5520 BY ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 5520
(13) C1
(19)
7
(51) C 23C 18/44
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ИЗ РАСТВОРОВ
ПОКРЫТИЙ ИЗ ЗОЛОТА
(21) Номер заявки: a 19990837
(22) 1999.09.06
(46) 2003.09.30
(71) Заявитель: Учреждение Белорусского государственного университета
"Научно-исследовательский институт физико - химических проблем"
(BY)
(72) Авторы: Воробьёва Татьяна Николаевна; Бобровская Валентина Павловна;
Рухля Владимир Анатольевич; Римская Анна Анатольевна (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение Белорусского государственного университета "Научно-исследовательский институт
физико-химических проблем" (BY)
BY 5520 C1
(57)
Способ химического осаждения из растворов покрытий из золота, включающий предварительное осаждение никель-фосфорного подслоя и последующее химическое осаждение золота из раствора химического золочения, содержащего дицианоаурат калия, хлорид
аммония и воду, отличающийся тем, что для осаждения никель-фосфорного подслоя используют раствор, содержащий ацетат никеля, гипофосфит натрия, ацетат аммония и воду
при следующем соотношении компонентов, моль/л:
ацетат никеля
0,036-0,044
гипофосфит натрия
0,17-0,21
ацетат аммония
0,23-0,29
вода
до 1 л,
а для химического осаждения золота используют раствор, дополнительно содержащий гипофосфит натрия и цитрат натрия при следующем соотношении компонентов, моль/л:
дицианоаурат калия
0,010-0,012
гипофосфит натрия
0,11-0,17
цитрат натрия
0,19-0,23
хлорид аммония
1,2-1,4
вода
до 1 л.
(56)
Курноскин Г.А. и др. Защита металлов, 1987. - Т. 23. - № 1. - С. 145-150.
SU 1514727 A1, 1989.
SAUBESTRE E.B. Metal Finishing, 1962. - V. 60, N 8. - P. 45-52.
CH 655132 A5, 1986.
RU 2114213 C1, 1998.
SU 1804274 A1, 1996.
JP 05163579 A, 1993.
BY 5520 C1
Изобретение относится к области осаждения из растворов функциональных и защитно-декоративных металлических покрытий на основе драгоценных металлов и может найти применение при изготовлении корпусов интегральных схем, покрытий печатных плат,
различных электродов и функциональных узлов электрорадиоаппаратуры, а также для получения декоративных покрытий из золота.
Известен способ гальванического осаждения золотых покрытий, который обеспечивает получение покрытий хорошего качества при их толщине не менее 3-4 мкм [1], а более
тонкие покрытия не обладают достаточными для эксплуатации равномерностью, защитными свойствами, способностью к пайке и ультразвуковой сварке. Известен также способ
химического осаждения золотых покрытий, в частности, из стабильных гипофосфитных
растворов многоразового использования [2], однако, скорость осаждения покрытий мала
(не более нескольких сотых мкм в час), а предельная их толщина не превышает 1 мкм. Такие покрытия не могут использоваться при сборке методами пайки и ультразвуковой
сварки или термокомпрессии, не выполняют в должной мере защитные функции, а в ювелирных изделиях быстро истираются. Необходимо отметить, что осаждение золота на
другие неблагородные металлы или сплавы, помимо никеля или Ni-P, например на медь и
на сталь, не находит широкого применения, поскольку при повышении температуры (при
пайке, сварке) возможно образование хрупких интерметаллических соединений и ухудшение адгезии покрытия к основе.
Наиболее близким к заявляемому по техническому существу и достигаемому результату является способ химического осаждения золотых покрытий, включающий предварительное осаждение никель-фосфорного покрытия из гипофосфитного раствора и
последующее химическое осаждение золота в присутствии восстановителя [3], причем
никель-фосфорный подслой выполняет функцию катализатора осаждения золота из кислого (рН 6,0-6,4) гидразинового высокотемпературного (Т = 95 °С) раствора.
Известный способ не позволяет получать золотые покрытия с хорошей адгезией к
подложке, что особенно ощутимо при осаждении золота на гладкую поверхность. В результате прочность соединений, получаемых при сборке методом пайки и сварки (ультразвуком), недостаточна; покрытия при трении в процессе износа отслаиваются.
Задачей заявляемого способа является улучшение качества (адгезии, равномерности,
износостойкости, твердости, способности к ультразвуковой сварке) тонких пленок золота
и увеличение скорости их осаждения.
Поставленная задача достигается тем, что в способе химического осаждения из растворов покрытий из золота, включающем предварительное осаждение никель-фосфорного
(Ni-P) подслоя и последующее химическое осаждение золота из раствора химического золочения, содержащего дицианоаурат калия, хлорид аммония и воду, никелевый подслой
осаждают из раствора содержащего, моль/л:
ацетат никеля
0,036-0,044
гипофосфит натрия
0,17-0,21
ацетат аммония
0,23-0,29
вода
до 1 л
при 90-92 °С, а химическое осаждение золота проводят из раствора, дополнительно содержащего гипофосфит натрия и цитрат натрия состава, моль/л:
дицианоаурат калия
0,010-0,012
гипофосфит натрия
0,11-0,17
цитрат натрия
0,19-0,23
хлорид аммония
1,2-1,4
вода
до 1 л
при 85-90 °С.
Указанный раствор для осаждения никелевого подслоя описан нами ранее в а.с. СССР
1514727 [4] и использовался, согласно этому а.с. по иному назначению - для доращивания
2
BY 5520 C1
металлического рисунка из сплава Ni-P на диэлектрики. Раствор химического осаждения
золота описан ранее в [5], однако он без указанного подслоя не обеспечивает получение
покрытий с достаточной толщиной, обладающих необходимым качеством, в частности
адгезией к подложке, а также другими свойствами, достижение которых является задачей
изобретения.
Осаждение подслоя Ni-Р из раствора указанного состава в совокупности с указанным
раствором золочения обеспечивает высокую адгезию пленок золота, их равномерность по
толщине, способность к пайке, ультразвуковой сварке и сварке методом термокомпрессии, их хорошие защитные свойства, а также высокую скорость осаждения золота, благодаря которой уже за 5-7 мин осаждаются пленки толщиной до 0,25 мкм.
Замена в растворе химического осаждения Ni-P ацетата никеля на сульфат или хлорид
никеля, ацетата аммония на ацетат натрия приводит к замедленному осаждению золота, к
неравномерности пленок золота, к ухудшению их адгезии и способности к пайке и сварке.
Снижение температуры раствора химического никелирования также не позволяет получать пленки золота нужного качества.
Осаждение золота из любого другого раствора химического золочения, кроме предложенного, на подслой либо из гальванического никеля, либо из химически осажденного NiP или Ni-B не обеспечивает сочетание таких свойств, как получение пленок золота, обладающих требуемой толщиной 0,2-0,3 мкм, адгезией, способностью к пайке и сварке. Кроме того, используемые другие растворы золочения являются нестабильными и не могут
эксплуатироваться столь долго и эффективно. Только использование совокупности указанных составов растворов для осаждения: вначале Ni-P, а затем золота, - обеспечивает
получение золотых покрытий с требуемыми свойствами.
Реализация способа иллюстрируется следующими примерами. Пример 1 - по прототипу,
примеры 2 и 3 - комбинация растворов, используемых в прототипе и заявляемом способе.
Пример 1.
Фольгированный медью стеклотекстолит обезжиривают, обрабатывают в НСl (1:1) в
течение 30 с, промывают проточной водопроводной и деионизованной водой и погружают
в раствор химического осаждения никеля, содержащий, моль/л:
сернокислый никель
0,13
гипофосфит натрия
0,22
уксусная кислота
0,23
уксуснокислый натрий
1,7
тиомочевина
0,04
вода
до 1 л
при 90 °С на 5 мин. Затем образцы промывают водопроводной и ополаскивают деионизованной водой и погружают на 8 мин в 95 °С раствор химического осаждения золота состава,
моль/л:
дицианоаурат калия
0,017
сернокислый гидразин
0,93
лимонная кислота
0,15
хлорид аммония
1,1
вода
до 1 л.
В результате получают золотое покрытие, данные сведены в таблицу.
Пример 2.
Фольгированный медью стеклотекстолит обезжиривают, обрабатывают в НСl (1:1) в
течение 30 с, промывают проточной водопроводной и деионизованной водой и погружают
в раствор химического осаждения никеля, содержащий, моль/л:
3
BY 5520 C1
сернокислый никель
0,13
гипофосфит натрия
0,22
уксусная кислота
0,23
уксуснокислый натрий
1,7
тиомочевина
0,04
вода
до 1 л
при 90 °С на 5 мин. Затем образцы промывают водопроводной и ополаскивают деионизованной водой и погружают на 8 мин в 90 °С раствор химического осаждения золота состава, моль/л:
дицианоаурат калия
0,01
гипофосфит натрия
0,11
цитрат натрия
0,19
хлорид аммония
1,2
вода
до 1 л
В результате получают золотое покрытие, данные сведены в таблицу.
Пример 3.
Фольгированный медью стеклотекстолит обезжиривают, обрабатывают в НСl (1:1) в
течение 30 с, промывают проточной водопроводной и деионизованной водой и погружают
в раствор химического осаждения никеля, содержащий, моль/л:
ацетат никеля
0,036
гипофосфит натрия
0,17
ацетат аммония
0,23
вода
до 1 л
при 90 °С на 5 мин. Затем образцы промывают водопроводной и ополаскивают деионизованной водой и погружают на 8 мин в 90 °С раствор химического осаждения золота состава, моль/л:
дицианоаурат калия
0,017
сернокислый гидразин
0,93
лимонная кислота
0,15
хлорид аммония
1,1
вода
до 1 л.
В результате получают золотое покрытие, данные сведены в таблицу.
Пример 4.
Фольгированный медью стеклотекстолит обезжиривают, обрабатывают в НСl (1:1) в
течение 30 с, промывают проточной водопроводной и деионизованной водой и погружают
в раствор химического осаждения никеля, содержащий, моль/л:
ацетат никеля
0,044
гипофосфит натрия
0,21
ацетат аммония
0,29
вода
до 1 л
при 92 °С на 5 мин. Затем образцы промывают водопроводной и ополаскивают деионизованной водой и погружают на 7 мин при 90 °С в раствор химического осаждения золота
состава, моль/л:
дицианоаурат калия
0,012
гипофосфит натрия
0,17
цитрат натрия
0,23
хлорид аммония
1,4
вода
до 1 л.
В результате получают золотое покрытие, данные сведены в таблицу.
4
BY 5520 C1
Пример 5.
Фольгированный медью стеклотекстолит обезжиривают, обрабатывают в НСl (1:1) в
течение 30 с, промывают проточной водопроводной и деионизованной водой и погружают
в раствор химического осаждения никеля, содержащий, моль/л:
ацетат никеля
0,036
гипофосфит натрия
0,17
ацетат аммония
0,23
вода
до 1 л
при 90 °С на 7 мин. Затем образцы промывают водопроводной и ополаскивают деионизованной водой и погружают на 7 мин при 85 °С в раствор химического осаждения золота
состава, моль/л:
дицианоаурат калия
0,010
гипофосфит натрия
0,17
цитрат натрия
0,23
хлорид аммония
1,4
вода
до 1 л.
В результате получают золотое покрытие, данные сведены в таблицу.
Пример 6.
Фольгированный медью стеклотекстолит обезжиривают, обрабатывают в НСl (1:1) в
течение 30 с, промывают проточной водопроводной и деионизованной водой и погружают
в раствор химического осаждения никеля, содержащий, моль/л:
ацетат никеля
0,040
гипофосфит натрия
0,19
ацетат аммония
0,26
вода
до 1 л
при 90 °С на 6 мин. Затем образцы промывают водопроводной и ополаскивают деионизованной водой и погружают на 7 мин при 88 °С в раствор химического осаждения золота
состава, моль/л:
дицианоаурат калия
0,011
гипофосфит натрия
0,14
цитрат натрия
0,21
хлорид аммония
1,3
вода
до 1 л.
В результате получают золотое покрытие, данные сведены в таблицу.
Адгезию определяют как усилие на отслаивание под углом 90 °С, измеряя адгезию как
отношение затрачиваемого усилия к ширине отрываемой полоски. Равномерность, то есть
площадь поверхности с дефектами, оценивают визуально. Износостойкость рассчитывают
по стандартной методике, заключающейся в истирании золотого покрытия с регистрации
убыли массы подложки в результате действия истирающей нагрузки.
Свойства химически осажденных пленок золота
Пример Адгезия, Н/м Равномерность, %
1
2
3
4
5
6
600
700
800
1100
1100
1200
20
10
1
0,2
0,2
0,1
5
Износостойкость
г/см2
7
5
3
0,02
0,02
0,01
BY 5520 C1
Таким образом, данный способ позволяет обеспечить получение характерных золотых
покрытий, необходимых для практического использования.
Источники информации:
1. Буркат Г.К. Электролитическое осаждение драгоценных металлов. - М., 1993. - С. 99.
2. USA 4913787 , 1990.
3. Курноскин Г.А. Защита металлов, 1987. - Т. 23. - № 1. - С. 145-150.
4. SU 1514727, 1988.
5. Saubestre Е.В. Metal Finishing. 1962. - V. 60. - № 8. - P. 45-52.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.