KR100840451B1 - An aqueous electroplating bath, a method of manufacturing an aqueous electroplating bath and a method of electroplating using the bath - Google Patents
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Abstract
여러 형태의 전기도금욕(즉, 황산염, 술폰산, 플루오르화붕산염, 및 할로겐화물 도금욕)에서 첨가제로서 알킬 및 알카놀 술폰산의 알칼리 금속염, 알칼리 토금속염, 및 암모늄염 또는 치환된 암모늄염의 사용은 보다 넓은 유효 전류 밀도 범위, 개선된 외형, 및 개선된 산화 안정성과 같은 예상치 못한 다수의 장점을 갖는다.The use of alkali metal salts, alkaline earth metal salts of alkyl and alkanol sulfonic acids, and ammonium salts or substituted ammonium salts as additives in many forms of electroplating baths (ie sulfate, sulfonic acid, fluoroborate, and halide plating baths) It has a number of unexpected advantages such as effective current density range, improved appearance, and improved oxidative stability.
Description
본 발명은 전기도금욕에 관한 것이다.The present invention relates to an electroplating bath.
전기도금 용액은 일반적으로 수성이다. 모든 도금 용액은 (1) 부착(deposit)될 금속(들)의 이온 소오스를 제공, (2) 부착 금속의 이온과 착물을 형성, (3) 도전성을 제공, (4) 가수분해 또는 다른 분해 과정에 대해 용액을 안정화시킴, (5) 용액의 pH를 완충, (6) 부착물의 물리적 형태를 조절, (7) 양극 부식에 조력, (8) 관계된 용액에 대한 독특한 기타 특성을 변형시키는 기능 중 적어도 하나 및 통상적으로 여러 기능을 수행할 수 있는 성분을 포함한다.Electroplating solutions are generally aqueous. All plating solutions (1) provide an ion source of metal (s) to be deposited, (2) complex with ions of the attached metal, (3) provide conductivity, (4) hydrolysis or other decomposition processes At least among the functions of stabilizing the solution, (5) buffering the pH of the solution, (6) adjusting the physical form of the deposit, (7) aiding anode corrosion, and (8) modifying other unique properties for the solution involved. It includes ingredients that can perform one and typically several functions.
본 발명은 특히 이전에 허용된 표준에 비해 유효 전류 밀도를 증가시킴으로써 용액의 도금성을 개선시킨다. 전류 밀도는 평균 전류(암페어)를 전류가 통과하는 면적으로 나눈값이며, 여기서 면적은 공칭(nominal) 면적을 의미하는데, 이는 극히 평탄한 전극이라도 그 진정한 면적을 알기가 어렵기 때문이다. 이와 관련하여 사용된 단위는 평방미터 당 암페어(A/m2)이다.The present invention improves the plating properties of the solution, in particular by increasing the effective current density compared to previously accepted standards. The current density is the average current (amps) divided by the area through which the current passes, where area is the nominal area, because it is difficult to know the true area even for extremely flat electrodes. The unit used in this regard is amperes per square meter (A / m 2 ).
가능한 높은 전류 밀도에서 도금욕을 효율적으로 작동시키는 것이 최대 관심사이다. 전류 밀도가 높을수록, 표면 상에 보다 신속한 코팅 도금이 이루어진다. 전류는 도금욕 내의 이온에 의해 이송되며, 각각의 형태의 이온은 그 자체의 특정한 도전성을 갖는다. 그렇지만 도금욕에서, 이온 도전성은 전해질을 선택할 때 고려되어야 할 변수들 중 하나일 뿐이다. 마지막 기준은 원하는 전류 밀도에서의 코팅의 품질이다.It is of utmost concern to operate the plating bath efficiently at the highest current density possible. The higher the current density, the faster the coating plating on the surface. Current is carried by the ions in the plating bath, and each type of ions has its own specific conductivity. In plating baths, however, ionic conductivity is only one of the variables to be considered when selecting an electrolyte. The final criterion is the quality of the coating at the desired current density.
황산염 도금욕Sulfate Plating Bath
여러 금속 및 금속 합금은 주요 음이온으로서 황산염을 갖는 용액으로부터 상업적으로 도금된다. 예컨대, 미국 특허 제 4,347,107호, 제 4,331,518호, 및 제 3,616,306호를 참조한다. 특정의 황산염 전기도금욕(sulfate electroplating bath)은 몇 가지 제한(limitations)을 갖는데, 이러한 제한은 때때로 다른 음이온을 포함하는 첨가제를 첨가하여 완화될 수 있는 있다. 예컨대, 철강 산업은 수년 동안 황산(sulfuric acid)/주석 황산염(tin sulfate) 욕으로부터 주석 도금강을 제조하였는데, 여기서 페놀 황산이 주석의 산화 안정성을 개선시킬 뿐만 아니라 주석의 전류 밀도 범위를 증대시키는 특별한 전해질 첨가제로서 사용된다. 이는 "페로스탄 공정(ferrostan process)"으로서 공지되어 있는데, 페놀 유도체가 가지는 환경적인 문제점에 기인하여, 철강 산업에서는 이를 환경에 무해한 도금욕으로 대체하고자 한다.Many metals and metal alloys are commercially plated from solutions with sulfates as the main anion. See, for example, US Pat. Nos. 4,347,107, 4,331,518, and 3,616,306. Certain sulfate electroplating baths have several limitations, which can sometimes be mitigated by adding additives containing other anions. For example, the steel industry has been manufacturing tin-plated steel from sulfuric acid / tin sulfate baths for many years, where phenolic sulfuric acid not only improves the oxidation stability of tin but also increases the tin current range. Used as electrolyte additive. This is known as the "ferrostan process", and due to the environmental problems with phenol derivatives, the steel industry seeks to replace them with plating baths which are harmless to the environment.
유사하게, 니켈 황산염(nickel sulfate)은 니켈 도금을 위해 사용되지만, 충분한 도전성을 제공하고 양극 용해를 개선시키기 위해 염화니켈도 제공되어야 한다. 이러한 도금욕은 와츠 도금욕(Watts bath)으로 공지되어 있으며, 비록 경제적이지만, 니켈도금(nickel plate)이 높은 응력(stress)을 받는 등 많은 단점을 가진다.Similarly, nickel sulfate is used for nickel plating, but nickel chloride should also be provided to provide sufficient conductivity and improve anode dissolution. Such a plating bath is known as a Watts bath and, although economical, has many disadvantages such as nickel plate being subjected to high stress.
따라서, 금속 황산염 전기도금욕의 성능을 개선시킬 수 있는 다른 첨가제를 찾고자 하였다. 종래 기술에서는 보다 바람직한 마무리를 제공하기 위해 사용되는 계면활성제 및 다른 유기물 첨가제가 사용되는 많은 예가 있다. 주석의 경우에, 종래 기술에서는 또한 주석의 산화 안정성을 개선시켜서 슬러지 형성이 적은 도금욕을 제공할 수 있는 첨가제가 개시되어 있다. 특히 전류 밀도의 높은 쪽에서 도금 범위를 개선시키는 첨가제의 예들을 발견하는 것은 쉬운 일이 아니다. 전류 밀도의 증대는 매우 바람직한 특성이지만, 도금욕에서의 다른 문제점을 유발하지 않으면서 전류 밀도를 증대시킬 수 있는 첨가제를 발견하는 것은 매우 난해하였다.Therefore, the present inventors have tried to find other additives that can improve the performance of the metal sulfate electroplating bath. There are many examples in the prior art in which surfactants and other organic additives are used to provide a more desirable finish. In the case of tin, the prior art also discloses additives that can improve the oxidation stability of tin to provide a plating bath with less sludge formation. It is not easy to find examples of additives that improve the plating range, especially at higher current densities. Increasing the current density is a very desirable property, but it was very difficult to find an additive that can increase the current density without causing other problems in the plating bath.
여러 도금욕은 불순물의 존재에 매우 민감한데, 종종 불순물이 도금욕에서 발생될 때, 불순물은 부착물의 품질에 악영향을 미친다. 따라서, 이들 분순물이 제거되거나 또는 도금욕이 대체되어야만 한다. 예컨대, 주석 도금강에서, 철이 도금욕에서 발생하는데, 이러한 철은 결국 부착물의 품질에 악영향을 미치므로 제거되어야 한다. 따라서, 도금욕이 이들 불순물에 민감하지 않게 하는 첨가제를 매우 원하게 되었다.Many plating baths are very sensitive to the presence of impurities, often when impurities are generated in the plating bath, the impurities adversely affect the quality of the deposit. Therefore, these impurities must be removed or the plating bath must be replaced. For example, in tin plated steel, iron occurs in the plating bath, which iron eventually has to be removed because it adversely affects the quality of the deposit. Thus, there is a great desire for additives that make the plating bath insensitive to these impurities.
술폰산 도금욕Sulfonic acid plating bath
최근 십년간, 여러 성능 장점에 기인하여 술폰산 금속 도금욕의 상업적인 사용이 현저하게 증가되었다. 예컨대, 미국 특허 제 5,750,017호, 제 4,849,059호, 제 4,764,262호, 및 제 4,207,150호를 참조한다. 이러한 증가세는 최근 수년 동안 알킬-술폰산의 가격이 현저하게 증가함에 따라 현저하게 감소되었다. 비록 종래 기술에서는 다른 알킬 및 알카놀 술폰산의 예들을 포함하지만, 바람직한 술폰산으로는 메탄 술폰산(MSA)이 사용되었다. 이들 다른 알킬 또는 알카놀 술폰산은 메탄 술폰산 보다 더 고가이며, 따라서 메탄 술폰산과 경쟁될 수 없다.In recent decades, the commercial use of sulfonic acid metal plating baths has increased significantly due to several performance advantages. See, for example, US Pat. Nos. 5,750,017, 4,849,059, 4,764,262, and 4,207,150. This increase has been markedly reduced in recent years as the price of alkyl-sulfonic acid has increased significantly. Although the prior art includes examples of other alkyl and alkanol sulfonic acids, methane sulfonic acid (MSA) has been used as the preferred sulfonic acid. These other alkyl or alkanol sulfonic acids are more expensive than methane sulfonic acid and thus cannot compete with methane sulfonic acid.
여러 제조업자들은 2-하이드로시 에틸 술폰산(이세티온산)의 염을 대량으로 생산하였지만, 유리산(free acid) 형태는 통상적으로 사용되지 않는다. 이들 염은 메탄 술폰산 보다 현저하게 저렴하지만, 최근의 도금 기술에서는 알킬 또는 알카놀 술폰산의 산형태만이 도금욕에서 사용되고 있다.Several manufacturers have produced large amounts of salts of 2-hydroethyl ethylsulfonic acid (isethionic acid), but the free acid form is not commonly used. These salts are significantly cheaper than methane sulfonic acid, but in recent plating techniques only the acid form of alkyl or alkanol sulfonic acids is used in the plating bath.
알킬 술폰산 도금욕의 장점은 저부식성, 높은 염의 용해성, 우수한 도전성, 우수한 주석염의 산화 안정성, 및 완전한 생물분해성(biodegradability)을 포함한다. 이들 술폰산 도금욕에서 도금되는 주요 금속은 주석, 납, 및 구리뿐만 아니라 이들 금속의 합금이다.Advantages of alkyl sulfonic acid plating baths include low corrosion, high salt solubility, good conductivity, good tin salt oxidation stability, and complete biodegradability. The main metals to be plated in these sulfonic acid plating baths are tin, lead, and copper as well as alloys of these metals.
플루오르화붕산염 도금욕Fluoride Borate Plating Bath
플루오르화붕산염(fluoroborate) 도금욕은 여러 금속을 구리 및 철 모두를 포함하는 모든 형태의 금속 치환물 상에 코팅하기 위해 폭넓게 사용된다. 예컨대, 미국 특허 제 5,431,805호, 제 4,029,556호, 및 제 3,770,599호를 참조한다. 이들 도금욕은 도금 속도가 중요하고 플루오르화붕산염의 용해성이 큰 경우에 바람직하다. 이들 도금욕의 성능을 개선시키기 위해 여러 첨가제가 개발되었다. 이들 첨가제들은 부착물의 품질, 도금욕의 효율성을 개선시키고, 또는 환경 오염을 감소시킨다. 예컨대, 미국 특허 제 4,923,576호를 참조한다.Fluoroborate plating baths are widely used to coat several metals on all types of metal substituents, including both copper and iron. See, for example, US Pat. Nos. 5,431,805, 4,029,556, and 3,770,599. These plating baths are preferable when the plating speed is important and the solubility of the fluoroborate is high. Several additives have been developed to improve the performance of these plating baths. These additives improve the quality of the deposit, the efficiency of the plating bath, or reduce environmental pollution. See, eg, US Pat. No. 4,923,576.
할로겐화물 도금욕Halide plating bath
할로겐화물 이온(Br-, Cl-, F-, I-)이 주요 전해질인 도금욕이 수십년 동안 사용되어 왔다. 예컨대, 미국 특허 제 4,013,523호, 제 4,053,374호, 제 4,270,990호, 제 4,560,446호, 및 제 4,612,091호를 참조한다. 이들 도금욕내의 주요 할로겐화물 이온은 염화물 및 플루오르화물이었다. 이들 도금욕으로부터 도금된 금속은 일반적으로 주석, 니켈, 구리, 아연, 카드뮴, 및 이들 금속의 합금을 포함한다. 다른 모든 형태의 도금욕과 마찬가지로, 도금욕에 첨가제를 도입함으로써 도금욕의 성능이 개선됨을 알아내었다. 예컨대, 미국 특허 제 5,628,893호 및 제 5,538,617호에는 산화에 대항하여 주석을 안정시킴으로써 슬러지의 형성을 감소시키기 위해 할로겐화물 주석 도금욕에서 사용될 수 있는 첨가제가 개시되어 있다.Plating baths in which halide ions (Br − , Cl − , F − , I − ) are the main electrolytes have been used for decades. See, for example, US Pat. Nos. 4,013,523, 4,053,374, 4,270,990, 4,560,446, and 4,612,091. The main halide ions in these plating baths were chlorides and fluorides. Metals plated from these plating baths generally include tin, nickel, copper, zinc, cadmium, and alloys of these metals. As with all other types of plating baths, it has been found that the performance of the plating baths is improved by introducing additives into the plating baths. For example, US Pat. Nos. 5,628,893 and 5,538,617 disclose additives that can be used in halide tin plating baths to reduce the formation of sludge by stabilizing tin against oxidation.
첨가제에 의해 개선될 수 있는 도금욕의 다른 많은 특성들이 있다. 이들 특성들 모두는 기본적으로 도금욕 그 자체의 효율성, 부착물의 품질, 또는 환경 오염의 감소와 관련된다. 예컨대, 미국 특허 제 5,628,893호 및 제 5,538,617호에 개시된 주석 도금욕용 첨가제는 도금욕의 효율성을 개선시키며, 폐기물의 양을 감소시킴으로써 환경 오염을 또한 감소시킨다.There are many other properties of the plating bath that can be improved by additives. All of these properties are basically related to the efficiency of the plating bath itself, the quality of the deposit, or the reduction of environmental pollution. For example, the additives for tin plating baths disclosed in US Pat. Nos. 5,628,893 and 5,538,617 improve the efficiency of the plating bath and also reduce environmental pollution by reducing the amount of waste.
본 발명의 일 실시예는 알킬 및 알카놀 술폰산의 알칼리 금속염, 알칼리 토금속염, 및 암모늄염 또는 치환된 암모늄염의 용도에 관한 것으로서, 이들은 황산염 전기도금욕의 성능을 개선시키는 것으로 밝혀졌다. 이들 전기도금욕에서 사용될 때, 이들 염 첨가제는 일반적으로 도금 범위를 증대시켜서 도금욕이 현저하게 더 높은 전류 밀도에서 사용될 수 있게 만든다는 것을 알아내었다. 따라서, 이들 도금욕은 이들 첨가제를 사용하지 않은 도금욕의 도금 속도 보다 훨씬 빠른 속도로 도금시킬 수 있다. 또한, 부착물의 품질이 개선될 수 있다. 주석 황산염 도금 용액의 경우에, 주석의 산화 안정성의 개선이 또한 관찰되었다.One embodiment of the present invention relates to the use of alkali metal salts, alkaline earth metal salts, and ammonium salts or substituted ammonium salts of alkyl and alkanol sulfonic acids, which have been found to improve the performance of sulfate electroplating baths. When used in these electroplating baths, it has been found that these salt additives generally increase the plating range so that the plating bath can be used at significantly higher current densities. Therefore, these plating baths can be plated at a much faster rate than the plating speed of the plating bath without these additives. In addition, the quality of the deposit can be improved. In the case of tin sulfate plating solutions, an improvement in the oxidation stability of tin has also been observed.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예는 유효하게 성능을 강화시킬 수 있는 양의 알킬 및/또는 알카놀 술폰산의 염을 수성 황산염계 전기도금욕에 첨가하는 단계를 포함하는 수성 황산염계 전기도금욕의 도금 성능을 개선시키는 방법에 관한 것이다.Thus, a preferred embodiment of the present invention is a plating of an aqueous sulphate based electroplating bath comprising the step of adding an amount of alkyl and / or alkanol sulfonic acid salt to the aqueous sulphate based electroplating bath that can effectively enhance performance. A method for improving performance.
도금욕의 도금 성능 특성을 개선시키기 위해 사용되는 염은 특히 알칼리 금속염, 알칼리 토금속염, 및 암모늄염 또는 치환된 암모늄염으로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 특히 바람직한 염은 2-하이드록시 에틸 술폰산염, 특히 소듐염(소듐 이세티오네이트)이다.The salts used to improve the plating performance properties of the plating bath are in particular selected from the group consisting of alkali metal salts, alkaline earth metal salts, and ammonium salts or substituted ammonium salts. Particularly preferred salts are 2-hydroxy ethyl sulfonates, in particular sodium salts (sodium isethionate).
이러한 실시예에 의해 개선될 수 있는 도금욕은 주석과 주석 합금 도금욕, 니켈과 니켈 합금 도금욕, 구리와 구리 합금 도금욕, 크롬과 크롬 합금 도금욕, 카드뮴과 카드뮴 합금 도금욕, 철과 철합금 도금욕, 로듐과 로듐 합금 도금욕, 루테늄과 루테늄 합금 도금욕, 및 특히 철/아연과 주석/아연 합금 도금욕을 포함한다.Plating baths that can be improved by this embodiment include tin and tin alloy plating baths, nickel and nickel alloy plating baths, copper and copper alloy plating baths, chromium and chromium alloy plating baths, cadmium and cadmium alloy plating baths, and iron and iron. Alloy plating baths, rhodium and rhodium alloy plating baths, ruthenium and ruthenium alloy plating baths, and in particular iron / zinc and tin / zinc alloy plating baths.
바람직하게, 주석과 주석 합금 도금욕은 본 발명의 본 실시예에 의해 개선된다. 그 예로는 주석-안티몬, 주석-카드뮴, 주석-구리, 주석-납, 주석-니켈, 주석-니오븀, 주석-티타늄, 주석-지르코늄, 및 주석-안티몬-구리 합금 도금욕을 포함한다. 이들 금속들을 함유하는 합금 조성물들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 있으며, 이들 합금 조성물들은 많은 특허의 청구요지이다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시예는 알킬 및 알카놀 술폰산의 염의 용도에 관한 것으로서, 이들은 술폰산, 특히 알킬 술폰산 전기도금욕의 성능을 개선시키는 것으로 밝혀졌다. 유리하게, 염들은 2-하이드록시 에틸 술폰산(이세티온 산)의 치환된 암모늄염, 암모늄염, 알칼리 금속염, 알칼리 토금속염으로 구성된 그룹으로부터 선택된다.Preferably, tin and tin alloy plating baths are improved by this embodiment of the present invention. Examples include tin-antimony, tin-cadmium, tin-copper, tin-lead, tin-nickel, tin-niobium, tin-titanium, tin-zirconium, and tin-antimony-copper alloy plating baths. Alloying compositions containing these metals are known to those of ordinary skill in the art, and these alloying compositions are claimed by many patents.
Another preferred embodiment of the present invention relates to the use of salts of alkyl and alkanol sulfonic acids, which have been found to improve the performance of sulfonic acids, in particular alkyl sulfonic acid electroplating baths. Advantageously, the salts are selected from the group consisting of substituted ammonium salts, ammonium salts, alkali metal salts, alkaline earth metal salts of 2-hydroxy ethyl sulfonic acid (isethionic acid).
MSA와 같은 전기도금욕에서 사용될 때, 도금욕이 훨씬 높은 전류 밀도에서 사용될 수 있도록 이들 염 첨가제는 일반적으로 도금 범위를 증대시킨다는 것을 발견하였다. 따라서, 이들 도금욕은 이들 첨가제가 사용되지 않은 도금욕의 도금 속도 보다 훨씬 빠른 도금 속도를 달성할 수 있다. 또한, 부착물의 품질이 개선됨을 발견하였다. 주석 알킬 술폰산염 도금 용액의 경우에, 주석의 산화 안정성의 개선이 또한 관찰되었다.When used in electroplating baths such as MSA, it has been found that these salt additives generally increase the plating range so that the plating bath can be used at much higher current densities. Therefore, these plating baths can achieve plating rates much faster than those of plating baths in which these additives are not used. It has also been found that the quality of the deposit is improved. In the case of tin alkyl sulfonate plating solutions, an improvement in the oxidation stability of tin has also been observed.
또 다른 장점으로는, 이들 염이 환경에 무해하다는 점이며, 이들 염들은 완전하게 생물분해가능하며, 생물분해된 성분들은 주위환경에서 발견되는 통상적인 이온 및 분자들이다. 추가로, 이들 염들은 높은 납땜적성(solderability), 설비에 대한 낮은 부식성, 고온에서의 높은 안정성, 및 다른 여러 금속염과의 호환성을 포함하는 다수의 다른 장점들을 갖는다.Another advantage is that these salts are harmless to the environment, and these salts are completely biodegradable, and the biodegradable components are conventional ions and molecules found in the environment. In addition, these salts have many other advantages, including high solderability, low corrosiveness to equipment, high stability at high temperatures, and compatibility with many other metal salts.
또한, 일반적으로 이들 도금욕들은 합금 도금이 요구되는 경우에 상응하는 금속염 또는 금속염들을 포함하게 되며, 도금면의 품질 및 외형 및 도금 용액의 안정성을 제어하기 위한 여러 첨가제를 포함할 것이다. 전형적인 첨가제는 에톡실레이트 지방 알코올과 같은 계면활성제, 원한다면 광택제, 및 주석이 도금될 금속 중 하나인 경우, 히드로퀴논 또는 카테콜과 같은 산화방지제를 포함한다.In addition, these plating baths will generally include corresponding metal salts or metal salts where alloy plating is required, and will include various additives to control the quality and appearance of the plating surface and the stability of the plating solution. Typical additives include surfactants such as ethoxylate fatty alcohols, brighteners if desired, and antioxidants such as hydroquinone or catechol, when tin is one of the metals to be plated.
이들 도금욕 내의 주석은 제 1주석(stannous) 또는 환원된 형태이다. 만일 산화가 발생한다면, 주석은 제 2주석(stannic) 또는 산화된 형태로 변환되고, 이후 침전되어 슬러지를 형성하게 된다. 이러한 과정은 도금욕의 비효율성을 증가시키고, 일정한 필터링을 필요로 하게 한다. 종래 기술의 특허, 예컨대 미국 특허 제 4,717,460호, 제 5,538,617호 및 제 5,562,814호에는 산화되는 주석의 양을 감소시킬 수 있는 성분이 개시되어 있다.Tin in these plating baths is in stannous or reduced form. If oxidation occurs, tin is converted to stannic or oxidized form, which then precipitates to form sludge. This process increases the inefficiency of the plating bath and requires constant filtering. Prior art patents, such as US Pat. Nos. 4,717,460, 5,538,617 and 5,562,814, disclose components that can reduce the amount of tin oxidized.
알킬 또는 알카놀 술폰산의 염을 사용할 때의 다른 장점은 이들이 대응하는 다른 산 보다 훨씬 저렴하다는 점이다. 최근에, 상업적으로 전기도금에 적합한 유일한 알킬/알카놀 술폰산은 메탄 술폰산이며, 상업적으로 전기도금에 적합한 유일한 알칼리/알칼리 토금속/암모늄 알킬/알카놀 술폰산의 염은 소듐 이세티오네이트이다. 이들 두 상업적인 제품의 가격을 비교할 때, 몰(mole) 이나 중량에 기초하여도 소듐 이세티오네이트는 메탄 술폰산의 가격의 절반 이하이다.Another advantage of using salts of alkyl or alkanol sulfonic acids is that they are much cheaper than the corresponding other acids. Recently, the only alkyl / alkanolic sulfonic acid commercially suitable for electroplating is methane sulfonic acid and the only alkali / alkaline earth metal / ammonium alkyl / alkanol sulfonic acid salt commercially suitable for electroplating is sodium isethionate. When comparing the prices of these two commercial products, sodium isethionate is less than half the price of methane sulfonic acid, even on a mole or weight basis.
본 발명의 또다른 실시예는 알킬 및 알카놀 술폰산의 알칼리 금속염, 알칼리 토금속염, 및 암모늄염 또는 치환된 암모늄염의 용도에 관한 것으로서, 이들은 플루오르화붕산염 전기도금욕의 성능을 개선시키는 것으로 밝혀졌다. 이러한 전기도금욕에 사용될 때, 이들 염 첨가제들은 전기도금욕이 훨씬 높은 전류 밀도에서 사용될 수 있도록 일반적으로 도금 범위를 증대시키며, 따라서 이들 도금욕은 이들 첨가제가 사용되지 않을 때의 도금 속도 보다 훨씬 빠른 도금 속도를 가진다. 또한, 이들 염들의 사용은 부착물의 품질을 개선시킨다.Another embodiment of the present invention relates to the use of alkali metal, alkaline earth metal salts, and ammonium or substituted ammonium salts of alkyl and alkanol sulfonic acids, which have been found to improve the performance of fluoroborate electroplating baths. When used in such electroplating baths, these salt additives generally increase the plating range so that the electroplating bath can be used at much higher current densities, so these plating baths are much faster than the plating rate when these additives are not used. Has a plating rate. In addition, the use of these salts improves the quality of the deposit.
따라서, 본 발명의 본 실시예는 유효하게 성능을 강화시킬 수 있는 양의 알킬 및/또는 알카놀 술폰산의 염을 플루오르화붕산염 이온계 전기도금욕에 첨가하는 단계를 포함하는 플루오르화붕산염 이온계 전기도금욕의 도금 성능을 개선시키는 방법에 관한 것이다.Thus, this embodiment of the present invention comprises adding a salt of alkyl and / or alkanol sulfonic acid to an fluoroborate ionic electroplating bath that can effectively enhance performance. The present invention relates to a method for improving the plating performance of a plating bath.
도금욕의 도금 성능 특성을 개선시키기 위해 사용되는 염은 특히 알칼리 금속염, 알칼리 토금속염, 및 암모늄염 또는 치환된 암모늄염으로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 특히 바람직한 염은 2-하이드록시 에틸 술폰산염, 특히 소듐염(소듐 이세티오네이트)이다.The salts used to improve the plating performance properties of the plating bath are in particular selected from the group consisting of alkali metal salts, alkaline earth metal salts, and ammonium salts or substituted ammonium salts. Particularly preferred salts are 2-hydroxy ethyl sulfonates, in particular sodium salts (sodium isethionate).
본 실시예에 의해 개선될 수 있는 도금욕은 주석과 주석 합금 도금욕, 니켈 과 니켈 합금 도금욕, 구리와 구리합금 도금욕, 아연 또는 아연 합금 도금욕, 뿐만 아니라 카드뮴과 카드뮴 합금 도금욕을 포함한다.Plating baths that can be improved by this embodiment include tin and tin alloy plating baths, nickel and nickel alloy plating baths, copper and copper alloy plating baths, zinc or zinc alloy plating baths, as well as cadmium and cadmium alloy plating baths. do.
본 발명의 다른 실시예는 알킬 및 알카놀 술폰산의 알칼리 금속염, 알칼리 토금속염, 및 암모늄염 또는 치환된 암모늄염의 용도에 관한 것으로서, 이들은 할로겐화물 전기도금욕의 성능을 개선시키는 것으로 밝혀졌다. 이들이 전기도금욕에 사용될 때, 이들 염 첨가제는 전기도금욕이 이전 보다 훨씬 높은 전류 밀도에서 사용될 수 있도록 일반적으로 전기도금 범위를 증대시킨다는 것을 발견하였다. 이들 도금욕은 이들 첨가제를 사용하지 않은 도금욕의 도금 속도 보다 훨씬 빠른 도금 속도를 달성할 수 있다. 또한, 이들 염의 사용은 부착물의 품질을 개선시킨다.Another embodiment of the present invention relates to the use of alkali metal salts, alkaline earth metal salts, and ammonium salts or substituted ammonium salts of alkyl and alkanol sulfonic acids, which have been found to improve the performance of halide electroplating baths. When they are used in electroplating baths, it has been found that these salt additives generally increase the electroplating range so that the electroplating bath can be used at much higher current densities than before. These plating baths can achieve plating rates much faster than those of plating baths without these additives. In addition, the use of these salts improves the quality of the deposits.
따라서, 본 발명의 본 실시예는 유효하게 성능을 강화시킬 수 있는 양의 알킬 및/또는 알카놀 술폰산의 염을 수성 할로겐화물 이온계 전기도금욕에 첨가하는 단계를 포함하는 수성 할로겐화물 이온계 전기도금욕의 도금 성능을 개선시키는 방법에 관한 것이다. 바람직한 실시예에서, 도금욕의 할로겐화물 이온은 일반적으로 염화물 또는 불화물이다.Accordingly, this embodiment of the present invention includes an aqueous halide ion based electrolysis comprising the step of adding an amount of alkyl and / or alkanol sulfonic acid salt to the aqueous halide ion based electroplating bath to effectively enhance performance. The present invention relates to a method for improving the plating performance of a plating bath. In a preferred embodiment, the halide ions of the plating bath are generally chlorides or fluorides.
전기도금욕의 도금 성능 특성을 개선시키기 위해 사용된 염은 특히 알칼리 금속염, 알칼리 토금속염, 및 암모늄염 또는 치환된 암모늄염으로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 특히 바람직한 염은 2-하이드록시 에틸 술폰산염, 특히 소듐염(소듐 이세티오네이트)이다.The salts used to improve the plating performance characteristics of the electroplating bath are especially selected from the group consisting of alkali metal salts, alkaline earth metal salts, and ammonium salts or substituted ammonium salts. Particularly preferred salts are 2-hydroxy ethyl sulfonates, in particular sodium salts (sodium isethionate).
본 실시예에 의해 개선될 수 있는 도금욕은 주석과 주석 합금 도금욕, 니켈과 니켈 합금 도금욕, 구리와 구리합금 도금욕, 아연 또는 아연 합금 도금욕, 뿐만 아니라 카드뮴과 카드뮴 합금 도금욕을 포함한다.Plating baths that can be improved by this embodiment include tin and tin alloy plating baths, nickel and nickel alloy plating baths, copper and copper alloy plating baths, zinc or zinc alloy plating baths, as well as cadmium and cadmium alloy plating baths. do.
순수 금속 및 금속 합금 황산염 전기도금욕에서 첨가제로서 알킬 및 알카놀 술폰산의 알칼리 금속염, 알칼리 토금속염, 및 암모늄염 또는 치환된 암모늄염의 사용은 보다 폭넓은 유효 전류 밀도 범위, 개선된 외형, 및 주석의 경우에 개선된 산화 안정성과 같은 예상치 못한 다수의 장점을 갖는다. 이들 도금욕은 이들 첨가제를 사용하지 않은 도금욕 보다 훨씬 빠른 속도로 도금시킬 수 있다. 또한, 부착물의 품질을 개선시킬 수 있고, 철과 같은 불순물에 대한 내구성도 향상시킬 수 있다. 제 1주석 황산염 도금 용액의 경우에는, 또한 주석의 산화 안정성이 개선되었다.The use of alkali metal salts, alkaline earth metal salts, and ammonium or substituted ammonium salts of alkyl and alkanol sulfonic acids as additives in pure metal and metal alloy sulfate electroplating baths has a broader effective current density range, improved appearance, and for tin. It has a number of unexpected advantages such as improved oxidative stability. These plating baths can be plated at a much faster rate than plating baths without these additives. In addition, the quality of the deposit can be improved, and the durability against impurities such as iron can also be improved. In the case of the stannous sulfate plating solution, the oxidation stability of tin was also improved.
페놀 술폰산과 달리, 이들 염들은 환경에 무해하다. 이들 염들은 완전하게 생물분해가능하며, 생물분해된 성분들은 주위환경에서 발견되는 통상적인 이온 및 분자들이다. 추가로, 이들 염들은 높은 용해성, 설비에 대한 낮은 부식성, 고온에서의 양호한 안정성, 및 다른 여러 금속염과의 호환성을 포함하는 다수의 다른 장점들을 갖는다.Unlike phenol sulfonic acids, these salts are harmless to the environment. These salts are completely biodegradable, and the biodegradable components are conventional ions and molecules found in the environment. In addition, these salts have a number of other advantages, including high solubility, low corrosiveness to equipment, good stability at high temperatures, and compatibility with many other metal salts.
또한, 일반적으로 이들 도금욕들은, 합금 도금이 요구되는 경우에, 상응하는 금속염 또는 금속염들을 포함하며, 도금면의 품질 및 외형 그리고 도금 용액의 안정성을 제어하기 위한 여러 첨가제를 포함할 것이다. 전형적인 첨가제는 에톡실레이트 지방 알코올과 같은 계면활성제, 원한다면 광택제, 및 주석이 도금될 금속 중 하나인 경우에는 히드로퀴논 또는 카테콜과 같은 산화방지제를 포함한다.Also, in general, these plating baths include corresponding metal salts or metal salts when alloy plating is required, and will include various additives for controlling the quality and appearance of the plating surface and the stability of the plating solution. Typical additives include surfactants such as ethoxylate fatty alcohols, brighteners, if desired, and antioxidants such as hydroquinone or catechol when tin is one of the metals to be plated.
이들 도금욕 내의 주석은 제 1주석(stannous) 또는 환원된 형태이다. 만일 산화가 발생한다면, 주석은 제 2주석(stannic) 또는 산화된 형태로 변환되고, 이후 침전되어 슬러지를 형성하게 된다. 이러한 과정은 도금욕들의 비효율성을 증가시키고, 일정한 필터링도 필요로 하게 만든다. 종래 기술의 특허, 예컨대 미국 특허 제 4,717,460호, 제 5,538,617호 및 제 5,562,814호에는 산화되는 주석의 양을 감소시킬 수 있는 첨가제 및/또는 공정들이 개시되어 있다.Tin in these plating baths is in stannous or reduced form. If oxidation occurs, tin is converted to stannic or oxidized form, which then precipitates to form sludge. This process increases the inefficiencies of the plating baths and requires constant filtering. Prior art patents, such as US Pat. Nos. 4,717,460, 5,538,617, and 5,562,814, disclose additives and / or processes that can reduce the amount of tin oxidized.
본 발명의 이해를 돕기 위해 다음의 실시예를 참조하여 이하에 보다 상세하게 기술할 것이다. 그러나, 본 발명은 이들 실시예들로 제한되지 않는다. 본 명세서에 기재된 모든 %단위는 특별한 언급이 없는 한 중량%이다. 모든 온도 단위는 ℃이다.The present invention will be described in more detail below with reference to the following examples for better understanding of the present invention. However, the present invention is not limited to these embodiments. All percentage units described herein are by weight unless otherwise indicated. All temperature units are ° C.
황산염 도금욕Sulfate Plating Bath
실시예 1Example 1
실험적인 도금욕은 최대 30 암페어에서 1분의 도금 시간 동안 유체역학적으로 제어된 할셀(hull cell) 상에서 평가되었다. 도금 스트립은 강으로 제조되었고, 알칼리욕에 15초 동안 담근 후 린싱(rinsing)처리하고, 이후 10%의 황산염에 15초 동안 담근 후 다시 린싱처리함으로써 예비처리되었다. 여러 레벨의 소듐 이세티오네이트가 첨가된 다음의 도금욕이 평가되었다. The experimental plating bath was evaluated on hydrodynamically controlled hull cells for 1 minute plating time at up to 30 amps. The plating strips were made of steel and pretreated by soaking in an alkali bath for 15 seconds and then rinsing, then immersing in 10% sulfate for 15 seconds and then rinsing again. The next plating bath with various levels of sodium isethionate added was evaluated.
도금욕 조성 :Plating bath composition:
5% 황산 5% sulfuric acid
20.0 g/ℓ Sn(제 1주석 황산염)20.0 g / l Sn (First Tin Sulphate)
3 g/ℓ JWL 5000 계면활성제3 g / ℓ JWL 5000 surfactant
0.1 g/ℓ 살리실산 0.1 g / l salicylic acid
5 ppm 2.9-디메틸-페난트롤린5 ppm 2.9-dimethyl-phenanthroline
이러한 결과들은 황산염 도금욕에 소듐 이세티오네이트를 첨가함으로써 전류 밀도 범위가 현저하게 증대됨을 보여준다. 15 암페어 패널은 600 암페어/ft2 의 전류밀도를 나타내며(즉, 15 암페어를 인가하였을 때, 패널의 전류 밀도가 600 암페어/ft2가 된다), 30 암페어 범위는 1200 암페어/ft2와 동등한 값이다. 이러한 결과들은 또한 소듐 이온이 전류 밀도 범위를 증대시키는데 긍정적인 영향을 미칠 수 있지만, 소듐 알카놀 황산염이 보다 더 현저한 영향을 미침을 보여준다.These results show that the current density range is significantly increased by adding sodium isethionate to the sulfate plating bath. The 15 amp panel shows a current density of 600 amps / ft 2 (ie when 15 amps is applied, the panel's current density is 600 amps / ft 2 ), and the 30 amp range is equivalent to 1200 amps / ft 2. to be. These results also show that sodium alkanol sulfate has a more significant effect, although sodium ions can have a positive effect on increasing the current density range.
실시예 2Example 2
실시예 1과 동일한 도금욕 및 과정이 사용되었지만, 본 실시예에서는 첨가제로 소듐 메틸 술폰산염을 사용하였고, 최대 10 암페어의 전류를 사용하였다.The same plating bath and procedure as in Example 1 were used, but in this example sodium methyl sulfonate was used as an additive and a current of up to 10 amperes was used.
이러한 결과들은 황산염 도금욕에 소듐 메탄 술폰산염을 첨가함으로써 전류 밀도 범위가 현저하게 증대됨을 보여준다.These results show that the current density range is significantly increased by adding sodium methane sulfonate to the sulfate plating bath.
실시예 3Example 3
다음의 실험은 제 1주석 황산염/황산 수용액 내에서의 하이드록실 알킬 술폰산염의 억제 효과를 나타낸다. 산화에 대한 제 1주석 이온의 안정화를 위한 철의 효과는 번호 3을 다른 것들과 비교함으로써 알 수 있다. 산소가 120℉에서 64시간 동안 150㎖의 다음과 같은 용액을 통해 버블되었다.The following experiment shows the inhibitory effect of hydroxyl alkyl sulfonate in stannous sulfate / sulphate aqueous solution. The effect of iron on the stabilization of stannous ions on oxidation can be seen by comparing No. 3 to others. Oxygen was bubbled through 150 ml of the following solution for 64 hours at 120 ° F.
술폰산 도금욕Sulfonic acid plating bath
전기도금시에 알칼리/알칼리 토금속/암모늄 알킬/알카놀 술폰산의 염들은 이전에 거의 사용하지 않았는데, 이들이 사용되는 경우에는 먼저 염들이 산으로 변환되었다. 본 발명은 전기도금에서 이들 염들을 직접 사용하는 것에 관한 것이다. 이러한 염들의 사용은 이들 염을 제조하기 위해 스텍클러 공정(steckler process)과 같은 저렴한 제조 기술을 사용할 수 있도록 한다. 예컨대, CH3Cl + Na2SO3 → CH3SO3Na + NaCl. 이러한 반응에서, 염화나트륨이 결정화될 수 있으며, 생성된 소듐 메탄 술폰산염은 이후 전기도금욕에서 사용될 수 있다.Salts of alkali / alkaline earth metal / ammonium alkyl / alkanol sulfonic acids during electroplating have rarely been used before, in which case the salts were first converted to acids. The present invention relates to the direct use of these salts in electroplating. The use of such salts makes it possible to use inexpensive manufacturing techniques such as the Steckler process to make these salts. For example, CH 3 Cl + Na 2 SO 3 → CH 3 SO 3 Na + NaCl. In this reaction, sodium chloride can be crystallized and the resulting sodium methane sulfonate can then be used in an electroplating bath.
*유리산(free acid) 레벨의 저하 및 소듐 이세티오네이트 첨가제 제조Lowering free acid levels and preparing sodium isethionate additives
도금 시험은 공지된 MSA 주석/납 시스템에서 소듐 이세티오네이트의 첨가가 도금욕에서 요구되는 메탄 술폰산의 양을 감소시킬 수 있음을 확인시켰다. 소듐 이세티오네이트의 첨가물로 인한 MSA의 감소는 가격을 감소시키고 주석 또는 주석/납 부착물의 전체적인 광택을 향상시킴으로써 도금 성능을 최적화시킨다. 도금 시험은 산을 통상적인 수준의 1/3로 감소시킨 상태에서 실행되었으며 이로 인한 악영향은 관찰되지 않았다. 몇몇 도금 시험은 소듐 이세티오네이트의 첨가로 전체 부착물이 현저하게 개선됨을 나타내었다. 번 및 밴드의 감소는 상부 전류 밀도 범위를 향상시켰다. 상업적으로 유용한 도금 시스템(테크닉 인코포레이티드에서 제조된 상품명 테크닉 MSA 90/10)은 전류밀도 범위를 120 ASF(ampere per square feet)로부터 240 ASF 이상으로 증대시켰다. Plating tests confirmed that the addition of sodium isethionate in known MSA tin / lead systems can reduce the amount of methane sulfonic acid required in the plating bath. The reduction of MSA due to the addition of sodium isethionate optimizes plating performance by reducing the cost and improving the overall gloss of the tin or tin / lead deposits. Plating tests were carried out with the acid reduced to one-third of normal levels and no adverse effects were observed. Some plating tests have shown that addition of sodium isethionate significantly improves the overall deposit. The reduction in burns and bands improved the upper current density range. Commercially useful plating systems (trade name Technic MSA 90/10 manufactured by Technic Inc.) have increased the current density range from 120 ampere per square feet (240 ASF) to over 240 ASF.
소듐 이세티오네이트의 첨가의 전체적인 장점은 도금 시스템에 따라 다르지만, 소듐 이세티오네이트의 첨가에 의한 최대 2/3(66%)까지의 전체 유리산의 감소는 다음의 실시예에서 수용가능함을 알아내었다.Although the overall benefits of the addition of sodium isethionate depend on the plating system, it has been found that the reduction of the total free acid by up to 2/3 (66%) by the addition of sodium isethionate is acceptable in the following examples. .
전형적인 상업적 MSA 도금 시스템은 대략 15% v/v MSA(volume/volume methane sulfonic acid)를 포함한다. 다음의 결과들은 두 개의 상이한 레벨의 MSA로 제조된 두 개의 도금욕으로 수행된 도금 시험을 반영한다. 제 1도금욕, 즉 실시예 4 및 실시예 5는 15% v/v MSA로 제조되었고, 실시예 6 및 실시예 7은 5% v/v MSA로 제조되었다.Typical commercial MSA plating systems include approximately 15% v / v MSA (volume / volume methane sulfonic acid). The following results reflect the plating test performed with two plating baths made of two different levels of MSA. The first plating bath, namely Example 4 and Example 5, was made with 15% v / v MSA and Example 6 and Example 7 were made with 5% v / v MSA.
도금 성능 시험은 HCHC(유체역학적으로 제어된 할셀)를 사용하여 수행되었다. 전형적인 할셀 설정과 비교하여 교반을 증가시켰기 때문에, 상부 전류 밀도(CD)에서의 전체적인 장점은 소듐 이세티오네이트의 첨가로 확인될 수 있다. 그 결과는, 가능한 경우에, mm 단위의 번 및 밴드의 폭으로 나타났다. HCD(high current density) 내지 MCD(middle current density) 영역에서 번 및 밴드 모두는 도금욕의 전체적인 작동가능한 전류 밀도 범위에 영향을 미친다. 결과표의 최종 칼럼에 개시된 전류 밀도 범위는 최적의 부착물을 위한 전류 밀도 범위를 나타낸다. 도금욕으로의 소듐 이세티오네이트의 첨가는 번 및 밴드를 감소시키거나 제거하며, 최적의 전류 밀도 범위를 확대시킨다.Plating performance tests were performed using HCHC (hydrodynamically controlled Halcel). Since the agitation is increased compared to the typical Halssel setting, the overall advantage in the upper current density (CD) can be confirmed by the addition of sodium isethionate. The results, when possible, were shown in mm and the width of the band. Both burns and bands in the high current density (HCD) to middle current density (MCD) regions affect the overall operable current density range of the plating bath. The current density ranges disclosed in the final column of the result table represent the current density ranges for optimal attachment. The addition of sodium isethionate to the plating bath reduces or eliminates burns and bands, and extends the optimum current density range.
5% v/v MSA에서 수행된 도금 시험은 HCD 영역에서 어떠한 밴드도 가지지 않았다. 그렇지만, 5% v/v MSA에서 얻을 수 있는 최대 전류(amperage)는 10암페어였다. 단지 5% v/v MSA만을 포함하는 시스템에 15 g/ℓ 소듐 이세티오네이트를 첨가함으로써 최대 20암페어의 적용이 가능하게 된다. 결과표는 다음과 같다.Plating tests performed at 5% v / v MSA did not have any band in the HCD region. However, the maximum amperage achievable at 5% v / v MSA was 10 amps. Application of up to 20 amps is possible by adding 15 g / l sodium isethionate to a system containing only 5% v / v MSA. The result table is as follows.
도금욕 용액 :Plating bath solution:
15% v/v MSA15% v / v MSA
55 g/ℓ Sn(제 1주석 메탄 술폰산염)
12 g/ℓ Pb(납 메탄 술폰산염)55 g / l Sn (Lead Tin Methane Sulfonate)
12 g / l Pb (lead methane sulfonate)
2 g/ℓ 테크니(TECHNI) 주석/납 염 #2(테크닉 인코포레이티드)2 g / L TECHNI Tin / Lead Salt # 2 (Technic Incorporated)
5% v/v 테크니(TECHNI) 800 HS 메이크업(테크닉 인코포레이티드)5% v / v TECHNI 800 HS Makeup (Technic Incorporated)
1% v/v 테크니(TECHNI) 800 HS 제 2 "A"(테크닉 인코포레이티드)1% v / v TECHNI 800 HS Second "A" (Technic Incorporated)
도금 조건 : 10암페어, 1분, 1500rpm, 110℉. 전류의 증가는 이러한 도금 조건들 하에서 도금 시스템에 대해 수행되었다.Plating conditions: 10 amps, 1 minute, 1500 rpm, 110 ° F. An increase in current was performed for the plating system under these plating conditions.
실시예 4는 소듐 이세티오네이트를 첨가하지 않은 상기한 도금욕의 결과를 나타낸다. Example 4 shows the result of the plating bath described above without adding sodium isethionate.
실시예 5는 15 g/ℓ 소듐 이세티오네이트를 첨가한 동일한 도금 조건 하에서 상기한 도금욕의 결과를 나타낸다.Example 5 shows the results of the plating bath described above under the same plating conditions to which 15 g / L sodium isethionate was added.
실시예 4Example 4
실시예 5Example 5
도금욕 용액 :Plating bath solution:
5% v/v MSA5% v / v MSA
55 g/ℓ Sn(제 1주석 메탄 술폰산염)
12 g/ℓ Pb(납 메탄 술폰산염)55 g / l Sn (Lead Tin Methane Sulfonate)
12 g / l Pb (lead methane sulfonate)
2 g/ℓ 테크니(TECHNI) 주석/납 염 #2(테크닉 인코포레이티드)2 g / L TECHNI Tin / Lead Salt # 2 (Technic Incorporated)
5% v/v 테크니(TECHNI) NF 800 HS 메이크업(테크닉 인코포레이티드)5% v / v TECHNI NF 800 HS Makeup (Technic Incorporated)
1% v/v 테크니(TECHNI) NF 800 HS 제 2 "A"(테크닉 인코포레이티드)1% v / v TECHNI NF 800 HS 2nd "A" (Technic Incorporated)
도금 조건 : 10암페어, 1분, 1500rpm, 110℉. 전류의 증가는 이러한 도금 조건들 하에서 도금 시스템에 대해 수행되었다.Plating conditions: 10 amps, 1 minute, 1500 rpm, 110 ° F. An increase in current was performed for the plating system under these plating conditions.
실시예 6은 소듐 이세티오네이트를 첨가하지 않은 상기한 도금욕의 결과를 나타낸다.
실시예 7은 15 g/ℓ 소듐 이세티오네이트를 첨가한 동일한 도금 조건 하에서 상기한 도금욕의 결과를 나타낸다.Example 6 shows the result of the plating bath described above without adding sodium isethionate.
Example 7 shows the results of the plating bath described above under the same plating conditions to which 15 g / L sodium isethionate was added.
할셀 규격을 사용하면, 양쪽 10암페어 패널의 전류 밀도 범위는 유사하게 보인다. 그렇지만, 소듐 이세티오네이트가 존재하지 않는 초기 패널은 패널 에지를 따라 트링(treeing)을 갖는다. 소듐 이세티오네이트가 첨가된 패널에서는 트링을 볼 수 없다. 실제 적용에 있어서, 트링의 존재는 도금욕의 작동 범위를 좁게한다.Using Halssel specifications, the current density ranges of both 10 amp panels look similar. However, early panels without sodium isethionate have treeing along the panel edges. Tring is not seen in panels with sodium isethionate added. In practical applications, the presence of the triring narrows the operating range of the plating bath.
실시예 6Example 6
실시예 7Example 7
상이한 소듐 소오스가 순수 주석 MSA에 부가되었고, 밴딩은 현저하게 감소되거나 완전하게 제거되었다. 밴딩 내의 변화는 시스템의 작동 영역을 개방시키면서 현저하게 전류 밀도 범위를 확장시켰다.Different sodium sources were added to pure tin MSA and banding was significantly reduced or completely removed. The change in banding significantly extended the current density range while opening up the operating area of the system.
도금욕 조성 :Plating bath composition:
10% v/v MSA10% v / v MSA
20 g/ℓ Sn(제 1주석 메탄 술폰산염)20 g / l Sn (Lead Tin Methane Sulfonate)
0.1 g/ℓ 살리실산0.1 g / l salicylic acid
3 g/ℓ 제포스 더블유엘 5000(Jeffox WL 5000)[헌트스만(Huntsman)]3 g / L Zepos WU 5000 (Jeffox WL 5000) [Huntsman]
5ppm 2,9-디메틸-1,10-페난트롤린 5 ppm 2,9-dimethyl-1,10-phenanthroline
도금 조건 : HCHC를 사용하며, 10암페어, 1분, 1500rpm, 100℉.Plating conditions: HCHC, 10 amps, 1 minute, 1500 rpm, 100 ° F.
실시예 8Example 8
상기한 것과 동일한 MSA 주석 도금욕이 준비되었고, 소듐 이소티네이트가 첨가되었다. 도금 조건 : HCHC을 사용하며, 10암페어, 1분, 1500rpm, 100℉.The same MSA tin plating bath as described above was prepared and sodium isotinate was added. Plating conditions: HCHC, 10 amps, 1 minute, 1500 rpm, 100 ° F.
실시예 9Example 9
전류 밀도 범위를 살펴보면, 소듐 메탄 술폰산염 및 소듐 이세티오네이트의 첨가는 모두 유사한 장점을 가지는 것으로 보여진다. 그렇지만, 소듐 이세티오네이트가 소듐 메탄 술폰산염과 비교할 때 번을 최소화시키기 때문에, 소듐 이세티오네이트의 첨가가 바람직하다. 실제로, 보다 넓은 작동 영역을 가질 것이다. 또한, 소듐 이세티오네이트는 전체 전류 밀도 범위에 걸쳐 균일하게 모든 부착물을 밝게 한다.Looking at the current density range, the addition of sodium methane sulfonate and sodium isethionate both appear to have similar advantages. However, the addition of sodium isethionate is preferred because sodium isethionate minimizes burn compared to sodium methane sulfonate. In fact, it will have a wider operating area. In addition, sodium isethionate brightens all deposits uniformly over the entire current density range.
실시예 10Example 10
본 실시예는 메탄 술폰산염계 주석 도금욕 용액 내의 제 1주석 이온의 산화를 방지하기 위한 알카놀 술폰산염의 성능을 설명한다.This example describes the performance of alkanol sulfonates to prevent oxidation of the stannous ions in a methane sulfonate-based tin plating bath solution.
상온에서 288시간 동안 100㎖/분의 속도로 100㎖의 다음 용액을 통해 공기가 버블되었다.Air was bubbled through the next solution of 100 ml at a rate of 100 ml / min for 288 hours at room temperature.
순수 금속 및 금속 합금 플루오르화붕산염 전기도금욕에 첨가제로서 알킬 및 알카놀 술폰산의 알칼리 금속염, 알칼리 토금속염, 및 암모늄염 또는 치환된 암모늄염을 사용하는 것은 보다 넓은 유효 전류 밀도 범위 및 개선된 외형을 포함하는 예상치 못한 다수의 장점을 갖는다. 금속 및 금속 합금은 주석, 납, 구리, 카드뮴, 인듐, 철, 주석/납, 및 주석/납 구리를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.The use of alkali metal salts, alkaline earth metal salts, and ammonium salts or substituted ammonium salts of alkyl and alkanol sulfonic acids as additives in pure metal and metal alloy fluoroborate electroplating baths has a broader effective current density range and improved appearance. It has a number of unexpected advantages. Metals and metal alloys include, but are not limited to, tin, lead, copper, cadmium, indium, iron, tin / lead, and tin / lead copper.
플루오르화붕산염 도금욕Fluoride Borate Plating Bath
실시예 11Example 11
267mm의 할셀을 사용한 표준 할셀 시험은 음극 봉 교반을 사용하여 5분 동안 2암페어에서 수행되었다. 구리 패널은 산세척 및 린싱처리를 수행한 후에 도금되었다.A standard Hassel test with a 267 mm hassel was performed at 2 amps for 5 minutes using a cathode rod agitation. The copper panels were plated after pickling and rinsing.
도금욕 조성 :Plating bath composition:
35% v/v HBF4 (50% 용액)35% v / v HBF 4 (50% solution)
15 g/ℓ 주석 (주석 플루오르화붕산염)15 g / l tin (tin fluoride)
12 g/ℓ 납 (납 플루오르화붕산염)12 g / l lead (lead fluoride)
2 g/ℓ 히드로퀴논2 g / l hydroquinone
26 g/ℓ 붕산26 g / l boric acid
2% v/v HBF4 메이크업2% v / v HBF 4 Makeup
본 실시예는 소듐 메탄 술폰산염 또는 소듐 이세티오네이트를 첨가할 때, 이러한 도금욕이 높은 전류 밀도에서 사용될 수 있고, 코팅의 외형이 팽창한다는 것을 나타낸다.This example shows that when adding sodium methane sulfonate or sodium isethionate, this plating bath can be used at high current densities and the appearance of the coating expands.
할로겐화물 도금욕Halide plating bath
순수 금속 및 금속 합금 할로겐화물 전기도금욕에 첨가제로서 알킬 및 알카놀 술폰산의 알칼리 금속염, 알칼리 토금속염, 및 암모늄염 또는 치환된 암모늄염을 사용하는 것은 보다 넓은 유효 전류 밀도 범위 및 개선된 외형을 포함하는 예상치 못한 다수의 장점을 갖는다. 금속 및 금속 합금은 주석, 납, 구리, 니켈, 아연, 카드뮴, 주석/아연, 아연/니켈, 및 주석/니켈을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.The use of alkali metal, alkaline earth metal, and ammonium or substituted ammonium salts of alkyl and alkanol sulfonic acids as additives in pure metal and metal alloy halide electroplating baths is expected to include a wider effective current density range and improved appearance. Has a number of advantages. Metals and metal alloys include, but are not limited to, tin, lead, copper, nickel, zinc, cadmium, tin / zinc, zinc / nickel, and tin / nickel.
실시예 12
할로겐화물계 도금욕은 HCHC, 즉 유체역학적으로 제어된 할셀 상에서 수행되었다. 도금 스트립은 강으로 제조되었고, 알칼리 내에 15초 동안 담그고 린싱처리한 후, 10% 술폰산 내에 15초 동안 담그고 다시 린싱처리함으로써 예비처리되었다. Example 12
The halide based plating bath was carried out on HCHC, ie hydrodynamically controlled Halcel. The plating strips were made of steel and pretreated by soaking and rinsing in alkali for 15 seconds, then 15 seconds in 10% sulfonic acid and rinsing again.
다양한 레벨의 소듐 이세티오네이트가 첨가된 다음의 도금욕이 평가되었다.The following plating baths with various levels of sodium isethionate added were evaluated.
도금욕 조성(상온) :Plating bath composition (room temperature):
19.6 g/ℓ NaHF2 19.6 g / ℓ NaHF 2
26.5 g/ℓ NaF26.5 g / ℓ NaF
12.68 g/ℓ NaCl12.68 g / l NaCl
33.0 g/ℓ SnF2
4 g/ℓ 미라놀 ASC(양성 계면활성제)33.0 g / ℓ SnF 2
4 g / L Miranol ASC (Positive Surfactant)
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본 실시예는 할로겐화물 도금욕에 매우 소량의 소듐 이세티오네이트를 첨가함으로써 작동가능한 전류 밀도 범위를 50%까지 증대시킬 수 있음을 보여준다.This example shows that by adding a very small amount of sodium isethionate to the halide plating bath, the operable current density range can be increased by 50%.
이론 부분Theory part
이론에 의해 구속되지 않지만, 본 발명의 결과는 다음의 기술을 근거로 하는 것으로 여겨진다.Without being bound by theory, it is believed that the results of the present invention are based on the following description.
상이한 이온종의 혼합물은 요구된 성질을 갖는 금속 코팅물을 제조할 수 있는 고유의 혼합물을 형성한다. 용액의 전체적인 이온 도전성이 이온 각각의 특성 및 농도에 의존한다는 것은 잘 알려져 있다. 상이한 이온종 및/또는 용매 분자들 사이의 특별한 상호작용은 전체 도전성을 결정하며, 전기부착 공정에 영향을 미칠 수도 있다. 그렇지만, 이온 도전성만이 도금욕을 공식화하는데 있어 고려해야 할 유일한 변수이다.Mixtures of different ionic species form inherent mixtures from which metal coatings with the required properties can be made. It is well known that the overall ionic conductivity of a solution depends on the nature and concentration of each of the ions. Special interactions between different ionic species and / or solvent molecules determine the overall conductivity and may affect the electroadhesion process. However, ionic conductivity is the only variable to consider in formulating a plating bath.
또한, 전기적 이중층의 구조는 전기부착 속도에 영향을 미칠 수 있음이 잘 공지되어 있다. 예컨대 라시아(Lasia) 등이 저술하고 1989년에 발행된 "전해 화학 간행물(Journal of Electroanalytical Chemistry)" 제 266호 68 내지 81쪽; 파우세트(Fawcett) 등이 저술하고 1990년에 발행된 "전해 화학 간행물(Journal of Electroanalytical Chemistry)" 제 279호 243 내지 256쪽; 라시아 등이 저술하고 1990년에 발행된 "전해 화학 간행물(Journal of Electroanalytical Chemistry)" 제 288호 153 내지 165쪽; 발치(Balch) 등이 저술하고 1997년에 발행된 "전해 화학 간행물(Journal of Electroanalytical Chemistry)" 제 427호 137 내지 146쪽을 참조하면, 소정의 금속 이온(Cu+, Cd2+, 또는 Zn2+과 같은)의 전기환원 속도 상수는 용매의 용매화 능력 및 전해질의 양이온의 크기에 의존한다는 것이 실험적으로 증명되었다. 이러한 효과는 전기적 이중층의 내부층 내의 정전기적 상호작용에 의한 것이었다.It is also well known that the structure of the electrical double layer can affect the rate of electrical deposition. "Journal of Electroanalytical Chemistry," published by Lassia et al., 1989, pp. 266 68-81; "Journal of Electroanalytical Chemistry," published by 1990, Fawcett et al., Pages 279 to 243-256; "Journal of Electroanalytical Chemistry," published by Lacia et al., 1990, pp. 288-153; Referring to "Journal of Electroanalytical Chemistry," published in 1997 by Balch et al., Pages 427 to 146, certain metal ions (Cu + , Cd 2+ , or Zn 2). It has been experimentally demonstrated that the electroreduction rate constant (such as + ) depends on the solvation capacity of the solvent and the size of the cation of the electrolyte. This effect was due to electrostatic interaction in the inner layer of the electrical bilayer.
프룸킨 모델(Frumkin model)에 따르면, 환원 공정 Metn+ + ne → MetO 에 대한 속도 상수는, ln kf = ln(kOγM) + αanFΦd/RT - αanF(E-Es)/RT 로 주어지는데, 여기서, kf는 겉보기 속도 상수, kO는 속도 상수 중에 포텐셜과 무관한 부분, γM은 벌크 용액 내의 종 Metn+의 활성화 계수, αa는 환원에 대한 겉보기 전달 계수, n은 전기환원에서 수반된 전자의 수, F는 패러데이 상수, Φd는 확산층에 걸친 포텐셜 저하, R은 가스 상수, T는 온도(K), E는 포텐셜, Es는 전기환원 반응의 표준 포텐설이다.According to the Prumkin model, the rate constant for the reduction process Met n + + ne → Met O is: ln k f = ln (k O γ M ) + α a nFΦ d / RT-α a nF (EE s Where k f is the apparent rate constant, k O is the potential-independent portion of the rate constant, γ M is the activation coefficient of the species Met n + in the bulk solution, and α a is the apparent transfer coefficient for reduction , n is the number of electrons involved in the electroreduction, F is the Faraday constant, Φ d is the potential drop across the diffusion layer, R is the gas constant, T is the temperature (K), E is the potential, and E s is the standard of the electroreduction reaction. Potential.
보조 전해질(supporting electrolyte) 카운터 이온의 크기는 포텐셜(Φd)에 영향을 미치며, 궁극적으로는 전체 전기환원 공정의 속도 상수에 영향을 미친다(전술한 라시아 등, 파우세트 등, 및 라시아 등의 저술 참조).Supporting electrolyte The size of the counter ions affects the potential (Φ d ) and ultimately affects the rate constants of the overall electroreduction process (as described above, such as Lasia, Faucet, etc., and Lasia, etc.). See author).
본 명세서에 개시된 바와 같이 하나 이상의 염의 첨가는 이중층의 금속/용액의 계면을 변형시킨다는 것은 명백하다. 이러한 변형은 알칼리 금속 양이온 및/또는 알카놀-술폰산 음이온 및/또는 이들이 조합물(아마도 알킬-)에 의해 유발된다. 따라서, 첨가된 알킬 및/또는 알카놀 술폰산의 염은 보조 전해질의 단순한 변형물로서 고려되기 보다는 도금 첨가제로서 고려되어야만 한다.It is evident that the addition of one or more salts as disclosed herein will modify the interface of the metal / solution of the bilayer. Such modifications are caused by alkali metal cations and / or alkanol-sulfonic acid anions and / or combinations thereof (possibly alkyl-). Thus, salts of added alkyl and / or alkanol sulfonic acids should be considered as plating additives rather than as simple modifications of the auxiliary electrolyte.
본 발명에서, 양이온 및/또는 음이온은 전해질의 이온 도전성 및/또는 부착 이온의 융해도를 유지하기 위해서만 첨가되는 것은 아니며, 대신에 이들은 이중층 구조, 따라서 전기환원 공전의 메카니즘에 영향을 미침으로써 전기부착 공정에 직접적인 영향을 미친다.In the present invention, the cations and / or anions are not added only to maintain the ionic conductivity of the electrolyte and / or the fusion of the adherent ions, but instead they are electroadhesive by affecting the bilayer structure, thus the mechanism of the electroreduction revolution. Directly affect the process.
본 발명은 바람직한 실시예를 통해 상세하게 설명되었다. 그렇지만, 당업자들은 본 발명의 개시 내용을 참조할 때 이하의 청구범위에서 청구된 본 발명의 개념 및 범위 내에서 변형 및/또는 개조가 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.The invention has been described in detail through the preferred embodiments. However, those skilled in the art will understand that modifications and / or adaptations may be made within the spirit and scope of the invention as claimed in the following claims when referring to the present disclosure.
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