Электролит для осаждения покрытийиз сплава олово-свинец

 

Союз Советских

Социалистических

Республик .

ОПИСАНИЕ

ИЗОЬРЕтКНИЯ """""

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 17. 07. 79 (21) 2798009/22-02 (51)М Kll с присоединением заявки ¹

С 25 0 3/60

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 230581. Бюллетень № 19 (53) УДК 621.357.

° 7:669.64 (088.8) Дата опубликования описания 23. 05 . 81

В.В. Орехова, Ф.К. Андрющенко и В.М./АртемеикО,;.

/

,,(/,:Э! /

Харьковский ордена Ленина политехничФокцй " - =; институт им. В.И. Ленина

-.. ) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ ПОКРЫТИИ

ИЗ СПЛАВА ОЛОВО-СВИНЕЦ

Изобретение относится к гальвано- стегии, в частности к злектролитическому осаждению покрытий из сплава олово-свинец, используемых в производстве печатных плат для улучшения пайки элементов, и в качестве защитного реэиста при травлений.

Известен электролит для осаждения покрытий из сплава олово-свинец, содержащий олово двухлористое, свинец углекислый, калий пирофосфорнокислый, гидразин солянокислый, клей столярный и аминосодержащее соединение, например 4,4 -диамино-3,3 -диметоксидифенилметан (1).

Однако при осаждении покоытий из известного электролита на медную, подложку наблюдается взаимная диффузия металла основы и компонентов сплава, что r.риводит к повышению тем- 2О пературы плавления сплава, ухудшению" паяемости и коррозионной стойкости, охрупчиванию покрытий и их осыпанию с основы.

Цель изобретения — улучшение паяемости покрытий н повышение их корроэионной стойкости.

ПОставленная цель достигается тем, что электролит дополнительно содержит пирофосфорную кислоту и тиомочевину, а в качестве амнносодержащего соединения — трилон Б (двунатриевую соль этнлендиаминтетрауксусной кислоты) при следующем соотношении компонентов, г/л:

Олово двухлористое 50-60

Свинец углекислый 16-20

Калий пирофосфорно- . кислый 220-250

Трилон Б 70-&0

Пирофосфорная кислота 15-25

Тиомочевина 25-35

Гидраэин солянокислый 5-8

Клей столярный, 0,4-0,7

Осаждение сплава проводят при катодной плотности тока 0,5-5 А/дм и температуре 18-25 С. В качестве о анодов используют оловянно-свинцовый сплав, имеющий состав, идентичный с катодным осадком. Растворение анодов протекает без затруднений при плотности тока 1-5 A/äì .

Содержание олова в сплаве 6015%, катодный выход по току 80-90%.

Введение в электролит трнлона Б, пирофосфорной кислоты и тиомочевины способствует выделению сплава, состав которого однороден по толщине н предотвращает осажденне одного олова в первые минуты электролиза. Такое

831874 действие объясняется сближением потенциалов выделения свинца и олова, при котором преимущественного выделения олова в сплав не происходит..

Этому могут способствовать цепные и кольцевые тио-, амидо- и имидопирофосфаты, образование которых может иметь место при определенных условиях.

Кроме того, удается снизить рН электролита без нарушения его стабильности, что важно для подавления образования гидроксидов. Металлы в растворе связаны в смешанные комплексы, в координационную сферу которых включаются группы пирофосфата, трилона Б и тиомочевина. При разряде смешанных комплексов освобождающиеся координационные группы трилона

Б и тиомочевины, обладающие буферным действием, устраняют подщелачивание прикатодного слоя, поэтому появления 2D гидроксидов свинца;и включения их в катодный осадок не происходит.

В результате осаждаемые покрытия представляют собой сплав структуры— твердый раствор с неискаженной крис- 25 таллической решеткой, обладают хорошей способностью к пайке а диффузия меди из основы в покрытие отсутствует.

Интервалы концентраций двухлористого олова, углекислого свинца в пиро- о фосфорнокислого калия соответствует области устойчивого существования пирофосфатных комплексов обоих металлов .

При концентрации трилона Б и тиомочевины ниже указанных пределов, сплав обогащается оловом, а в первый момент электролиза в покрытие выделяется чистое олово. При концентрациях выше указанных пределов сплав обогащается свинцом, что приводит к 40 повышению температуры его плавления.

Интервал концентраций пирофосфорной кислоты обусловлен устойчивым состоянием электролита без выделения осадков . 45

Концентрация солянокислого гидразина, ниже 5 г/л недостаточна для предотвращения окисления.Sn + в Sn4+.

Повышать концентрацию более 8 г/л нецелесообразно, так как восстанови- О тельное действие при этом не изменяется.

Содержание столярного клея ниже

0,4 r/ë приводит к выделению более крупнокристаллических.осадков. При его содержании выше 0 7 г/л снижается катодный выход по тоху..

Электролит готовят следующим образом.

Двухлористое олово растворяют в воде, подкисленной соляной кис- go лотой (3 мл кислоты íà f л воды), и приливают к раствору пирофосфорнокислого калия при перемешивании.

Затем приливают раствор трилона Б, вводят смоченный водой углекислый 65 свинец и перемешивают до его полного растворения, после чего приливают пирофосфорную кислоту и растворы тиомочевины и солянокислого гидразина. Раствор клея добавляют последним.

Электролит отличается повышенной устойчивостью. После эксплуатации предлагаемого электролита в течение

30 сут с общим количеством пропущенного электричества 450 A ч/л качество покрытий не изменяется, кристаллизация солей или выпадение каких-либо осадков из объема раствора не наблюдается, в то время, как в известном электролите после эксплуатации в течение 15 сут с общим количеством протекшего электричества

225 A ч/л отмечается выпадение белого, кристаллического осадка из объема электролита. Качество покрытий по мере работы электролита ухудшается.

Из предлагаемого электролита осаждают мелкокристаллические, равномерные, светлые покрытия. При испытании образцов на изгиб до излома и нанесением сетки царапин установлено, что покрытия прочно сцеплены с основой.

В табл. 1 представлены составы известного и предлагаемого электролитов; а также режим и результаты их электролиза.

В табл.2 представлены данные по коррозионной стойкости покрытий из сплава олово — свинец к воздействию агрессивной среды.

Коррозионные испытания проводят в агрессивной среде состава, г/л: натрий хлористый 27) уксусная кислота 2,2j медь хлорная 1,6 при температуре 18-25 С.

Образцы выдерживают в течение

1 мес с периодическим еженедельным контролем поверхности под микроскопом при увеличении х 63. Для выявления коррозии на границе медь сплав олово — свинец используют ме-тод наложения фильтровальной бумаги, пропитанной насыщенным водным раствором железосинеродистого калия.

Способность к пайке определяют тензометрическим методом по минимальному времени смачивания покрытий мягким припоем.

Наличие меди,в покрытии при условии диффузии устанавливают при помощи рентгеноструктурного анализа..

Как видно из таблиц, осаждаемые покрытия обладают большей коррозионной стойкостью и лучшей способностью к пайке. Благодаря устранению диффузии меди в сплав покрытия не теряют свои свойства после прогрева, что обеспЕчивает прочность и надежность мест пайки.

Предлагаемый электролит не содержит токсичных компонентов, устойчив, прост в приготовлении и эксплу831874 водстве печатных плат и дорогостоящих полупроводниковых приборов, снижение процента брака за счет улучшения пайки и повышения ее надежности и процента брака за счет потери специальных свойств покрытий при диффузии обуславливает значительный экономический эффект.

Кроме того, сокращение минимального времени смачиваемости покрытий приводит k повышению производительности процесса пайки.

Таблица 1

Олово двухлористое

Свинец углекислый

55

35-40

20-25

18

20

Калий пирофосфорнокислый

250

220 235

70 75

570-600

Трилон Б

Пирофосфорная кислота

20

35

30

Тиомочевина

Гидразин солянокислый 5

8-12

6 5

0,7

0,55

0,4

1,5

Клей столярный

Температура, С

18-25

18-25 18-25

18-28

0,5-5

0,5-5

0,5-5

Содержание олова в сплаве, %

97-83

Выход по току,%

5"7

5-7 5-7

Время смачиваемости покрытия припоем,с

1,2

0,7

1,0

1,5-2

Заметные количества

Не обнаружено

Внешний вид покрытия. Потемнение, после нагрева чешуйчатые отслоения по периметру атации и имеет более широкий диапазон катодных и анодных плотностей тока.

Таким образом, покрытия, осаждаемые из предлагаемого электролита отличаются более высокой способностью к пайке и создают барьерный слой, препятствующий диффузии меди в покрытие.

В предлагаемом электролите повышены прочность и надежность мест пайки, устранено охрупчивание паяемых мест °

Поскольку покрытия сплава олово — . 10 свинец широко используются в произПлотность тока, A/äì 0,5-4 j

Толщина покрытия,мкм 5-7

Наличие меди в покрытии после прогрева в течение 24 ч при 100 С

61-57 62-59 65-60

93-80 95-83 . 96-84

Светлые, мелкокристаллические

831874

Таблица 2

Известный,Без Поиз- тускме- нение нений по .поверхности

Дальней- Появле- 4 шее по- ние протускне- дуктов ние по- корроверх- зии ности

Предлагаемый по примерам .

То же Без Без изизме- менений некий

Легкое потускнение поверхности

То же

То же То же

0,5

Формула изобретения

Составитель,.В. Бобок

Редактор Н.Егорова Техред N. Голинка Корректор Г. Назарова

Заказ 3642/65

Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4

Электролит для осаждения покрытий из сплава олово - свинец, содержащий олово двухлористое,свинец углекислый, калий пирофосфорнокислый, гидраэин солянокислый, клей столярный и аминосодержащее соединение, отличающийся тем, что, с целью улучшения паяемости покрытий и повышения их коррозионной стойкости, он дополнительно содержит пирофосфорную кислоту и тиомочевину,а в качестве аминосодержащего соединения - трилон Б (двунатриевую соль этилендивминтетрауксусной кислоты) при следующем соотношении компонентов, г/л:

Олово двухлористое 50-60

Свинец углекислый 16-20

Калий пирофосфорнокислый 220-250

Трилон Б 70-80

Пирофосфорная кислота 15-25

Тиомочевина 25-35

Гидразин солянокислый 5-,8

Клей столярный 0,4-0,7

Источники информации, принятые во внимание.при экспертизе

1. Пурин Б.A. и др. Комплексные электролиты в гальванотехнике. Рига, "Лиесма", 1978, с. 240-241.