Способ электроосаждения никельсодержащих покрытий

 

Изобретение относится к электроосаждению сплава золото - никель и может быть использовано в электротехнической и электронной промьшшенности. Цель изобретения - изменение содержания никеля по толщине покрытия . Способ включает электроосаждение сплава золото - никель из пирофосфатного электролита чередующимися пачками импульсов тока. ГГроцесс .ведут последовательно, увеличивая от пачки к пачке частоту следования импульсов от 40 до 6000 Гц и уменьшая амплитуду плотности тока от 120 до 15 А/дм. Длительность пачек импульсов составляет 120 с, а средняя плотность тока - 0,8-i,5 А/дм. Создание покрытий, состоящих из чередующихся слоев, отличающихся по концентрации компонентов в сплаве, способствует образованию покрытий с низ-- КИМ переходным сопротивлением, табл. «

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„.SU „1420078

1594 3 56 48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

:(21) 4191674/31-02 (22) 09.02.87 (46) 30.08.88. Бюл. У 32 (71) Днепропетровский институт инженеров железнодорожного транспорта им. М.И. Калинина (72) В.А.Заблудовский, Н.А.Костин, В.И. Каптановский, А.В ° Крапивной, Т. Я. Еременко и В.М. Замурников (53) 621.357.7.669.21.24{088.8) (56) Вячеславов П.М. Электролитическое осаждение сплавов. Л.: Машиностроение, 1977, с. 84.

Авторское свидетельство СССР

У 1110825,кл. С 25 Р 5/18, 1983. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ НИКЕЛЬСОДЕРЖАЩИХ ПОКРЫТИЙ (57) Изобретение относится к электроосаждению сплава золото — никель и может быть использовано в электротехнической и электронной промышленности. Цель изобретения — изменение содержания никеля по толщине покрытия. Способ включает электроосаждение сплава золото — никель из пирофосфатного электролита чередующимися пачками импульсов тока. 71роцесс .ведут последовательно, увеличивая от пачки к пачке частоту следования ж пульсов от 40 до 6000 Гц и уменьшая амплитуду плотности тока от 120 до

15 А/дм . Длительность пачек импульсов составляет 120 с, а средняя плотность тока — 0,8-1,5 А/дм . Соз1 дание покрытий, состоящих из чередующихся слоев, отличающихся по концентрации компонентов в сплаве, способствует образованию покрытий с низким переходным сопротивлением,1 табл.

1420078

Изобретение относится к электроли" тическому осаждению сплава золото никель и может быть использовано в, электротехнической и электронной промышленности.

Пель изобретения — изменение, содержания никеля по толщине покрытия.

Электраосаждение покрытий сплавом золото — никель ведут из пирофос- 10 фатнаго электролита чередующимися пачками импульсов тока, осаждеиие ведут с последовательным от пачки к пачке увеличением частоты следования импульсов от 40 до 6000 Гц и уменьшение амплитуды плотности тока от

120 до 15 А/рмтк при длительности пачек импульсов 120 с и средней плотности така 0,8-1,5 A/äì . В резуль2 тате формируется микрослаистая IIo толщине сгруктура покрытий, ««р «чем

B прилегающих к подло>кке микрослоях, которые являются барьерными (они пре. дохраняют от диффузии металла подl ложки в покрытие сплавом), концент- рация никеля в этих микрослоях составляет 18-20 мас.% М. Это достигается малыми частотами следования импульсов и высокими амплитудами плотности тока. При повьппении частоты следования импульсов и уменьшении амплитуды плотности тока концентрация Ni в сплаве уменьшается и при частоте 4 — 6 кГц и амплитуде плотности тока 15-25 A/äì составляет 3- 35

5 мас.%. Поверхностные слои содержат меньшую концентрацию в сплаве

Аи-М, а следовательно, обладают более низким удельным и переходным сопротивлениями, меньшими внутрен— ними напряжениями по сравнению с внутренними микрослоями, прилегающими к подложке, в которых концентрация М вьппе 18-20 мас.X. Концентрация никеля в сплаве па толщине все- 45 го покрытия изменяется (уменьшается) от 18 — 20 мас.% у подложки до

-3 — 5 мас.% N> на поверхности.

Сплав Au-Ni часто осаждают на подложку из никеля, пермаллоя или меди.

При повышенном содержании Ni в сплаве Ац-Ni период кристаллической решетки сплава приближается к чисто никелевому покрытию, что позволяет Hp сколько уменьшить внутренние напряже- 55 ния между подложкой и покрытием сплава, вызванные перестройкой кристаллической решетки, Кроме того, слои с повышенным содержанием Ni в сплаве

Au-Ni служат барьером, в этих микрослоях значительно экономится золото по сравнению с поверхностными микрослоями.

Увеличение частоты следования поляризующих импульсов тока последовательно от пачки к пачке от 40 до

Г 4

6000 Гц и уменьшение амплитуды от

120 до 15 А/дм2 обусловлено следую1 щим, Необходимо получить у подложки повьппенную концентрацию никеля в сплаве Au-Ni (до 20 мас.X Ni) для создания барьерного слоя, предотвращающего диффузию металла подложки в покрытие сплавом. Повышение частоты следования импульсов от 40 до 6000 Гц и уменьшение амплитуды плотности тока от 120 до 15 А/дм позволяет уменьшить концентрацию в сплаве да 35 мас.% Ni, что уменьшает переходное сопротияление и повышает эррозионную

i стойкость покрытий.

Быстрое спадание катадного потенциала за первые 8-10 мин осаждения и затем уменьшение скорости изменения потенциала позволяет в первых 1,01,5 мкм толщины покрытия сплавом получить осадок с большей концентрацией

Ni (около 20-12 мас.% Ni), а в последующих 1,0-1,5 мкм — пониженное содержание Ni в сплаве (около 105 мас.% М), что позволяет сэкономить золото. Создание покрытий, состоящих из тонких чередующихся насыщенных дефектами слоев, отличаюшихся по субструктуре и концентрации компонентов в сплаве, способствует созданию прочных термостабильных покрытий. В осадках сплава Au-Ni, полученных по изобретению, внутренние напряжения значительно уменьшаются за счет того, что осаждение микрослоев сплава пачками импульсов тока с частотой импульсов в пачках выше 1000 Гц происходит при меньших значениях катоднай поляризации, при этом структура микрослоя Au-Ni покрытия формируется более равновесной, .т.е. с меньшими внутренними напряжениями, с меньшей концентрацией второго компонента, т.е. Ni, с большим размером блоков мозаики, с меньшей плотностью дислокаций, по сравнению со структурой сплава, полученной при сравнительно низких частотах поляризующих импульсов тока.

078

3 1420

Начальная частота поляриэующих импульсов тока. выбрана 40-50 Гц. При частотах, меньших 40 Гц и средней плотности тока 0,8 А/дм происходит сильное наводороживание Ai-Ni покрытий, повышение внутренних напряжений покрытия и нарушение его сплошности. Промежуточные частоты в последующих пачках: 80, 150, 300, 600, 11S0, 2250 Гц выбраны в примере для плавной перестройки структуры покрытий сплавом и уменьшения внутренних напряжений, Конечная частота выбрана 4-6 Гц, так как дальнейшее ловы- 15 жение частоты поляризующих импульсов тока практически не влияет как на концентрацию компонентов в сплаве, так и на структуру и свойства покрытий, приближаясь к структуре и свойствам покрытий, полученных на постоянном токе.

Начальная амплитуда плотности тока равна 100-120 А/дм, так как а дальнейшее увеличение амплитуды при - 25 водит к подгару покрытий, а концентрация никеля в сплаве практически не увеличивается. Промежуточные амплитуды в последуюших пачках: 90, 70, 50, 40, 30, 20 А/дм, выбраны для постепенного уменьшения второго компонента, т.е. Ni, и уменьшения внутренних напряжений при изменении структуры.

Конечная амплитуда плотности по.ляризующего тока выбрана 15 А/дм

При этой амплитуде плотности тока осаждаются покрытия сплавом с содержанием никеля 3-5 мас., кроме того, необходимо обеспечить среднюю плотность импульсного тока 0,81,5 А/дм при частотах 40-50 Гц.

Длительность пачек выбрана исходя из того, что уменьшение их длительности меньше 120 с приводит к 45

I увеличению протяженности межслойных границ, т.е. увеличивается концентрация дефектов кристаллической решетки, что приводит к увеличению переходного и удельного электросопротивлений. Увеличение длительности пачек импульсов более 120 с приводит к уменьшению прочностных характеристик и микротвердости.

Выбор средней плотности тока обусловлен качеством покрытия Au-Ni. Так 5 при импульсном электролизе качественные покрытия беэ подгара получают при средней плотности тока до 1, 5 А/дм, однако выхсд по току сплава при этой средней плотности уменьшается до 15-207, При средней плотности импульсного тока 0,81,0 A/äì выход по току составляет

35-407, т.е. уменьшается наводороживание.

Пример. Электроосаждение

Au-Ni покрытий проводили иэ пирофосфатного электролита, состава, г/л: золото (в пересчете на металл) 2,2, никель (в пересчете на.металл) 1,1, пирофосфат калия 64; сегнетова соль

74, рН 7,5, температура 20-25 С.

Электроосаждение сплава Au-Ni осуществляли на подложку иэ никеля, пермаллоя и меди. Толщина покрытия 0 510 мкм. Для получения сравнительных данных параллельно осаждение сплава

Au-.Ni осуществляли известными способами на постоянном токе плотностью

0,5 А/дм и импульсным током, чередующимися пачками импульсов. Время осаждения 16 мин. Все время осаждение разбивали на восемь пачек (по

120 с каждая), при этом частоту- следования импульсов от пачки к пачке увеличивали следующим образом: Г„

= 40 Гц f =; f3 — — 150 Гц, f < —— 300 Гц; f = 600 Гц; f 6 — — 1150 Гц. — 2250 Гц, f8 = 6000 Гц, à амплитуда тока l „,= 120 А/дм

2.

?макс z= 90 Аlдм; I „cp 70 A/äì

Тд д с(5 0 А/дм у Худкс 40 А /дм

Тщ„, = 15 А/дм . Средняя плотность импульсного тока составляла 0,81,S А/дм

Свойства полученных покрытий представлены в таблице.

Микротвердость измеряли на приборе ПМТ-3 при нагрузке на индентор

10 г.

Пористость покрытий определяли с помощью нанесения реактивов, которые, проникая, через поры покрытия, дают окрашенное соединение с металлом подложки.

Адгезионную прочность определяли качественно — методом нанесения сетки царапин по ГОСТ 16875-71.

Переходное сопротивление определялось согласно ГОСТ 16875-71.

Концентрацию компонентов в сплаве

Ац Ni определяли на рентгеноспектральном микроанализаторе "HS-46" фирмы "Камека". Расчеты концентрации осуществля" ли по программе "Пума" на мини-ЭВМ HP

1420078" тельность

Пример

Концентрация никелю в сплаве, мас 2

Т Ннкротвер- I Лористость Нерекодное

) дость (в топ)анне сопротивление

Нн . покрытия прн P » 20 г, 1 мкм), I » 50 м)1, Ом

Амплитуда плотности тока, 4/дмг

Средняя плотность тока, Tel

А/дм

Частота следования импульсов тока, Гц на поверхности процесса осах дения

Со

Cr началь- коиеч- иачальконечная, ная, ная, ная, ге»кc t 2»»кс В ь J

ГВ

) (прототип) 0,8 25 по всей толщине .

25 зооо

16

10-)2

3800-4000 Нет

О,О) -О,О)7

Ло предлагаемому способу 2 08 80

) з 1,5 )го

4 20 80

О,O07-0,Оi

0,007-0,0)5

0,006-0,008

0,009-0, О I 3.3500-3800

3600-4000

3500-3800

3700-4000

40 4000

50 6000

40 4000

40 5000

15-17

20-22

)6-88

4-6

15 о ° I

Нет

i7

15

4-6

16 17-19

5 1,0

100

3-5

I 20

6 1,0

0,006-0,009

350а3700

50

600

21-23

Составитель Ю. Поздеева

Техред Л.Олийнык

Корректор М, Пожо

Редактор Т. Лазоренко

Заказ 4294/28 Тираж 622

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская набев д, 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4

9835А фирмы "Хюлетт-паккард" с точ-ностью +0,6% по никелю.

Как видно иэ таблицы, предлагаемый способ позволяет изменить концентрацию никеля в сплаве Au-Ni по толщине всего покрытия от 18-20 мас.% Ni у подложки до 3-5 мас»% Ni на поверхности и тем самым уменьшить переходI ное сопротивления покрытий от 0,015 до 0,006 Ом. Способ позволяет сократить расход золота.

Формула изобретения .

Способ электроосаждения никельсодержащих покрытий, преимущественно

I покрытий сплавом золото — никель, включающий обработку в электролите чередующимися пачками импульсов тока, отличающийся тем, что, с целью изменения содержания никеля по толщине покрытия, обработку ведут с последовательным увеличением от пачки к пачке частоты следо10 вания импульсов от 40 до 6000 Гц и уменьшением амплитуды плотности

2 тока от 120 до;. 1 5 А/дм при ,длительности пачек импульсов

1.120 с и средней плотности тока 0„8)В 1,5 А/дм