevorzugt wird ein Polyätheroberflächenmittel, das aus einem Nonylphenol/Äthylenoxyd-Kondensat beisteht, das ungefähr 15 Äthylenoxydgruppen je Molekül aufweist.where R is an alkyl group having 5 to 15 carbon atoms (preferably 9 carbon atoms), and m is an integer of at least 5 and preferably not more than 20. A polyether surfactant composed of a nonylphenol / ethylene oxide condensate containing approximately 15 ethylene oxide groups per molecule is particularly preferred.
Andere brauchbare Polyätheroberflächenmittel sind stickstoffhaltige aliphatische Polyäther, welche durch die folgende allgemeine Formel dargestellt werden könnenOther useful polyether surfactants are nitrogen-containing aliphatic polyethers which contain the following general formula can be represented
JOJO
60 R2-C-NH-(CH2CH2O)n-SO3H 60 R 2 -C -NH- (CH 2 CH 2 O) n -SO 3 H
worin Ri, R2 und R3 jeweils für eine gerade oder verzweigte Alkylgruppe mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomenwherein Ri, R 2 and R3 each represent a straight or branched alkyl group having 3 to 10 carbon atoms
stehen, η für eine Ganzzahl von mindestens 5 und nicht mehr ais 10 steht und M für ein Kation steht, das aus Wasserstoff, Natrium Kalium und Ammonium ausgewählt iststand, η stands for an integer of at least 5 and not more than 10 and M stands for a cation which is selected from hydrogen, sodium, potassium and ammonium
Beispiele für Arylhydroxyverbindungen, die gemäß der Erfindung verwendet werden können, sind Naphthole und substituierte Phenole.Examples of aryl hydroxy compounds according to of the invention are naphthols and substituted phenols.
Die Naphtholverbindungen enthalten ein oder mehrere Hydroxygruppen.The naphthol compounds contain one or more hydroxyl groups.
Die Phenolverbindungen besitzen ein oder mehrere Hydroxygruppen. Die Phenolverbindungen können ein oder mehrere, aber weniger als 4 inerte Substituenten je Benzolring aufweisen, und sie können inerte Verbindungsgruppen, wie z. B. Sulfongruppen ( — SO2 —) enthalten, sollten aber keine negativ geladene Gruppe besitzen.The phenolic compounds have one or more hydroxyl groups. The phenolic compounds can be a or more but less than 4 inert substituents each Have benzene ring, and they can inert linking groups, such as. B. Sulphone groups (- SO2 -) contain, but should not have a negatively charged group.
Typische Beispiele für Naphthole und Phenole, die sich ais wirksam herausgestellt haben, sind:Typical examples of naphthols and phenols that have been found to be effective are:
/-Naphthol/ -Naphthol
-OH-OH
a-Naphtholα-naphthol
u'-Bi-2-naphtho1 u '- Bi - 2 - naphtho1
2,7-Naphthalindiol2,7-naphthalenediol
2,4,6-Trichlorophenol2,4,6-trichlorophenol
ρ,ρ'-Dihydroxydiphenylsulfonρ, ρ'-dihydroxydiphenyl sulfone
HOHO
In der Folge sind die bevorzugten Gehalte der Badbestandteile aufgeführt:The preferred contents of the bath components are listed below:
a) 4bis53g/lZinn(II)-ionen;a) 4 to 53 g / l tin (II) ions;
b) 1 bis 85 g/l Bleiionen;b) 1 to 85 g / l lead ions;
c) 100 bis 200 g/l Fluoborationen;c) 100 to 200 g / l fluoborate ions;
d) 4 bis 10 g/l Polyätheroberf lächenmittel;d) 4 to 10 g / l polyether surface agent;
e) 0,5 bis 1,0 g/l Arylhydroxyverbindung.e) 0.5 to 1.0 g / l aryl hydroxy compound.
Das zweiwertige Zinn im Bad liefert das Zinn, welches in der niedergeschlagenen Zinn/Blei-Legierung vorliegt. In einem frisch hergestellten Bad, welches 10 g/l Zinn und 90 g/l Blei enthält, liegen etwa 85% des Zinns in zweiwertigem Zustand vor, wobei der Rest aus vierwertigem Zinn bes::eht Ein solches Bad ergibt einen Niederschlag, der 10% Zinn enthält Wenn die Menge des vierwertigen Zinns zunimmt und die Menge des zweiwertigen Zinns abnimmt daan fällt der Prozentsatz an Zinn im Niederschlag unter 10%. Jedoch zeigt sich bei höheren Konzentrationen, beispielsweise 50 g/l Zinn und 35 g/l Blei, weniger Neigung, daß sich vierwertiges Zinn im Bad bildetThe divalent tin in the bath provides the tin that is present in the deposited tin / lead alloy. In a freshly prepared bath containing 10 g / l tin and 90 g / l lead, about 85% of the tin is in a bivalent state, the remainder being tetravalent tin % Tin contains When the amount of tetravalent tin increases and the amount of divalent tin decreases , the percentage of tin in the precipitate falls below 10%. However, at higher concentrations, for example 50 g / l tin and 35 g / l lead, there is less tendency for tetravalent tin to form in the bath
Beim Normalbetrieb des Bads bleibt der Gehalt anDuring normal operation of the bath, the content remains on
ίο zweiwertigem Zinn weitgehend konstant, wodurch ein Niederschlag mit einem gleichmäßigen Zinngehalt erhalten wird Wenn jedoch die Lösung einige Zeit außer Betrieb ist, dann ist es ratsam, das Bad zu filtrieren und es vor Luftzutritt soweit wie möglich zu schützen,ίο bivalent tin largely constant, creating a Precipitation with a uniform content of tin is obtained if, however, the solution for some time is out of order, then it is advisable to filter the bath and protect it as far as possible from the ingress of air,
ι > um die Bildung von vierwertigem Zinn gering zu halten. Das Bleibad liefert das Blei; welches in der niedergeschlagenen Zinn/Blei-Legierung enthalten ist. Die Fluoborsäure ist deshalb im Bad enthalten, daß die erforderliche Aktivität entsteht, daß die Leitfähig-ι> to keep the formation of tetravalent tin to a minimum. The lead bath supplies the lead; which is contained in the deposited tin / lead alloy. The fluoboric acid is therefore contained in the bath that the necessary activity arises, that the conductivity
2(i keit gesteigert wird, daß ein feinkörniger Niederschlag erhalten wird und daß die Dentritenbildung verhindert wird.2 (i speed is increased that a fine-grained precipitate is obtained and that dendritic formation is prevented.
Borsäure kann dem Bad zugesetzt werden, um die Stabilität des Bads aufrecht zu erhalten. Annähernd 25 g/l Rorsäure haben sich als brauchbar erwiesen, aber diese Konzentration ist nicht kritisch.Boric acid can be added to the bath to maintain bath stability. Nearly 25 g / l roric acid has been found to be useful, but this concentration is not critical.
Die bevorzugten Betriebsbedingungen, wie z. B. pH, Temperatur und Stromdichte, können je nach der jeweiligen Badzusammensetzung und nach der Natur des Gegenstands, auf dem auf galvanischem Wege die Zinn/Blei-Legierung niedergeschlagen werden soll, variieren. Im allgemeinen werden gute galvanische Zinn/Blei-Legierungsniederschläge innerhalb eines spezifischen Bereichs von Arbeitsbedingungen erhalten.The preferred operating conditions, such as B. pH, temperature and current density, depending on the the respective bath composition and the nature of the object on which the Tin / lead alloy to be deposited will vary. Generally good galvanic Tin / lead alloy precipitates obtained within a specific range of working conditions.
Die galvanische Abscheidung der Zinn/Blei-Legierung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Bads kann bei Temperaturen von ungefähr 10 bis 600C (vorzugsweise 15 bis 200C) entweder mit oder ohne Rühren ausgeführt werden. Die Temperatur des galvanischen Bads ist gewöhnlich die Raumtemperatur. Bei niedrigeren Temperaturen, wie z.B. Ί5 bis 200C, werden optimale Resultate erhalten. Bei einigen Arbeitsweisen, bei denen ein beträchtlicher Zellenstrom verwendet wird, der eine Temperaturerhöhung zur Folge hat, muß in geeigneter Weise gekühlt werden, beispielsweise durch Kühlwasser, welches durch eine eingetauchte Kühlschlange hindurchfließt, oder durch Kühlmaschinen. Bei Verwendung von durchschnittlichen Stromdichten von 0,5 bis 5,0 A/dm2 werden Zinn/Blei-Legierungsniederschläge mit einer durchschnittlichen Dicke von 0,25 bis 25 μηι in Abscheidungszeiten von durchschnittlich 0,1 bis 10 min erhalten.The galvanic deposition of the tin / lead alloy using the bath according to the invention can be carried out at temperatures of approximately 10 to 60 ° C. (preferably 15 to 20 ° C.) either with or without stirring. The temperature of the electroplating bath is usually room temperature. At lower temperatures, such as Ί5 to 20 0 C, optimal results are obtained. In some modes of operation in which a substantial cell flow is used, which results in a temperature increase, cooling must be carried out in a suitable manner, for example by cooling water flowing through a submerged cooling coil or by cooling machines. When using average current densities of 0.5 to 5.0 A / dm 2 , tin / lead alloy deposits with an average thickness of 0.25 to 25 μm are obtained in deposition times of 0.1 to 10 minutes on average.
Nötigenfalls kann für eine gleichförmige Bewegung des galvanischen Bads gesorgt werden, und zwar entweder durch eine mechanische Bewegung des zu beschichtenden Gegenstands oder durch Badrühren während der galvanischen Abscheidung. Ein solches Rühren kann die Verwendung von hohen Abscheidungsstromdichten auf dem galvanisch zu beschichtenden Gegenstand ermöglichen.If necessary, uniform movement of the electroplating bath can be provided, namely either by mechanical movement of the object to be coated or by bath stirring during electrodeposition. Such agitation may involve the use of high deposition current densities enable on the object to be electroplated.
Bei der galvanischen Abscheidung von Zinn/Blei-Legierungen können die Teile auf Schienen beschichtet werden, d. h. auf Haltern, welche einzelne oder mehrere Teile festhalten, die im allgemeinen gleich sein können, die aber auch eine verschiedene Größe, verschiedene geometrische Form, usw. aufweisen können. Die Teile können auch als Masse in rotierenden Trommeln beschichtet werden. Bei dieser Art von Beschichtung,During the galvanic deposition of tin / lead alloys, the parts can be coated on rails be, d. H. on holders that hold one or more parts, which in general can be the same, but which can also have a different size, different geometric shape, etc. The parts can also be coated as a mass in rotating drums. With this type of coating,
die gewöhnlich zur Beschichtung von kleineren Teilen verwendet wird, besteht die Beschickung der Trommel gewöhnlich aus den gleichen Teilen, obwohl auch gemischte Beschickungen verwendet werden können. Wegen der Anzahl, der Größe und der Form der Teile ist es wichtig, daß das angesetzte galvanische Bad einen möglichst großen Stromdichtebereicb aufweist, in dem ein Glanz erhalten wird. Es ist auch wichtig, daß die Grenzstromdichte, d. h. die Stromdichte, bei der die Niederschläge keine gesunde Struktur und kein gesundes Aussehen mehr aufweisen, so hoch wie möglich ist, um die weiten Variationen der Kathodenstromdichte zu berücksichtigen, die auf Grund der Größe und der komplizierten Form der zu beschichtenden Teile angetroffen werden können.which is usually used to coat smaller parts, is the loading of the drum usually from the same parts, although mixed charges can also be used. Because of the number, size and shape of the parts, it is important that the applied electroplating bath is one the largest possible current density range in which a gloss is obtained. It is also important that the Limiting current density, d. H. the current density at which the precipitation has no healthy structure and no Have a healthy appearance as high as possible to accommodate the wide variations in the cathode current density to take into account, due to the size and the complicated shape of the to be coated Parts can be encountered.
Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel näher erläutert.The invention is illustrated in more detail by the following example.
Beispiel
A. Bad gemäß dem Stand der Technikexample
A. Prior art bathroom
Ein galvanisches Bad für die Abscheidung einer Legierung mit 60% Zinn und 40% Blei der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt:An electroplating bath for the deposition of an alloy containing 60% tin and 40% lead of the following Composition was made:
zweiwertiges Zinnir gives
divalent tin
Die Abscheidungsbedingungen in einer Hull-Zelle waren wie folgt:The deposition conditions in a Hull cell were as follows:
Lösungsvolumen 267 mlSolution volume 267 ml
Temperatur 200CTemperature 20 0 C
Rühren magnetisches RührenStirring magnetic stirring
Zellenstrom 1ACell current 1A
Zeit 5 minTime 5 min
Anode Platte aus einer Legierung
mit 60% Zinn und 40% BleiAnode plate made of an alloy
with 60% tin and 40% lead
Kathode poliertes MessingPolished brass cathode
Zum obigen Bad wurden 8 g/I eines Nonylphenol/ Äthylenoxyd-Kondensats zugegeben, welches ungefähr 15 Äthylenoxydgruppen je Molekül enthielt8 g / l of a nonylphenol / ethylene oxide condensate were added to the above bath, which was approximately Contained 15 ethylene oxide groups per molecule
Die Niederschläge aus diesem System waren weiß, durchgehend und feinkörnig.The precipitates from this system were white, continuous and fine-grained.
B. Bad gemäß der ErfindungB. bath according to the invention
Eine Grundlösung von ^-Naphthol wurde dadurch hergestellt, daß 144,2 g (1 Mol) pulverisiertes ^-Naphthol von U.S.P.-Reinheit unter mechanischem Rühren zu Wasser zugegeben wurden. Dann wurden 50 g chemisch reine NaOH-Pellets, die vorher in 200 ml Wasser aufgelöst worden waren, zugegeben. Das Rühren wurde fortgesetzt, bis das jS-Naphthol aufgelöst war. Dann wurden 3 g handelsübliche Aktivkohle zugegeben und das Rühren wurde 1 st fortgesetzt, worauf filtriert wurde. Das Filtrat wurde mit Wasser auf 1440 ml verdünnt, so daß die Lösung mit 100 g/l ^-Naphthol erhalten wurde. 1 Vol.-Teil gereinigte 100-g/l-/?-Naphthol-Grundlösung wurde mit 1 Vol.-Teil 100-g/l-Grundlösung des weiter oben genannten Nonylphenol/Äthylenoxyd-Kondensats gemischt.A base solution of ^ -naphthol was prepared by adding 144.2 g (1 mole) of powdered ^ -naphthol U.S.P. grade was added to water with mechanical stirring. Then 50 g became chemical pure NaOH pellets previously in 200 ml of water had been dissolved, admitted. Stirring was continued until the jS-naphthol was dissolved. then 3 g of commercially available activated charcoal were added and stirring was continued for 1 hour, followed by filtration became. The filtrate was diluted to 1440 ml with water, so that the solution with 100 g / l ^ -naphthol was obtained. 1 part by volume of purified 100 g / l - /? - naphthol base solution was with 1 part by volume 100 g / l basic solution of the above-mentioned nonylphenol / ethylene oxide condensate mixed.
10 ml/1 der Grundlösung wurden der Badzusammensetzung von Beispiel 1 zugegeben, wobei 0,5 g/l jS-Naphtho! erhalten wurden. Das ^-Naphthol wurde vollständig aufgelöst. Der resultierte Niederschlag war weiß, halbglänzend, mikrokristallin, durchgehend und feinkörnig und zeigte keinerlei Defekte und eine viel bessere Bedeckung bei niedriger Stromdichte als ohne 0-Naphthol.10 ml / l of the base solution became the bath composition of Example 1 was added, with 0.5 g / l of jS-Naphtho! were obtained. The ^ -naphthol was completely resolved. The resulting precipitate was white, semi-glossy, microcrystalline, solid and fine-grained and showed no defects and much better coverage at lower current density than without 0-naphthol.
Ähnliche Ergebnisse werden mit anderen Polyätheroberflächenmitteln und anderen Arylhydroxyverbindungen erhalten.Similar results are obtained with other polyether surfactants and other aryl hydroxy compounds.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OD | Request for examination | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: C25D 3/60 |
|
8126 | Change of the secondary classification |
Ipc: C25D 3/56 |
|
D2 | Grant after examination | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: M & T CHEMICALS, INC., WOODBRIDGE, N.J., US |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |