WO1991016472A1 - Method of controlling metallization baths - Google Patents

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WO1991016472A1
WO1991016472A1 PCT/DE1991/000312 DE9100312W WO9116472A1 WO 1991016472 A1 WO1991016472 A1 WO 1991016472A1 DE 9100312 W DE9100312 W DE 9100312W WO 9116472 A1 WO9116472 A1 WO 9116472A1
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Definitions

  • Control parameters that are developed from the bulk phase of the electrolyte have so far been preferred for monitoring galvanic and electroless metal deposition baths. This means the tracking of process-relevant bath parameters via wet chemical, instrumental-analytical and physical measurement methods. On the basis of these measurement data, the dosages required for process control are carried out.
  • a monitoring method for galvanic baths is known from DE-OS 30 43 066, in which the concentration of a bath substance is determined continuously or intermittently by measuring the electrical conductivity, the density or the refractive index.
  • Cyclic voltammetry can be used to check the content of organic additives in galvanic baths; please refer .
  • DAHMS continuous monitoring of acidic copper electrolytes by cyclic voltammetry, Metall Chemistry 43, 345 (1989).
  • impedance and mixed potential measurements have been successfully used to control copper baths without external current. These methods are electrochemical test methods and contain in-situ information about the surface process.
  • independent variables such as mass, charge, impedance, elastic coating properties and viscosity of the liquid phase (electrolyte) by means of in-situ measurements using a detector (oscillating quartz crystal), and in particular in the case of continuous registration of mass changes to determine at least one or more of the quantities mentioned and to use the information obtained in this way about layer properties and the electrolyte to control the metallization process.
  • quartz crystal surface which is in contact with the electrolyte, is also the working electrode of the electrolytic cell, and in addition to changes in mass, other electrochemical in-situ variables such as charge flow and impedance can also be measured.
  • this methodological approach is also suitable for tracking the elastic surface properties of the deposited coatings or the viscosity of the electrolyte.
  • the (texture-dependent) surface tension or expressed as a synonym, the elastic coating properties as a function of the layer thickness, K.E. HEUSLER et al. , Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 92, (1988), 1218 and H. SP ⁇ HN, Metall Chemistry, 16, (1962), 109.
  • the metal film can be removed either chemically or in-situ by applying a suitable potential.
  • pulse technology can also be used as a measurement variant, i.e. H. the periodic switching on and off of the measuring probe.
  • the measuring probe is an electrochemical cell with a classic three-electrode arrangement, see Figure 1.
  • the control takes place via a potentiostat and a function generator.
  • the working electrode of this system is the side of the quartz crystal facing the electrolyte. A change in mass at this electrode leads to a detuning of the resonance frequency of the quartz oscillator, which is measured via a frequency counter and fed to the small computer for processing.
  • the charge is measured in the circuit between the counter electrode (CE) and working electrode (WE) using a coulometer.
  • a voltage pulse is impressed on the measuring probe and evaluated together with the current response as a Fourier transformation.
  • Elastic coating properties correlate with frequency detuning which result from the tension effects of these layers; the measurement is carried out by pressure compensation on the quartz crystal side facing away from the electrolyte. The surface tension can be calculated from these measurement data.
  • the frequency detuning which results only from the electrolyte contact, is measured.
  • the metallization process is carried out by appropriate
  • the new control method is used for example at
  • Frequency detuning is carried out as a function of the foreign mass assignment.
  • the mass can optionally be registered with the other sizes mentioned.
  • the measurement takes place with oscillating, mass sensitive
  • Quartz crystals which can be coated on both sides with metal films and usually only one side of the
  • Liquid contact will increase the sensitivity of the detection
  • the process is based on the periodically repeated deposition and dissolution of the nickel / phosphor layers.
  • the electroless (chemically reductive) deposition of nickel-phosphorus films takes place on the surface of the quartz crystal that is in contact with the electrolyte. From the detuning of the resonance frequency of the quartz crystal, the foreign mass assignment and thus the layer thickness and deposition speed can be directly determined. derive; G. SAUERBREY, Z. Phys. , 155, (1955), 206. - 6 -
  • the coated side of the quartz crystal is switched as a working electrode in the three-electrode arrangement.
  • the anodic dissolution takes place by means of a potential that is constant over time or a potential ramp.
  • the chemical composition of the nickel-phosphorus layer can be determined by simultaneously registering the electrical charge converted during this process and the change in mass. The following reaction is used:
  • the chemical composition of the layer can be inferred from the ratio of charge to mass change ( ⁇ Q. / ⁇ m).
  • step two of the method possible either in the deposition electrolyte or in any other, for example indifferent, electrolyte.
  • an electrolyte becomes the composition
  • a nickel-phosphorus layer is also deposited from a bath of the composition mentioned in Example 1 at temperatures between 86-90 ° C. at a pH of 4.8 after the addition of 5 ⁇ 10 mol / 1 thiourea.
  • the current-voltage curves of the anodic dissolution show a strong change compared to the layers that were deposited from a bath without addition ( Figure 5).
  • the current-voltage curves can be correlated with data on corrosion resistance, which are obtained from independent tests (such as salt spray test, "Kesternich test"). It is shown that the nickel-phosphorus alloys which are deposited from baths with additions of thiourea or other sulfur homologues have significantly poorer corrosion resistance.
  • compositions of chemical-reductive nickel baths which can be monitored and controlled using the described method are listed in Examples 3-6.

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Abstract

The invention describes methods for controlling metallization baths, in which the independent parameters mass, charge and impedance, plus surface tension and viscosity, of the liquid phase are measured using quartz resonators.

Description

Verfahren zur Steuerung von Metallabscheidungsbädem Process for controlling metal deposition baths
Beschreibungdescription
Zur Überwachung von galvanischen und außenstromlos arbeitenden Metallabscheidungsbädem werden bislang Steuerungsparameter bevorzugt, die aus der Volumenphase des Elektrolyten entwickelt werden. Darunter versteht man die Verfolgung der prozeßrelevanten Badparameter, über naßchemische, instrumentell-analytische und physikalische Meßmethoden. Anhand dieser Meßdaten werden die zur Prozeßführung erforderlichen Dosierungen vorgenommen. Aus der DE-OS 30 43 066 ist ein Überwachungsverfahren für galvanische Bäder bekannt, bei dem die Konzentration¬ bestimmung eines Badinhaltstoffes kontinuierlich oder intermittierend durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit, der Dichte oder des Brechungsindex erfolgt.Control parameters that are developed from the bulk phase of the electrolyte have so far been preferred for monitoring galvanic and electroless metal deposition baths. This means the tracking of process-relevant bath parameters via wet chemical, instrumental-analytical and physical measurement methods. On the basis of these measurement data, the dosages required for process control are carried out. A monitoring method for galvanic baths is known from DE-OS 30 43 066, in which the concentration of a bath substance is determined continuously or intermittently by measuring the electrical conductivity, the density or the refractive index.
Nachteil dieser Methodik ist es, daß fürThe disadvantage of this methodology is that for
Oberflächenprozesse, wie das Metallisieren vonSurface processes, such as the metallization of
Substratunterlagen, die Volumenphaseninformationen desSubstrate documents, the volume phase information of the
Elektrolyten nur in Ausnahmen die Situation an derElectrolytes only in exceptional circumstances
Oberfläche direkt reflektieren. Besser geeignet sind Meßdaten, die direkt dem Randschichtgebiet fest/flüssig (in-situ) entnommen werden können.Reflect surface directly. Measurement data that can be taken directly from the boundary layer area solid / liquid (in-situ) are more suitable.
Neben den obengenannten Untersuchungsmethoden zur Prozeßsteuerung sind beispielsweise folgende in-situ Techniken bekannt:In addition to the above-mentioned examination methods for process control, the following in-situ techniques are known, for example:
Zur Kontrolle des Gehaltes von organischen Additiven in galvanischen Bädern kann unter anderem die cyklische Voltammetrie eingesetzt werden; siehe . DAHMS, kontinuierliche Überwachung saurer Kupferelektrolyte durch cyklische Voltammetrie, Metalloberfläche 43, 345 (1989). Ferner sind zur Steuerung außenstromloser Kupferbäder Impedanz- und Mischpotentialmessungen erfolgreich verwendet worden. Diese genannten Verfahren stellen elektrochemische Untersuchungsmethoden dar und beinhalten in-situ Informationen über den Oberflächenvorgang. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, durch in-situ Messungen mittels eines Detektors (oszillierender Schwingquarz) voneinander unabhängige Größen wie Masse, Ladung, Impedanz, elastische Überzugseigenschaften sowie Viskosität der flüssigen Phase (Elektrolyt) kontinuierlich zu registrieren und dabei insbesondere bei kontinuierlicher Registrierung von Masseänderungen mindestens eine oder mehrere der genannten Größen zu bestimmen sowie die auf diese Weise erhaltenen Informationen über Schichteigenschaften und den Elektrolyten zur Steuerung des Metallisierungsprozesses zu verwenden.Cyclic voltammetry can be used to check the content of organic additives in galvanic baths; please refer . DAHMS, continuous monitoring of acidic copper electrolytes by cyclic voltammetry, Metallfläche 43, 345 (1989). Furthermore, impedance and mixed potential measurements have been successfully used to control copper baths without external current. These methods are electrochemical test methods and contain in-situ information about the surface process. It is the object of the present invention to continuously register independent variables such as mass, charge, impedance, elastic coating properties and viscosity of the liquid phase (electrolyte) by means of in-situ measurements using a detector (oscillating quartz crystal), and in particular in the case of continuous registration of mass changes to determine at least one or more of the quantities mentioned and to use the information obtained in this way about layer properties and the electrolyte to control the metallization process.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Schwingquarzoberfläche, die sich mit dem Elektrolyten in Kontakt befindet, auch Arbeitselektrode der elektrolytischen Zelle ist, wobei gleichzeitig neben Masseänderungen auch weitere elektrochemische in-situ-Größen wie Ladungsfluß und Impedanz vermessen werden können. Darüberhinaus eignet sich dieser methodische Ansatz auch zur Verfolgung der elastischen Oberflächeneigenschaften der abgeschiedenen Überzüge bzw. der Viskosität des Elektrolyten.This object is achieved in that the quartz crystal surface, which is in contact with the electrolyte, is also the working electrode of the electrolytic cell, and in addition to changes in mass, other electrochemical in-situ variables such as charge flow and impedance can also be measured. In addition, this methodological approach is also suitable for tracking the elastic surface properties of the deposited coatings or the viscosity of the electrolyte.
Mit diesem Detektor lassen sich also die folgenden Eigenschaften der Überzüge bestimmen:With this detector, the following properties of the coatings can be determined:
Die (texturabhängige) Oberflächenverspannung, oder als Synonym ausgedrückt die elastische Überzugseigenschaften als Funktion der Schichtdicke, K.E. HEUSLER et al. , Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 92, (1988), 1218 und H. SPÄHN, Metalloberfläche, 16, (1962), 109.The (texture-dependent) surface tension, or expressed as a synonym, the elastic coating properties as a function of the layer thickness, K.E. HEUSLER et al. , Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 92, (1988), 1218 and H. SPÄHN, Metallfläche, 16, (1962), 109.
Porosität, Kompaktheit als Funktion der Schichtdicke, Δmf/_lmqPorosity, compactness as a function of the layer thickness, Δmf / _lmq
Δmf = Masseänderung aufgrund von Frequenzverstimmung f 4mq = Masseänderung aufgrund von Ladung q R. Schumacher, Angewandte Chemie, 102, (1990), 347.Δmf = mass change due to frequency detuning f 4mq = mass change due to charge q R. Schumacher, Angewandte Chemie, 102, (1990), 347.
Impedanzmessungen zur Charakterisierung von Rauhigkeitseffekten, A. J. Bard, L. R. Faulkner, Electrochemical Methods, John Wiley and Sons, 1980. Mit diesem Detektor lassen sich desweiteren folgende Eigenschaften des Elektrolyten ermitteln:Impedance measurements to characterize roughness effects, AJ Bard, LR Faulkner, Electrochemical Methods, John Wiley and Sons, 1980. The following properties of the electrolyte can also be determined with this detector:
a. )Viskosität- und Dichteänderungen im Elektrolyten, siehe K. KANAZAWA et al. , Anal. Chem. 57, (1985), 1771.a. ) Changes in viscosity and density in the electrolyte, see K. KANAZAWA et al. , Anal. Chem. 57, (1985), 1771.
b.)Der Wirkungsgrad von galvanischen und chemisch reduktiven Metallabscheidungsvorgängen. Darunter versteht mann das Verhältnis der abgeschiedenen Masse des Metalls und der hierzu benötigten Ladungsmenge. Für chemisch reduktive Bäder ermittelt man die Ladungsmenge aus dem Verbrauch an Reduktionsmittel.b.) The efficiency of galvanic and chemically reductive metal deposition processes. This is understood to mean the ratio of the deposited mass of the metal and the amount of charge required for this. For chemically reductive baths, the amount of charge is determined from the consumption of reducing agent.
Zur Regeneration des Schwingquarzes kann der Metallfilm entweder chemisch oder in-situ durch Anlegung eines geeigneten Potentials abgelöst werden.To regenerate the quartz crystal, the metal film can be removed either chemically or in-situ by applying a suitable potential.
Für eine Verlängerung der Betriebsdauer des Schwingquarzes kann darüber hinaus als meßtechnische Variante die Pulstechnik angewendet werden, d. h. das periodische Ein- und Ausschalten der Meßsonde.To extend the operating time of the quartz crystal, pulse technology can also be used as a measurement variant, i.e. H. the periodic switching on and off of the measuring probe.
Die Meßsonde ist eine elektrochemische Zelle mit klassischer Dreielektrodenanordnung, siehe Abbildung 1. Die Ansteuerung erfolgt über einen Potentiostaten und einen Funktionsgenerator. Die Arbeitselektrode dieses Systems ist die dem Elektrolyten zugewandte Seite des Schwingquarzes. Eine Masseänderung an dieser Elektrode führt zu einer Verstimmung der Resonanzfrequenz des Quarzoszillators, welche über einen Frequenzzähler gemessen und zur Aufbereitung dem Kleinrechner zugeführt wird.The measuring probe is an electrochemical cell with a classic three-electrode arrangement, see Figure 1. The control takes place via a potentiostat and a function generator. The working electrode of this system is the side of the quartz crystal facing the electrolyte. A change in mass at this electrode leads to a detuning of the resonance frequency of the quartz oscillator, which is measured via a frequency counter and fed to the small computer for processing.
Die Ladungsmessung erfolgt im Stromkreis zwischen Gegenelektrode (CE) und Arbeitselektrode (WE) mittels Coulometer.The charge is measured in the circuit between the counter electrode (CE) and working electrode (WE) using a coulometer.
Zur Messung der Impedanz der elektrochemischen Randschicht wird der Meßsonde ein Spannungsimpuls aufgeprägt und zusammen mit der Stromantwort als Fouriertransformation ausgewertet. Elastische Überzugseigenschaften korrelieren mit Frequenz¬ verstimmungen, die aus Verspannungseffekten dieser Schichten resultieren; die Messung erfolgt durch Druckkompensation auf der dem Elektrolyten abgewandten Schwingquarzseite. Die Oberflächenverspannung läßt sich aus diesen Meßdaten rechnerisch ermitteln.To measure the impedance of the electrochemical boundary layer, a voltage pulse is impressed on the measuring probe and evaluated together with the current response as a Fourier transformation. Elastic coating properties correlate with frequency detuning which result from the tension effects of these layers; the measurement is carried out by pressure compensation on the quartz crystal side facing away from the electrolyte. The surface tension can be calculated from these measurement data.
Zur Bestimmung der Viskosität des Metallisierungsbades wird die Frequenzverstimmung, die nur aus dem Elektrolytkontakt resultiert, vermessen. Hierzu wird der Metallisierungsvorgang durch entsprechendeTo determine the viscosity of the metallization bath, the frequency detuning, which results only from the electrolyte contact, is measured. For this, the metallization process is carried out by appropriate
Potentialeinstellung an der Arbeitselektrode unterbrochen. Die gemessene Frequenzverstimmung wird nun mit der FrequenzVerstimmung einer Referenzlösung verglichen.Potential setting on the working electrode interrupted. The measured frequency detuning is now compared with the frequency detuning of a reference solution.
Anwendung findet das neue Steuerungsverfahren beispielsweise bei derThe new control method is used for example at
1.außenstromlosen Vergoldung, Verkupferung und Vernickelung,1. Gold, copper and nickel plating without external current,
2.galvanischen Verkupferung, Verzinkung, Vernickelung und Verchromung sowie galvanischen Edelmetallabscheidun ,2. galvanic copper plating, galvanizing, nickel plating and chrome plating as well as galvanic precious metal deposition,
3. Zementation 3. Cementation
BeispieleExamples
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung beispielhaft an chemisch-reduktiv abgeschiedenen Nickel-Phosphor-Überzügen demonstriert.In the following, the present invention is demonstrated by means of chemically reductively deposited nickel-phosphor coatings.
Das Verfahren beruht auf einer kombinierten Anwendung derThe process is based on a combined application of
Quarzmikrowaage und einer periodisch oder kontinuierlich potentialkontrollierten Schichtauflösung, wobei dieQuartz microbalance and a periodically or continuously potential-controlled layer resolution, the
Bestimmung der Masseänderung auf der Messung derDetermination of the mass change on the measurement of the
Frequenzverstimmung als Funktion der Fremdmassenbelegung vorgenommen wird. Gleichzeitig kann die Masse wahlweise mit den anderen genannten Größen registriert werden. Die Messung erfolgt mit oszillierenden, masseempfindlichenFrequency detuning is carried out as a function of the foreign mass assignment. At the same time, the mass can optionally be registered with the other sizes mentioned. The measurement takes place with oscillating, mass sensitive
Schwingquarzen, die beidseitig mit Metallfilmen beschichtet sein können und wobei in der Regel nur eine Seite desQuartz crystals, which can be coated on both sides with metal films and usually only one side of the
Detektorsystems mit dem Elektrolyten Kontakt hat. Durch denDetector system has contact with the electrolyte. By the
Flüssigkeitskontakt wird die Nachweisempfindlichkeit desLiquid contact will increase the sensitivity of the detection
_ Systems von einigen ng/Hz cm nicht beeinflußt,_ Systems not influenced by a few ng / Hz cm,
R. Schumacher, Angewandte Chemie, 102, (1990), 347.R. Schumacher, Angewandte Chemie, 102, (1990), 347.
Das Verfahren beruht auf der periodisch wiederholten Abscheidung und Auflösung der Nickel/Phosphor-Schichten.The process is based on the periodically repeated deposition and dissolution of the nickel / phosphor layers.
Im ersten Schritt erfolgt die außenstromlose (chemisch reduktive) Abscheidung von Nickel-Phosphor-Filmen auf der mit dem Elektrolyten in Kontakt stehenden Fläche des Schwingquarzes. Aus der Verstimmung der Resonanzfrequenz des Schwingquarzes läßt sich direkt die Fremdmassenbelegung und damit die Schichtdicke und Abscheidungsgeschwindigkeit. ableiten; G. SAUERBREY, Z. Phys. , 155, (1955), 206. - 6 -In the first step, the electroless (chemically reductive) deposition of nickel-phosphorus films takes place on the surface of the quartz crystal that is in contact with the electrolyte. From the detuning of the resonance frequency of the quartz crystal, the foreign mass assignment and thus the layer thickness and deposition speed can be directly determined. derive; G. SAUERBREY, Z. Phys. , 155, (1955), 206. - 6 -
Im zweiten Schritt wird die beschichtete Seite des Schwingquarzes als Arbeitselektrode in der Dreielektrodenanordnung geschaltet. Die anodische Auflösung erfolgt durch ein zeitlich konstantes Potential oder eine Potentialrampe. Durch gleichzeitige Registrierung der während dieses Prozesses umgesetzten elektrischen Ladung und der Massenänderung läßt sich die chemische Zusammensetzung der Nickel-Phosphor-Schicht ermitteln. Dafür wird die folgende Reaktion zugrunde gelegt:In the second step, the coated side of the quartz crystal is switched as a working electrode in the three-electrode arrangement. The anodic dissolution takes place by means of a potential that is constant over time or a potential ramp. The chemical composition of the nickel-phosphorus layer can be determined by simultaneously registering the electrical charge converted during this process and the change in mass. The following reaction is used:
Ni(/loo--) Px —^ ( 00-χ)Ni 2+ + x P + [2 (Λ∞-*)+5c]e~ Ni ( / l oo--) Px - ^ (00-χ) Ni 2+ + x P + [2 (Λ∞ - *) + 5c] e ~
Aus dem Verhältnis von Ladungs- zu Masseänderung ( Δ Q./ Δ m) kann auf die chemische Zusammensetzung der Schicht geschlossen werden.The chemical composition of the layer can be inferred from the ratio of charge to mass change (Δ Q. / Δ m).
Die Abscheidung bzw. Auflösung erfolgt in einer speziell konstruierten Zelle, siehe Abbildung 2, die einen schnellen Elektrolytaustausch ermöglicht , ohne daß die Nickel- Phosphor-Schicht Kontakt mit der Atmosphäre bekommt. Damit ist der Schritt zwei des Verfahrens entweder im Abscheidungselektrolyten oder in einem beliebigen anderen, beispielsweise indifferenten Elektrolyten möglich.The deposition or dissolution takes place in a specially designed cell, see Figure 2, which enables rapid electrolyte exchange without the nickel-phosphorus layer coming into contact with the atmosphere. This makes step two of the method possible either in the deposition electrolyte or in any other, for example indifferent, electrolyte.
Bei der potentiodynamiseh durchgeführten anodischen Auflösung erhält man eine Strom-Spannungskurve, wie in Abbildung 3 dargestellt. An der gleichzeitig registrierten Masseänderung läßt sich über das Ladungs-/Masseverhältnis die stöchiometrische Zusammensetzung ermitteln. Darüberhinaus erlaubt die Analyse des Kurvenverlaufs Rückschlüsse auf Struktur, Morphologie und Eigenschaften der Schicht, beispielsweise der Korrosionsbeständigkeit.With the anodic resolution carried out potentiodynamically, a current-voltage curve is obtained, as shown in Figure 3. The stoichiometric composition can be determined from the change in mass registered at the same time via the charge / mass ratio. In addition, the analysis of the curve shape allows conclusions to be drawn about the structure, morphology and properties of the layer, for example the corrosion resistance.
Neben der Registrierung und Dokumentation der Schichteigenschaften ist weiterhin eine Steuerung des Prozesses durch Meßgrößen, wie Peakhöhen- oder Peakflächenverhältnis oder Peakposition über Regelgrößen wie Temperatur, pH-Wert und Badzusammensetzung möglich. Beispiele 1 - 6:In addition to the registration and documentation of the layer properties, it is also possible to control the process by means of measured variables such as peak height or peak area ratio or peak position using controlled variables such as temperature, pH value and bath composition. Examples 1-6:
Beispiel 1:Example 1:
In der in Abbildung 2 schematisch gezeichneten Zelle werden aus einem Elektrolyten der ZusammensetzungIn the cell shown schematically in Figure 2, an electrolyte becomes the composition
30 - 34 g/1 Nickelsulfat-hexahydrat,30 - 34 g / 1 nickel sulfate hexahydrate,
20 - 24 g/1 Natriumhypophosphit-monohydrat und20 - 24 g / 1 sodium hypophosphite monohydrate and
35 - 45 g/1 Äpfelsäure o bei einer Temperatur von 86 - 90 C und nach Spülen mit35 - 45 g / 1 malic acid o at a temperature of 86 - 90 C and after rinsing with
Inertgas bei verschiedenen pH-Werten (eingestellt mit Schwefelsäure/Ammoniakwasser) Überzüge von Nickel-Phosphor- Legierungen auf dem Schwingquarz abgeschieden.Inert gas at various pH values (adjusted with sulfuric acid / ammonia water). Plates of nickel-phosphorus alloys are deposited on the quartz crystal.
Nach Austausch der Abscheidungslösung gegen eine ebenfalls auf 86 - 90 C temperierte und mit Inertgas gespülte 0,1 M Natriumsulfatlösung werden die auf dem Schwingquarz abgeschiedenen Überzüge als Arbeitselektrode in einer Dreielektrodenanordnung gegen ein Referenzpotential (gesättigte Kalomelelektrode SCE) und eine Platin- Gegenelektrode geschaltet. Die bei der anodischen Auflösung registrierten potentiodynamischen Strom-Spannungskurven von Nickel-Phosphor-Überzügen, die bei verschiedenen pH-Werten abgeschieden wurden, sind in Abbildung 4 dargestellt. Die Verläufe zeigen charakteristische Unterschiede. Aus dem während der Auflösung gemessenen Ladungs-Masse-Verhältnis kann in-situ auf den jeweiligen Phosphorgehalt geschlossen werden. Darüberhinaus ist anhand der Strom-Spannungskurven durch Vergleich mit einer Soll-Kurve und einer automatischen pH-Einstellung eine Prozeß-Kontrolle in der Weise möglich, daß Schichten mit exakt konstantem Phosphorgehalt erhalten werden. Beispiel 2 :After replacing the deposition solution with a 0.1 M sodium sulfate solution, which is also heated to 86 - 90 C and flushed with inert gas, the coatings deposited on the quartz crystal are switched as working electrodes in a three-electrode arrangement against a reference potential (saturated calomel electrode SCE) and a platinum counter electrode. The potentiodynamic current-voltage curves of nickel-phosphorus coatings recorded during anodic dissolution, which were deposited at different pH values, are shown in Figure 4. The courses show characteristic differences. The respective phosphorus content can be determined in situ from the charge-mass ratio measured during the dissolution. In addition, on the basis of the current-voltage curves by comparison with a target curve and an automatic pH adjustment, a process control is possible in such a way that layers with an exactly constant phosphorus content are obtained. Example 2:
Aus einem Bad der in Beispiel 1 genannten Zusammensetzung wird ebenfalls bei Temperaturen zwischen 86 - 90 C bei einem pH-Wert von 4,8 nach Zusatz von 5 x 10 mol/1 Thioharnstoff eine Nickel-Phosphor-Schicht abgeschieden. Die Strom-Spannungskurven der anodischen Auflösung (gleiche Bedingungen wie im Beispiel 1 genannt) zeigen eine starke Veränderung gegenüber den Schichten, die aus einem Bad ohne Zusatz abgeschieden wurden (Abbildung 5). Die Strom- Spannungskurven lassen sich korrelieren mit Daten über Korrosionsbeständigkeit, die aus unabhängigen Versuchen (wie z. B. Salzsprühtest, "Kesternichtest" ) erhalten werden. Dabei zeigt sich, daß die Nickel-Phosphor-Legierungen, die aus Bädern mit Zusätzen von Thioharnstoff oder anderen Schwefelhomologen abgeschieden werden, wesentlich schlechtere Korrosionsbeständigkeiten aufweisen. Durch Analyse der anodischen Strom-Spannungskurven ist die Aussage schon während der Abscheidung, also in-situ möglich.A nickel-phosphorus layer is also deposited from a bath of the composition mentioned in Example 1 at temperatures between 86-90 ° C. at a pH of 4.8 after the addition of 5 × 10 mol / 1 thiourea. The current-voltage curves of the anodic dissolution (same conditions as mentioned in example 1) show a strong change compared to the layers that were deposited from a bath without addition (Figure 5). The current-voltage curves can be correlated with data on corrosion resistance, which are obtained from independent tests (such as salt spray test, "Kesternich test"). It is shown that the nickel-phosphorus alloys which are deposited from baths with additions of thiourea or other sulfur homologues have significantly poorer corrosion resistance. By analyzing the anodic current-voltage curves, it is possible to make a statement during the deposition, i.e. in-situ.
Weitere Beispiele für Zusammensetzungen chemisch-reduktiver Nickelbäder, die mit dem beschriebenen Verfahren überwacht und gesteuert werden können, sind in den Beispielen 3 - 6 aufgeführt.Further examples of compositions of chemical-reductive nickel baths which can be monitored and controlled using the described method are listed in Examples 3-6.
Beispiel 3:Example 3:
Abscheidung in einem Bad der Zusammensetzung:Deposition in a bath of the composition:
20 - 40 g/1 NiSO^ • 6H2020 - 40 g / 1 NiSO ^ • 6H 2 0
Figure imgf000010_0001
20 - 33 g/1 H00C-CH(0H)-C00H 2 - 20-g/l PbCl^
Figure imgf000010_0001
20-33 g / 1 H00C-CH (0H) -C00H 2-20-g / l PbCl ^
Temperatur: 80 - 92 °C pH-Wert: 4,4 - 5,4, eingestellt mit KOH Beispiel 4 :Temperature: 80 - 92 ° C pH: 4.4 - 5.4, adjusted with KOH Example 4:
Abscheidung in einem Bad der Zusammensetzung:Deposition in a bath of the composition:
25 - 45 g/1 NiSO^. * 6H20
Figure imgf000011_0001
25 - 45 g / 1 NiSO ^. * 6H 2 0
Figure imgf000011_0001
5 - 20 g/1 CgHgO? H^O5 - 20 g / 1 CgHgO? H ^ O
2 - 7 g/1 Essigsäure2 - 7 g / 1 acetic acid
Temperatur: 82 - 90 ° C pH-Wert: 4,4 - 5,0, Eingestellt mit AmmoniakTemperature: 82 - 90 ° C pH: 4.4 - 5.0, adjusted with ammonia
Beispiel 5:Example 5:
Abscheidung in einem Bad der Zusammensetzung:Deposition in a bath of the composition:
18 - 34 g/1 NiSO^ 6H20 17 - 25 g/1 NaH2P02 - H^O 12 - 20 g/1 Essigsäure 4 - 8 g/1 CH2(0H)-C00H
Figure imgf000011_0002
18 - 34 g / 1 NiSO ^ 6H 2 0 17 - 25 g / 1 NaH 2 P0 2 - H ^ O 12 - 20 g / 1 acetic acid 4 - 8 g / 1 CH 2 (0H) -C00H
Figure imgf000011_0002
Temperatur: 88 - 92 ° C pH- Wert: 4,0 - 4,4, eingestellt mit AmmoniakTemperature: 88 - 92 ° C pH: 4.0 - 4.4, adjusted with ammonia
Beispiel 6:Example 6:
Abscheidung in einem Bad der Zusammensetzung:Deposition in a bath of the composition:
18 - 34 g/1 NiSO « 6H20 17 - 25 g/1 NaH2P02 ' H20 12 - 20 g/1 Essigsäure18 - 34 g / 1 NiSO "6H 2 0 17 - 25 g / 1 NaH 2 P0 2 'H 2 0 12 - 20 g / 1 acetic acid
4 - 8 g/1 CH2,(0H)-C00H 0,7- &"_*/! 2-Mercaptobenzthiazol4-8 g / 1 CH2, (0H) -C00H 0.7- & "_ * /! 2-mercaptobenzothiazole
Temperatur: 88 - 92 ° C pH-Wert: 4,6 - 5,2, eingestellt mit Ammoniak Temperature: 88 - 92 ° C pH: 4.6 - 5.2, adjusted with ammonia

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur Steuerung von Metallabscheidungsbädem dadurch gekennzeichnet, daß die voneinander unabhängigen Größen Masse, Ladung, Impedanz und Oberflächenverspannung sowie Viskosität der flüssigen Phase unter Verwendung von oszillierenden Schwingquarzen gemessen werden.1. A method for controlling metal deposition baths characterized in that the mutually independent variables of mass, charge, impedance and surface tension as well as viscosity of the liquid phase are measured using oscillating quartz crystals.
2. Verfahren zur Steuerung von Metallabscheidungsbädem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß bei kontinuierlicher Registrierung von Masseänderungen mindestens eine oder mehrere andere Größen wie Ladung, Impedanz und Oberflächenverspannung sowie Viskosität der flüssigen Phase gemessen werden.2. A method for controlling metal deposition baths according to claim 1, characterized in that at least one or more other variables such as charge, impedance and surface tension as well as viscosity of the liquid phase are measured with continuous registration of changes in mass.
3. Verfahren zur Steuerung von Metallabscheidungsbädem nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Größen nur eine Seite des oszillierenden3. A method for controlling metal deposition baths according to claim 1 or 2, characterized in that only one side of the oscillating for measuring the sizes
Schwingquarzes mit den Elektrolyten Kontakt hat.Quartz crystal has contact with the electrolytes.
4. Verfahren zur Steuerung von Metallabscheidungsbäde nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 3 dadurch gekennzeichnet, daß stöchiometrisch und/oder strukturell bedingte Schichteigenschaf en während des Abscheidungsvorganges (in- situ) durch Abscheidungs- und/oder Auflösungszyklen ermittelt werden. 4. A method for controlling metal deposition baths according to at least one of claims 1-3, characterized in that stoichiometric and / or structurally determined layer properties are determined during the deposition process (in situ) by deposition and / or dissolution cycles.
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