СПОСОБ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ СПЛАВА ОЛОВО-ИНДИЙ
METHOD OF ELECTROPLATING OF STANNUM-INDIUM ALLOY

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к электрохимическому осаждению сплава олово-индий из сульфатного электролита, и может быть использовано в радио- и элекронной промышленности для пайки деталей, узлов, интегральных схем легкоплавкими припоями (Sn-In), для антифрикционных и износостойких покрытий, контактов с низким значением переходного сопротивления, для получения коррозионностойких покрытий в среде смазочных масел и продуктов их сгорания /1-3/.
2
Для электроосаждения сплава олово-индий используются кислые и щелочные электролиты /4-12/. Из кислых электролитов применяют перхлоратные, сульфаминовые, хлоридные, глицериновые, хлорид-сульфатные, фторборидные электролиты. Из этих электролитов наиболее простыми по составу являются сульфатные. Наиболее близким к изобретению является сульфатный электролит для электроосаждения сплава олово-индий, предложенный в /11/. Состав электролита, г/л: сульфат олова (в пересчете на металл) - 1-3; хлорид индия (в пересчете на металл) - 5-20; серная кислота - 180-200; препарат ОС-20 - 0,1-0,4. Режим осаждения: температура, °C - 20-50; катодная плотность тока, А/дм - 0,5-1,5; выход по току, % - 11-70; содержание индия в сплаве, мас.% - 12-78.
Недостатки этого электролита:
1. Получаются матовые покрытия;
2. Узкий интервал рабочих плотностей тока;
3. Электролит не обладает выравнивающей способностью.
Задача изобретения - разработка сульфатного электролита для электроосаждения сплава олово-индий, позволяющего получать блестящие покрытия с выравнивающей способностью в более широком диапазоне рабочих плотностей тока.
Поставленная цель достигается тем, что в электролит, содержащий сульфат олова, серную кислоту, препарат ОС-20, вводят сульфат индия, формалин (37%-й раствор), бутиндиол (35%-й раствор) при следующем содержании компонентов, г/л:
- Сульфат олова (в пересчете на металл) - 2-15;
- Сульфат индия (в пересчете на металл) - 2-30;
- Серная кислота - 90-100;
- Препарат ОС-20 - 1-2;
- Формалин (37%-й раствор) - 5-7 мл/л;
- Бутиндиол (35%-й раствор) - 10-15 мл/л.
Режим осаждения:
- Температура, °C - 15-30;
2
- Катодная плотность тока, А/дм - 0,5-7;
- Выход по току, % - 37-98;
- Содержание индия в сплаве, мас.% - 0,5-56,0.
Концентрацию сульфата олова (в пересчете на металл) необходимо поддерживать в пределах 2-15 г/л, а концентрацию сульфата индия (в пересчете на металл) - 2-30 г/л.
Отклонение от этих пределов приводит к изменению интервала рабочих плотностей тока и ухудшению внешнего вида покрытий. Содержание индия в сплаве в этом случае изменяется от 0,5 до 56 мас.%.
Концентрация серной кислоты должна быть в пределах 90-100 г/л. Этот интервал концентраций обеспечивает наибольший диапазон катодной плотности тока для получения блестящих покрытий с высоким выходом по току.
Концентрация препарата ОС-20 должна составлять 1-2 г/л. При концентрации ОС-20 меньше 1 г/л получаются серебристые покрытия, а при концентрации больше 2 г/л электролит довольно сильно пенится. На состав сплава концентрация препарата практически не влияет.
Формалин и бутиндиол-1,4 в электролите обеспечивают получение блестящих покрытий сплава. Концентрация формалина (37%-й раствор) должна составлять 5-7 мл/л, а бутиндиола-1,4 (35%-й раствор) - 10-15 мл/л. Отклонение от этих пределов приводит к получению некачественных покрытий (неравномерный блеск, темные полосы на поверхности).
Перемешивание электролита осуществляется механическим путем с помощью мешалки или сжатым воздухом через барботер.
Температура электролита должна быть в пределах 15-30°C. С ростом температуры в этом пределе наблюдается увеличение степени блеска покрытий и незначительное снижение содержания индия в покрытии. При температурах выше 30°C наблюдается сильное помутнение электролита и ухудшается качество покрытий.
2
2
2
Катодная плотность тока изменяется в пределах от 0,5 до 7 А/дм. Интервал рабочей плотности тока определяется в первую очередь концентрацией сульфата олова в электролите. При концентрации сульфата олова (в пересчете на металл) - 15 г/л и концентрации сульфата индия (в пересчете на металл) - 5-20 г/л рабочий интервал плотностей тока составляет 0,5-7 А/дм. Содержание индия в сплаве составляет 0,5-9 мас.%. При концентрации сульфата олова (в пересчете на металл) - 2-3 г/л и концентрации сульфата индия (в пересчете на металл) - 20-30 г/л рабочий интервал плотностей тока составляет 1-4 А/дм. Содержание индия в сплаве составляет 38-56 мас.%. В качестве анодов можно использовать олово марки ОО или сплав олово-индий.
Поскольку анодный выход по току в сульфатном электролите превышает 100%, то целесообразно использовать наравне с растворимыми анодами из олова или сплава олово-индий нерастворимые из графита или свинца.
Во избежание загрязнения электролита анодным шламом аноды следует загружать в чехлы из полипропиленовой ткани.
4
2
4
3
2
4
Корректирование электролита по SnSO, In(SO), HSO, формалину, бутиндиолу-1,4 проводится по данным химического анализа /13, 14/.
Корректирование электролита по препарату ОС-20 проводится после пропускания 200 А·ч/л, добавляя в ванну 0,5 добавки.
Электролит готовят следующим образом.
Емкость для приготовления электролита на три четверти заполняется дистиллированной водой, и в нее небольшими порциями добавляют серную кислоту (раствор сильно разогревается!). Затем раствор охлаждают до 20-22°C и добавляют в него необходимое количество сульфата олова, интенсивно перемешивая для его растворения. Раствор фильтруют. Затем в фильтрат добавляют сульфат индия и перемешивают до полного растворения. Далее в раствор добавляют препарат ОС-20 (предварительно растворенного в теплой воде), формалин (37%-й раствор) и бутиндиол-1,4 (35%-й раствор), доливают водой до заданного уровня, и электролит готов к работе.
В таблице приведены предлагаемые (1-2) и известные (3-5) электролиты и условия электроосаждения сплава олово-индий.
Как видно из таблицы, предлагаемый электролит (1-2) в отличие от известного позволяет получать блестящие покрытия с выровненной поверхностью в широком интервале плотностей тока.
Полученные блестящие покрытия из предлагаемого электролита имеют микрокристаллическую структуру, беспористые при толщине 6 мкм, прочно сцепленные с основным металлом (медь, сталь).
Таблица
Сравнительная характеристика электролитов для электроосаждения сплава олово-индий
Компоненты, г/л
Составы
Условия электроосаждения
1
2
3
4
5
Сульфат олова (в пересчете на металл)
2
15
1
3
3
Сульфат индия (в пересчете на металл)
20-30
5-20
-
-
-
Хлорид индия (в пересчете на металл)
-
-
5
20
20
Серная кислота
90
100
180
200
200
Препарат ОС-20
1
2
0,1
0,4
0,4
Формалин (37%-й раствор)
5
7
-
-
-
Бутиндиол-1,4 (35%-й раствор)
10
15
-
-
-
Катодная плотность тока, А/дм<sup>2</sup>
0,5-4
0,5-7
0,5
0,5-1,5
0,5-1,5
Температура, °C
20
30
20
20
50
Выход по току сплава, %
97-37
98-70
11
42-10
70-14
Содержание индия в сплаве, мас.%*
38-56
8-0,5
12
60-12
78-20
Внешний вид покрытий
блестящие
матовые
Степень выравнивания**
0,2-0,46
0,2-0,6
0
0
0
*Анализ сплава проводили комплексонометрическим методом по методике /15/
**Степень выравнивания определяли прямым профилографическим методом на пологом синусоидальном микропрофиле по формуле С.С.Кругликова /16/
Источники информации
1. Яценко С.П. Индий. Свойства и применение. М.: Наука. 1987. 256 с.
2. Справочник по пайке / под ред. С.Н.Лоцманова, И.Е.Петрухина, И.Е.Фролова. - М.: Машиностроение. 1975. - 407 с.
3. Материалы для полупроводниковых приборов / Под ред. М.Терпстра. - М.: Металлургия, 1991. - 128 с.
4. Могилев В.М., Фаличева А.И. Электроосаждение сплава индий-олово. Защита металлов. 1974. - Т.24, №2. - С.192-194.
5. Indira K.S., Udupa H.V.K. Metall finishing. 1972. - V.70. №4. P. 57-61.
6. Ионычева Л.С., Крапивная Е.Д., Дунаевская Ф.М., Красножон Л.Н., Лобода Л.Н. Сравнительная характеристика процессов электроосаждения сплавов индия // Защита металлов. 1981. Т.17. №1. C. 129-131.
7. Голубчик Е.М. Нанесение сплава индий-олово на магний, алюминий и их сплавы. // Защита металлов. 1984. Т.10. №2. С.286-289.
8. Педан К.С., Решетникова Н.Ф. Электроосаждение сплава олово-индий. Гальванотехника и обработка поверхности. 1994. Т.III. №5-6. С.55-57.
9. Раджюненс Б.С., Юктонис С.Э., Скоминас В.Ю. Влияние некоторых органических добавок на электроосаждение олово-индий. Гальванотехника и обработка поверхности. 1996. Т.IV. №2. С.5-9.
10. Зорькина О.В. Электроосаждение индия и сплава индий-олово из кислых цитратных и сульфатных растворов. // Дис. канд. техн. наук. Пенза. 2000. 130 с.
11. Зорькина О.В., Перелыгин Ю.П. Электроосаждение сплава олово-индий из сульфатного электролита. // Материалы Всероссийской конференции "Прогрессивная технология и вопросы экологии в гальванотехнике и производстве печатных плат". - Пенза, ДНТП, 2000. - С.48-49.
12. Перелыгин Ю.П. Электроосаждение индия и сплавов на его основе. Распределение тока между совместными реакциями восстановления ионов на катоде. // Дис. доктора техн. наук. Пенза. 1995. 235 с.
13. Жендарева О.Г., Мухина З.С. Анализ гальванических ванн. - М.: Химия. 1970. 280 с.
14. Котик Ф.И. Ускоренный контроль растворов и расплавов. Справ. - М.: Машиностроение. 1978. 191 с.
15. Бусев А.И., Типцова В.Г., Иванов В.М. Руководство по аналитической химии редких элементов. М.: Химия. 1976. 430 с.
16. Практикум по прикладной электрохимии. Учеб. пособие для ВУЗов // Н.Г.Бахчисарайцьян, Г.К.Буркат и др. Под ред. А.Н.Варапаева, В.Н.Кудрявцева - 3-е изд., перераб. - Химия. 1990. - 304 с.