Электролит для осаждения покрытий из сплава олово-кобальт

(54) ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ИЗ СПЛАВАОЛОВО - КОБАЛЬТо сос сИзобретение относится к гальваностегии, вчастности к электролитическому осаждениюпокрытий из сплава оловокобальт (меньше1% кобальта), используемых в производствепечатных плат,Известен электролит для осаждения покры.тий из сплава олово - кобальт, содержащийхлористые олово и кобальт, натрий фтористый,натрий хлористый, соляную кислоту и смачива.тель ОС - 20 (11,Электролит начал использоваться на рядепредприятий для нанесения металлическогорезиста олово-кобальт (содержание кобальта1%) на проводники и в отверстия печатныхплат вместо покрытий серебром и сплавомолово-свинец.Однако указанный электролит отличаетсянизкой рассеивающей способностью, производительностью и стабильностью в процессе хрзне.ния без тока, Последнее связано с окислениемдвухвалентного олова в четырехвалентное,Накопление четырехвалентного олова в электролите ухудшает наяемость покрытий из сплаваолово-кобальт. В соответствии с отраслевыми стандартами,например ОСТ 4, Г 0.014,000, номинальная толщина защитного покрытия, используемого в качестве металлического резиста, составляет 9 -12 мм, Ввиду низкой рассеивающей способнос.ти электролита соотношение толщины сплаваолово-кобальт на проводниках и в отверстияхпечатной платы колеблется от 2 - 2,5:1, Дляполучения в отверстиях покрытий номинзльнойтолщины приходится завышать общую тошцину10, покрытия до 15 - 20 мкм, а это удлиняетвремя электролиза и вызывает значительныйперерасход олова,Следствием низкой рассеивающей способности является и невысокая допустимая плот 15 ность тока 0,50 - 1,00 А/дм, обеспечивающаяполучение компактных. покрытий, А это ограничивает производительность процесса.Наиболее близким к предлагаемому п. таву компонентов является электролит дляосаждения покрытий из сплзва на основе олова, содержащий олово хлористое (двухводное),кобальт хлористый (шестиводный), цинк хлоритый, зммоний хлористый, фторид натрия, би3 95452фторид калия, соляную кислоту, оксиэтилированную смесь высших жирных спиртов (смачиватель ОС - 20), вещество, выбранное из группы,Ьключающей натриевую соль нафталин - 2 - сульфокислоты и дисульфонафтапиновую кислоту иводу 2.Электролит предназначен для осаждениятройного сплава олово-цинк-кобальт (0,01 -0,25% кобальта) как защитно-декоративного,покрытия, а также и для улучшения пайки.Однако в технологии изготовления печатныхплат обязательной является операция вытравливания меди с пробельных участков, В процессетравления сплав олово-цинк-кобальт корродирует в этих условиях и, не обеспечивает поэтому последующей пайки в отверстиях печатныхплат, т.е. покрытия, получаемые из известногоэлектролита, обладают недостаточной корро.зионной стойкостью (К), которая при испытании в 3%-ном. растворе хлористого натрия сос-,тавляет 4-5 баллов.Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости покрытий, а также рассеивающейспособности и стабильности электролита,Поставленная цель достигается тем, чтоэлектролит, содержащий хлористые олово, кобальт и аммоний, фтор-ионы, минеральнуюкислоту, оксиэтилированную смесь высших жирных спиртов (смачиватель ОС - 20) и воду, дополнительно содержит аммоний лимоннокислый30однозамещенный, а в качестве источника фтор-,ионов и минеральной кислоты - аммонийфтористый и борфтористоводородную кислоту(40%-ную) соответственно при следующемсоотношении компонентов,Олово хлористое, г 50-70Кобальт хлористый, г 5 - 30Аммоний хлористый, г 80-120Аммоний фтористый, г 50 - 70Аммоний лимоннокислыйоднозамещенный, г 20 40 40Борфтористоводороднаякислота (40%), мл 20 - 40Смачиватель ОС - 20, г 2 - 6Вода, л До 1Процесс осаждения рекомендуют проводить 45при рН - 3,5 - 4,5, температуре 17 - 25 С и плотности тока 1 - 4 А/дм с использованием анодовгпз чистого олова,Электролит готовят следующим образом.В предварительно подкисленный борфтористоводородной кислотой воде растворяют аммо- с 8 4ний лимоннокислый однозамещенный, аммонийфтористый, хлористые олово и кобальт и хлоэистый аммоний. Смачиватель ОС - 20 вводятв электролит в растворенном состоянии.Замена фтористого натрия на фтористыйаммоний улучшает внешний вид покрытийпри повышенных плотностях тока.Хлористый аммоний совместно с лимоннокислым аммонием однозамещенным и борфтористоводородной кислотой увеличиваютэлектропроводность и борфтористоводороднойкислотой увеличивают электропроводность раствора, что приводит к улучшению рассеивающей способности и стабильности раствора., иулучшают его буферные свойства. Это позволяет получать компактные покрытия сплавомвплоть до плотности тока 4 А/дмг.ЪЛимоннокислый аммоний однозамещенныйявляется веществом, с которым олово и кобальт образуют комплексные соединения,За счет образования более прочных смешанныхфторидно-цитратных комплексных ионов, олова уменьшается склонность олова к окислению, увеличивается поляризуемость катодаи тем самым, улучшается рассеивающая способность электролита, Вследствие образованияцитратных комплексных ионов кобальта затрудняется его совместный разряд с оловом и содержание кобальта в сплаве с плотностью токамало изменяется,1 Потери кобальта в электролите восполняются периодическим корректированием его солью кобальта после пропускания не менее 100 А ч/л.Поддерживая определенную концентрацию олова и кобальта в электролите и плотность тока, регулируют содержание кобальта в сплаве от 0,003 до 0,1%,Из электролита осаждаются компактные,равномерные, светлые, мелкокристаллическиеполублестящие или серебристо - белые покрытия толщиной до 25 мкм с выходом по току 93 - 100% и скоростью осаждения 0,5 -1,8 мкм/мин. Микротвердость покрытий составляет 20 - 24 кг/мм,Электролит стабилен в работе при пропускании 300 Ач/л.В таблице представлена характеристикаэлектролита по примерам и условия электро-.лиза,954528 г 3 4 70 50 30 20 10 60 70 50 30 40 30 20 120 100 80 30 30 20 4,1 рН 18 25 22 22 4,0 3,0 2,0 1,0 5,6 6,7 10 20 8,5 9,0 12,5 24,0 98 93 1,5 1,8 1,0 0,5 1,18 0,90 0,80 Р,42 0,003 0,102 0,053 0,012 56 61 67 74 0,621 0,667 0,724 0,791 12,39,9 13,3 8,8 12,8 9,2 12,2 10,5 Характеристика электролитаи условия электролиза Состав электролита, г/л Хлористое оловоХлористый кобальт Фтористьтй аммоний Борфтористоводороднаякислота (40%), мл/л Хлористый аммоний Лимоннокислый аммонийодноэамещенный Смачиватель ОС - 20 Режим осаждения: Температура, СПлотность тока, А/дм Продолжительность электролиза(средняя), мин. Продолжительность для достижения толщины 10 мкм вотверстиях платы,. мин,Выход по току, % Скорость осаждения: средняя, мкм/миндля плат, мкм/минСодержание кобальта, % Рассеивающаяспособность:а) в щелевой ячейке Молерас разборным катодом,Й/тг= 2,35, % б) критерий Каданера Отношение толщины покрытияна проводниках к толщине покрытия в отверс 1 иях печатной платы, мкм Примеры1 18Продолжение таблицы 954528 Характеристика электролитаи условия электролиза 3 4 94 99 свежеосажденное покрытие после трехмесячногохранения 95 90 96 б) время смачивания, с свеже осажденное покрытие 0,6 0,5 0,5 0,6 после 1 года храненияпосле 2 лет хранения 0,8 0,7 О,б 0,8 0,8 0,9 0,7 0,9 в) по ОСТ 4.Г 0,054.089; Кр свежеосажденных покрытий 3,93 3,65 3,92 3,68 3,59 3,47 3,62 3,52 Кр после 1 года храненияКр после 2 лет хранения 3,24 2,69 3,42 2,81 6,7 7,2 6,7 6,4 6,5 6,7 6,4 после 1 года храненияпосле 2 лет хранения 6,2 6,4 6,5. 6,2 Показатель коррозии, бал К., (коррозионная стойкость) 10 10 к 2( - " - ) 10 10 10 31 (защитная способность) 10 3 ( . - " - ) 10 10 10 10 Устойчивость электролита прихранении без тока - окисленочерез 30 суток Зп, % 15 16 15 13 П р и м е ч а н и е. К, 3., определяют в растворе, содержащем, г/л:Хлористый натрий 27Уксусная кислота 2,2Хлорная медь 1,6при комнатной температуре (толщина покрытия 9 мкм);К 1, 3, определяют в 3%-ном растворе хлористого натрия. Способность к пайке:а) по числу удовлетворительно заполненных припоемотверстий аечатной платы,%: г) тангенс угла наклонакривой смачиваемости:свежеосажденноепокрытие Примеры 1 1Составитель В, БобокТехред С,Мигунова Корректор О. Билак Редактор Е, Лушникова Подписное Тираж 686 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Заказ 6379/27 Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 5 Таким образом, электролит повышзет в 1,8 - 2,5 раза коррозионную стойкость покрытий, что позволяет использовать покрытия сплавом олово-кобальт при последующей пайке в отверстиях печатных плат 5На многих предприятиях в качестве металлического резиста при изготовлении печатных плат комбинированным позитивным способом применяется серебро. В связи с дефицитностью серебра встает вопрос о замене его другим 1 О покрытием, например, сплавом олово-кобальт или олово - свинец. Покрытие сплавом оловокобзльт более перспективно, так кзк отпадает ряд операций: осветление покрытия после вьгграйливания меди, оплавление, Кроме того, электролнт 15 для нанесения сплава олово - кобальт более прост в приготовлении и эксплуатации. Поэтому потребность в замене серебра и сплава олойо - свинец на сплав олово-кобзльт велика,Ожидаемый экономический эффект от внед О рения сплава олово-кобальт взамен серебра только на одном предприятии составит 150000 рублей, при максимальном же исполь. зовании на различных предприятиях зкономический эффект составит более 1 млн. руб. э 5 Формула изобретения Электролит для осаждения покрытий из спла. ва олово - кобальт, содержзщий хлористые олово,зокобзльт и аммоний, фтор-ионы, минеральнуюкислоту, оксиэтилированную смесь высшихжирных спиртов (смачиватель ОС - 2 С) и воду,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения коррозионной стойкости покрытия,рассеивающей способности и стабильности элект.ролита, он дополнительно содержит лимоннокислый однозамещенный зммоний, а в качествеисточника фтор-ионов и минеральной. кислоты -фтористый аммоний и борфтористоводороднуюкислоту (40% -ную) соответственно при следующем соотношении компонентов:Хлористое олово, г 50-70Хлористый кобальт, г 5 - 30Хлористый аммоний, г 80-120Фтористый аммоний, г 50-70Лимоннокислый одноза.мещенный зммоний г 20 40Борфтористоводороднаякислота 140%-ная), мл, Смачиватель ОС, гВода, лИсточники информзции,принятые во внимание при экспертизе1. Коптева Р. В, и др, Электроосаждениеолова с примесью кобальта из хлорид.фторидрого электролита. Сб. "Электролитические по.крытия сплавами", М., МДНТП, 1975, с.24 - 25;2. Авторское свидетельство СССР У 676638,кл. С 25 О 3/60, 1977.