TWI468556B - 酸性金合金電鍍液 - Google Patents
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Description
本發明係有關一種酸性金合金電鍍液。
由於金的優異電氣特性及抗腐蝕性,近年來鍍金(gold plating)已廣泛使用於電子裝置和電子組件中,以保護電子組件,例如接觸端點(contact terminals)的表面。鍍金係使用作為半導體元件之電極端子(electrode terminals)的表面處理、作為形成於塑膠膜的引線、或作為連接至電子裝置之電子組件例如連接器的表面處理。可鍍金的材料包括金屬、塑膠、陶瓷及半導體等。
由於使用作為表面處理的金鍍覆膜必須視其使用特性而具有耐腐蝕性、耐磨性及導電性,因此連接電子裝置的連接器係使用硬質金鍍覆(hard gold p1ating)。長期以來,金鈷合金鍍覆與金鎳合金鍍覆已知為硬質金鍍覆(例如,參閱DE 1111897及JP 60-155696)。一般而言,銅或銅合金係使用作為例如連接器等電子組件的基材。然而,當金沈積在銅表面時,銅會擴散到金膜內。因此,當實施鍍金來作為銅的表面處理時,通常會在銅的表面上鍍鎳以作為銅基材的阻障層。一般而言,接著再於鎳鍍覆層的表面上進行鍍金。
在電子組件(例如連接器)上進行局部硬質金電鍍的標準方法包括點鍍(spot plating)、控制液面之電鍍、掛鍍(rack plating)及滾鍍(barrel plating)等。
然而,若使用習知的金電鍍液,在高電流密度的電鍍過程中,由於沈積的金膜上會產生所謂的燒焦現象,因此會造成問題。此外,使用習知的金電鍍液還會造成下述問題:在電子組件需要金鍍覆膜的區域上進行局部電鍍時,金或金合金也會沈積在此區域周圍的區域上,或換言之,沈積在不需要金鍍覆膜的區域上。
已有各種技術被提出用來防止這種金在非期望區域內的沈積。本案發明人發現使用含有六亞甲基四胺作為添加劑的酸性金鈷電鍍浴可以控制不必要的金沈積,並且已申請專利(參閱JP 2006-224465)。利用這些技術雖然可以控制不必要的金沈積,但仍需要進一步改善所沈積之金鍍覆膜的光澤,以及改善沈積速度並改善能進行適當電鍍的電流密度範圍。
本發明之目的係提供一種酸性金合金電鍍液及金合金電鍍方法,該方法能維持在連接器表面上之金鍍覆膜的性質,在高電流密度下沈積相對較厚的金鍍覆膜,在所欲區域內沈積金鍍覆膜,同時抑制在非期望區域內的沈積,該方法係改善金鍍覆膜的沈積速度,而且能在涵蓋廣泛電流密度的範圍內進行電鍍。
為了解決上述問題,本案發明人基於對金電鍍液的潛心研究,發現使金鈷合金電鍍液維持在弱酸性條件下並添加六亞甲基四胺和特殊光澤劑,可形成具有電氣組件(例如連接器)所需之耐腐蝕性、耐磨性及導電性的金合金鍍覆
膜,同時能抑制金合金鍍覆膜在非必要區域內的沈積、改善電鍍發明的操作條件及改善金合金鍍覆膜的膜沉積速度,於焉完成本發明。
本發明之一態樣係提供一種含有氰化金或其鹽、鈷離子、螯合劑、六亞甲基四胺、光澤劑以及必要時含有pH調節劑的酸性金合金電鍍液,其中該電鍍液之光澤劑為具有羧基或羥基之含氮原子化合物或具有羧基之含硫原子化合物。
再者,本發明係提供一種金合金電鍍方法,該方法係藉由使用含有氰化金或其鹽、鈷離子、螯合劑、六亞甲基四胺、具有羧基或羥基之含氮原子化合物或具有羧基之含硫原子化合物以及必要時含有pH調節劑的酸性金合金電鍍液來進行電鍍。
此外,本發明係提供一種具有金合金鍍覆膜之連接器的製造方法,該方法係在連接器的接點區域上進行鎳鍍覆,接著再於鎳膜上進行金合金鍍覆,其中該金合金鍍覆為使用含有氰化金或其鹽、鈷離子、螯合劑、六亞甲基四胺、以及具有羧基或羥基之含氮原子化合物或具有羧基之含硫原子化合物的酸性金合金電鍍液之電鍍。
本發明之酸性金合金電鍍液可以使用大範圍的電流密度,且尤其即使在高電流密度下也能提供具有良好光澤的金合金鍍覆膜。再者,本發明之酸性金合金電鍍液在高電流密度下能形成相對安全的金合金鍍覆膜。使用本發明之酸性金合金電鍍液,會使沈積增加,並且能在涵蓋大範圍
的電鍍操作中形成具有適當光澤的金合金鍍覆膜。
使用本發明之酸性金合金電鍍液來形成具有電氣組件(例如連接器)所需之耐腐蝕性、耐磨性及導電性的金合金鍍覆膜時,可使金合金鍍覆膜沈積在所欲位置,同時抑制在非期望區域內的沈積。換言之,本發明之金合金電鍍液或方法具有優異的沈積選擇性。在不需要鍍覆膜的區域抑制鍍覆膜的沈積能減少不必要的金屬消耗,這一點從經濟觀點來看是有利的。
本發明之酸性金合金電鍍液含有氰化金或其鹽、鈷離子、螯合劑、六亞甲基四胺、光澤劑以及必要時也可含有pH調節劑。本發明之酸性金合金電鍍液係維持為酸性,且較佳地,其pH值係維持在3至6之間。
金離子來源為本發明的必要成分,其實例包括氰化金鹽類,例如氰化金、氰化金(I)鉀、氰化金(II)鉀、以及氰化金銨等。氰化金或其鹽可單獨使用或組合兩種或兩種以上使用。此外,也可以組合使用其他普遍已知的金離子來源。普遍已知的金離子來源之實例包括氯化金(I)鉀、氯化金(I)鈉、氯化金(II)鉀、氯化金(II)鈉、硫代硫酸金鉀、硫代硫酸金鈉、硫代亞硫酸金鉀(gold potassium thiosulfite)及硫代亞硫酸金鈉等,且可使用其兩種或兩種以上的組合。氰化金鹽類,尤其是氰化金(I)鉀,為用於本發明電鍍液之較佳者。
這些添加至電鍍液之金離子來源的添加量,以金來計
算,通常介於1 g/L至20 g/L的範圍內,較佳係介於3 g/L至16 g/L的範圍內。
用於本發明的鈷離子來源可以是可溶於本發明之電鍍液的任何鈷化合物,其實例包括硫酸鈷、氯化鈷、碳酸鈷、胺基磺酸鈷和葡萄糖酸鈷、以及其兩種或兩種以上的組合。無機鈷鹽,尤其是鹼式碳酸鈷,為用於本發明電鍍液之較佳者。
這些添加至電鍍液之鈷離子的添加量,以鈷來計算,通常介於0.05 g/L至3 g/L的範圍內,較佳係介於0.1 g/L至1 g/L的範圍內。
可用於本發明的螯合劑可為金電鍍液中常用來作為螯合劑之普遍已知的化合物。其實例包括含羧基之化合物,例如羧酸類及其鹽類,如檸檬酸、檸檬酸鉀、檸檬酸鈉、酒石酸、草酸、琥珀酸、己二酸、蘋果酸、乳酸和苯甲酸等;含膦酸根(phosphonate group)之化合物,其分子中具有膦酸根或其鹽;等。含膦酸根之化合物的實例包括分子中具有複數個膦酸根之化合物,例如胺基三亞甲基膦酸、1-羥基亞乙基-1,1-二膦酸、乙二胺四亞甲基膦酸、二伸乙基三胺五亞甲基膦酸,以及其鹼金屬鹽類或銨鹽類。再者,例如氨或乙二胺等氮化合物可以和含羧基之化合物一起使用作為輔助螯合劑。該螯合劑也可以是兩種或兩種以上之化合物的組合。對於本發明而言,具有羧基或羥基之含氮原子化合物或具有羧基之含硫原子化合物係使用作為光澤劑,光澤劑將於後文中敘述,而它們也是具有錯合能
力的化合物。然而,本說明書的螯合劑不包括具有羧基或羥基的含氮原子化合物或具有羧基的含硫原子化合物。
這些添加至電鍍液之螯合劑的添加量,通常介於0.1 g/L至300 g/L的範圍內,較佳係介於1 g/L至200 g/L的範圍內。
用於本發明之六亞甲基四胺添加至電鍍液的添加量通常介於0.05 g/L至10 g/L的範圍內,較佳係介於0.1 g/L至5 g/L的範圍內。
可用於本發明的光澤劑為具有羧基或羥基的含氮原子化合物或具有羧基的含硫原子化合物。具有羧基之含氮原子化合物的實例包括胺基酸,例如中性胺基酸、酸性胺基酸或鹼性胺基酸;含有羧基之吡啶化合物,例如吡啶羧酸(如2-吡啶羧酸、3-吡啶羧酸和4-吡啶羧酸)及其鹽類;還有亞胺基二乙酸;氮基三乙酸;二伸乙基三胺五乙酸;及乙二胺四乙酸。中性胺基酸的實例包括丙胺酸、甘胺酸、例如纈胺酸和白胺酸等支鏈胺基酸、例如胱胺酸等含硫胺基酸、例如天冬醯胺酸或麩醯胺酸等醯胺胺基酸、例如羥基胺基酸(諸如絲胺酸)等脂族胺基酸;例如苯丙胺酸、酪胺酸和色胺酸等芳族胺基酸,以及亞胺基酸。鹼性胺基酸的實例包括離胺酸和精胺酸等。酸性胺基酸的實例包括天門冬胺酸和麩胺酸等。具有羥基之含氮化合物的實例包括烷醇胺類,例如甲醇胺、乙醇胺、丙醇胺和異丙醇胺;二烷醇胺類,例如二甲醇胺、二乙醇胺、二丙醇胺、二異丙醇胺和二丁醇胺;三烷醇胺類,例如三甲醇胺和三乙醇胺;
及胺基二醇化合物,例如胺基甲二醇、胺基乙二醇等。具有羧基之含硫原子化合物的實例包括硫代乳酸、硫代二乙酸及硫代蘋果酸等。光澤劑可單獨使用或組合兩種或兩種以上使用。
光澤劑添加至電鍍液的添加量通常介於0.01 g/L至50 g/L的範圍內,較佳係介於0.1 g/L至10 g/L的範圍內。
將本發明之酸性金合金電鍍液的pH值調整在酸性區內。較佳為該pH值介於3至6的範圍內。更佳為將該pH值調整為介於3.5至5的範圍內。可藉由添加鹼金屬氫氧化物例如氫氧化鉀或酸性物質例如檸檬酸或磷酸等來調整電鍍液的pH值。特別是,較佳為將具有pH緩衝作用的化合物添加至本發明的金合金電鍍液。檸檬酸、酒石酸、草酸、琥珀酸、磷酸及亞硫酸和其鹽類可使用作為具有pH緩衝作用的化合物。藉由添加這些具有pH緩衝作用的化合物,可以使電鍍液的pH值保持穩定,並且能進行長時間的電鍍操作。
本發明之金合金電鍍液可根據普遍已知的方法使用上述成分或是以上述成分製備。舉例而言,本發明之電鍍液可藉由同時地或個別地將上述量的氰化金或其鹽、鈷離子來源、螯合劑、六亞甲基四胺和光澤劑添加至水中,進行混合,然後再添加pH調節劑,及必要時添加pH緩衝劑來調整pH值而獲得。
此外,也可在不偏離本發明之目的及功效的程度上將
導電性改良劑、滅真菌劑及界面活性劑等添加至本發明的金合金電鍍液。
進行本發明之金合金電鍍時,電鍍液的溫度應介於20℃至80℃的範圍內,較佳係介於30℃至60℃的範圍內。電流密度可介於0.1至80 A/dm2
的範圍內。特別是,本發明之電鍍液所使用的電流密度較佳係介於10至70 A/dm2
的範圍內,更佳為介於30至50 A/dm2
的範圍內。正極較佳為不溶性正極。較佳地,在進行金合金電鍍的同時,混合金合金電鍍液。
使用本發明之金合金電鍍液來製造連接器的方法可為普遍已知的方法。在電子組件(例如連接器)上進行局部硬質金合金電鍍的標準方法包括點鍍、控制液面之電鍍、掛鍍及滾鍍等。
對連接器最終表面進行金合金電鍍製程時,較佳為在連接器組件的表面上形成中間金屬層,例如藉由鍍鎳所產生之鎳膜。可使用本發明之金合金電鍍液以及點電鍍方法在導電層(例如鎳膜)上形成金合金電鍍膜。
製備由下列物質所組成的金鈷電鍍液作為基底鍍浴。
使用氫氧化鉀將上述電鍍液的pH值調整至4.3。
在調整上述基底鍍浴的pH值之前添加0.5 g/L菸鹼酸(3-吡啶羧酸)作為光澤劑,接著再將pH值調整至4.3,以製備實施例1的金鈷電鍍浴。
除了以下文表1所示的濃度添加所示的化合物來替代菸鹼酸之外,用類似於實施例1的方式製備金鈷電鍍液。
除了不添加上述基底鍍浴的六亞甲基四胺之外,製備作為基底鍍浴的相同金鈷電鍍液,以作為習知硬質電鍍液的實施例。
除了以表1所示的量添加咪唑來替代菸鹼酸之外,用類似於實施例1的方式製備金鈷電鍍液。
將表1所示的化合物以所示的濃度添加至比較例1的金鈷電鍍液,接著將pH值調整至4.3,以製備金鈷電鍍液。
進一步將1、3或5 g/L甘胺酸添加至實施例1的金鈷電鍍液,接著將pH值調整至4.3,以製備具體例。
赫爾槽試驗(Hull Call Test)
對基底鍍浴、實施例1至11及比較例1至7進行赫爾槽試驗。
使用包覆鉑的鈦(platinum clad titanium)作為不溶性正極以及使用鍍鎳的銅赫爾槽板(鍍鎳厚度0.1 μm)作為負極,在60℃的浴溫下,於正極和負極之間施加2安培(2A)的電流1分鐘,並同時用陰極振盪器(cathode rocker)以4 m/min的速率攪拌,進行赫爾槽試驗。
赫爾槽板外觀的觀察結果係示於表1。使用螢光X射線薄膜厚度計(SII所製造的SFT-9400)在總共九個位置處(從左起依序以1至9編號),從距離赫爾槽板左邊緣(高電流密度側)1 cm的位置,以1 cm的間距向右(低電流密度側)至距離赫爾槽板底部1 cm的位置來測量電鍍膜。其單位係以微米(μm)表示。
從赫爾槽試驗的結果,如表1所見到者,本發明之電鍍液具有寬闊的光澤區,且即使在高電流密度下也確實能形成適當的電鍍膜。再者,如表2所示,證實在低電流密度區域中的鍍層沈積(plating deposition)不佳。由於在低電流密度區域中的鍍層沈積不佳,因此電鍍膜的沈積不會發生在非所欲之沈積區域內,這表示鍍層沈積的選擇性甚為優異。
點鍍試驗
在銅板上沈積鎳鍍層作為鎳板上的基膜,將此銅板製備成欲鍍物。為了確認金鈷合金電鍍膜的沈積選擇性,在銅板的整個表面上形成由矽橡膠所製成的掩膜(mask),而在該掩膜的中心區域切割出圓(直徑10 mm),使鎳膜暴露出來。但是在圓形開口區附近(距離邊緣1.5 mm)的鎳鍍層和掩膜層之間嵌入由環氧樹脂所製成0.5 mm厚的板,使沿著圓形開口邊緣的掩膜層和鎳鍍層之間形成間隙。因此當欲鍍物浸入電鍍液時,電鍍液能滲入掩膜層和鎳鍍層之間的間隙。由於掩膜層在間隙區上方,所以間隙區在電解過程中具有比開口區更低的電流密度。
將上述欲鍍物浸入根據上述實施例7至10和比較例1所製備的電鍍液中,接著使用包覆鉑的鈦作為不溶性正極,在60℃的浴溫下進行金合金電鍍,並同時用泵以表3所示的電流密度攪拌。每個實例中的電鍍時間是2秒鐘。沈積鍍層的外觀係以目視確認,其結果示於表3。此時在欲鍍物的圓形開口區內形成厚度為0.3至0.5 μm的金鈷
合金電鍍膜。測量遠離欲鍍物開口區之無掩膜區域內的沈積物之量作為電鍍膜的沈積選擇性。使用螢光X射線薄膜厚度計(SII所製造的SFT-9400)測量自圓形開口邊緣(形成間隙的區域)朝環氧樹脂板方向0.5 mm位置處所沈積的鍍層厚度。其結果示於表4。其單位係以微米(μm)表示。
如上述具體例所示,當使用本發明之酸性金合金電鍍液進行電鍍時,可在涵蓋廣泛電流密度的範圍內,特別是在高電流密度區內,於所欲位置處形成具有光澤的硬質金合金電鍍膜,而且能抑制金合金電鍍膜在非所欲區域內的沈積,因此可提供具有提高之沈積選擇性的硬質金合金電鍍膜。
Claims (5)
- 一種酸性金合金電鍍液,其含有氰化金或其鹽、鈷離子、螯合劑、六亞甲基四胺及光澤劑,其中,該電鍍液之該光澤劑為至少一種選自烷醇胺、二烷醇胺、三烷醇胺、胺基酸、吡啶羧酸及其鹽類、亞胺基二乙酸、氮基三乙酸、二伸乙基三胺五乙酸、乙二胺四乙酸、胺基二醇化合物、硫代乳酸、硫代二乙酸及硫代蘋果酸所組成群組之化合物;且該電鍍液的pH值係介於3至6的範圍內。
- 如申請專利範圍第1項之酸性金合金電鍍液,其中,該光澤劑為至少一種選自烷醇胺、二烷醇胺、三烷醇胺、胺基酸、吡啶羧酸、硫代乳酸、硫代二乙酸及硫代蘋果酸所組成群組之化合物。
- 如申請專利範圍第1項之酸性金合金電鍍液,其中,該螯合劑為含有羧基之化合物。
- 一種藉由電鍍形成金合金電鍍膜之方法,係使用含有氰化金或其鹽、鈷離子、螯合劑、六亞甲基四胺、以及光澤劑的酸性金合金電鍍液,其中,該光澤劑為至少一種選自烷醇胺、二烷醇胺、三烷醇胺、胺基酸、吡啶羧酸及其鹽類、亞胺基二乙酸、氮基三乙酸、二伸乙基三胺五乙酸、乙二胺四乙酸、胺基二醇化合物、硫代乳酸、硫代二乙酸及硫代蘋果酸所組成群組之化合物;且該電鍍液的pH值係介於3至6的範圍內。
- 一種形成具有金合金電鍍膜之連接器的製造方法,包括:在該連接器的接點區域上鍍鎳;以及在該鎳膜上進行金合金電鍍;其中該金合金電鍍為使用含有氰化金或其鹽、鈷離子、螯合劑、六亞甲基四胺、以及光澤劑之酸性金合金電鍍液的電鍍,其中,該光澤劑為至少一種選自烷醇胺、二烷醇胺、三烷醇胺、胺基酸、吡啶羧酸及其鹽類、亞胺基二乙酸、氮基三乙酸、二伸乙基三胺五乙酸、乙二胺四乙酸、胺基二醇化合物、硫代乳酸、硫代二乙酸及硫代蘋果酸所組成群組之化合物;且該電鍍液的pH值係介於3至6的範圍內。
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