Способ химического никелирования алюминиевых контактных площадок перед иммерсионным золочением - RU2605737C2

Описание

Изобретение относится к металлургии, а именно к химическому никелированию, и может быть использовано для металлизации алюминиевых контактных площадок покрытием ENIG (Electroless Ni & Immersion Gold) - химический никель и иммерсионное золото - в электронной промышленности, приборостроении.

Покрытие ENIG обладает хорошей смачиваемостью и способно к многократной пайке при высоких температурах. Функция тонкого слоя золота - защищать никель от окисления, а сам никель служит барьером, предотвращающим взаимную диффузию золота и алюминия. Его преимущества:

- жизнеспособность более года;

- плоская контактная поверхность;

- хорошая смачиваемость припоем;

- неокисляемая поверхность применительно к нажимным и скользящим контактам;

- хорошая коррозионная стойкость;

- длительно сохраняемый декоративный вид.

Нанесение покрытий химического никеля на алюминий сопряжено со значительными технологическими затруднениями, которые обусловлены следующими факторами:

- высокое сродство алюминия к кислороду. Поверхность этого металла всегда покрыта оксидно-гидроксидной пассивной пленкой.

- высокая электроотрицательность алюминия, приводящая к контактному выделению на его поверхности других более положительных металлов в виде рыхлой и плохо сцепленной пленки;

Все вышеперечисленные причины прямо или косвенно препятствуют прочному сцеплению осаждаемых покрытий с поверхностью деталей из легких металлов. Прочность сцепления зависит от правильности химического никелирования и, в частности, подготовки алюминиевой поверхности.

Известен способ химического никелирования алюминия, включающий многократную иммерсионную цинкатную обработку, промежуточную операцию - растворение слоя цинка в азотной кислоте, нейтрализацию в растворе, последнюю цинкатную обработку и последующее нанесение никелевого покрытия (описание к SU 1696608, МКИ⁵ C25D 5/44, опубликовано 07.12.91).

Известный способ направлен на увеличение равномерности никелевого покрытия и снижение шероховатости, что достигается операцией нейтрализации перед последней цинкатной обработкой в выбранном растворе.

Известен способ химического никелирования алюминия и его сплавов, включающий травление в растворе гидроокиси натрия при температуре 45-80°С в течение 0,5-2,0 мин и снятие с них травильного шлама в азотной кислоте при температуре 18-25°С в течение 0,5-2,0 мин. Промытые образцы подвергают цинкатной обработке и контактному никелированию. После предварительной подготовки образцы подвергают химическому никелированию в два этапа с промежуточной химической обработкой. Первый этап проводят при температуре 90-95°С до формирования слоя химического никеля 1-3 мкм с последующей промывкой в холодной воде. Промежуточную обработку проводят при температуре 18-25°С в течение 0,5-2,0 мин в растворе, содержащем соль никеля, неорганическую кислоту, фторид щелочного металла и гидрохинон. Второй этап химического никелирования проводят в первоначальном растворе в течение времени, необходимого для достижения требуемой толщины (описание к SU 1763523, МКИ⁵ С23С 18/34, опубликовано 23.09.92, прототип).

Известный способ позволяет повысить защитные свойства покрытий за счет снижения пористости.

Задача изобретения - повышение прочности сцепления покрытия химического никеля с алюминиевыми контактными площадками.

Технический результат - повышение плотности и равномерности по толщине контактно осажденного цинка.

Технический результат достигается тем, что в способе металлизации алюминиевых контактных площадок химическим никелем и иммерсионным золотом, предусматривающем химическое никелирование с последовательным проведением операций травления в растворе едкого натра с последующей горячей и холодной промывкой, снятия травильного шлама обработкой в азотной кислоте с последующей промывкой, цинкатной обработки и нанесения никелевого покрытия из гипофосфитного раствора, обработку в азотной кислоте с последующей промывкой и цинкатной обработкой проводят дважды и после цинкатной обработки осуществляют горячую и холодную промывку, при этом травление проводят в 5%-ном растворе едкого натра при температуре 38-43°С в течение 10-60 с, обработку в азотной кислоте проводят в 32,5%-ном растворе в течение 10-50 с, цинкатную обработку проводят в течение 10-50 с в растворе, содержащем, г/дм³:

а никелевое покрытие наносят при температуре 80-95°С в слабокислом гипофосфитном растворе с рН 5.0-6.0, содержащем, г/дм³:

причем проводят процессы в растворах при плотности загрузки 0.5-2.5 дм²/дм³.

Сущность технического решения заключается в том, что на алюминиевых контактных площадках реальных деталей толщина оксидной пленки, как правило, различна. Неравномерность толщины оксидной пленки на различных участках детали недопустима, так как при последующей цинкатной обработке на свежеобработанных поверхностях тонкая оксидная пленка растворится очень быстро и толщина контактного цинка будет значительно больше, чем на участках, где оксидная пленка была более толстой и грязной. Чем толще слой рыхлого контактно осажденного цинка, тем хуже будет сцепление никеля с основой. С другой стороны, слишком тонкий слой контактного цинка или его частичное отсутствие также неизбежно приведут к плохому сцеплению и отслаиванию никелевого покрытия. Проведение операции травления в 5%-ном растворе едкого натра при температуре 38-43°С в течение 10-60 с обеспечивает полное снятие неравномерной по толщине естественной оксидной пленки на алюминиевых контактных площадках. При последующей промывке оксидно-гидроксидная пленка образуется вновь, но ее толщина при выбранных режимах остается равномерной по толщине.

При повторном проведении операции в азотной кислоте растворяется не только ранее осажденный цинк, но и остатки нерастворившейся оксидной пленки. Равномерность слоя контактного цинка оказывается значительно выше. Выбранные режим и раствор для проведения этих операций обеспечивают одновременное выполнение условий эффективного снятия травильного шлама (осветление) на первом этапе и остатки нерастворившейся оксидной пленки на втором.

Проведение процессов растворения травильного шлама и слоя цинка в одинаковых растворах и режимах на первом и втором этапах дополнительно упрощают технологический процесс.

Двукратная цинкатная обработка в выбранных режимах и растворе с промежуточным снятием первично осажденного цинка в азотной кислоте обеспечивают улучшение структуры, плотности и равномерности пленки контактного цинка.

Причина повышения качества цинковой пленки при ее двукратном осаждении заключается в следующем. Из-за неравномерности толщины оксидной пленки осаждение цинка на алюминии начинается не одновременно по всей поверхности, а по мере растворения оксидной пленки в щелочном растворе, поэтому толщина контактно осажденного цинка также неравномерна. На участках с более тонкой оксидной пленкой слой контактного цинка получается толстым и рыхлым. На участках же с толстой оксидной пленкой контактный цинк вообще не успевает осадиться.

После первичной цинкатной обработки детали обрабатываются в растворе азотной кислоты. При этом растворяется не только ранее осажденный цинк, но и остатки нерастворившейся оксидной пленки. Благодаря этому при повторной цинкатной обработке равномерность слоя контактного цинка оказывается значительно выше.

Проведение химического никелирования проводится в слабокислом растворе с рН 5.0-6.0 на основе гипофосфита выбранного состава, позволяет осаждать сплавы никеля с заданным содержанием фосфора 10-14 ат.%, что обеспечивает контактным площадкам оптимальную паяемость и позволяет проводить иммерсионное золочение с образованием тонкого, ровного, мелкокристаллического и малопористого слоя золота толщиной около 0,2 мкм, который имеет хорошую адгезию к слою никеля.

Проведение процессов в растворах при плотности загрузки 0.5-2.5 дм²/дм³ выбрано из условия равномерности обработки на всех этапах при максимальной производительности.

Способ химического никелирования алюминиевых контактных площадок перед иммерсионным золочением включает следующие этапы:

1. Травление.

2. Промывка (горячая).

3. Промывка каскадная (холодная).

4. Снятие травильного шлама обработкой в азотной кислоте.

5. Промывка каскадная (холодная).

6. Цинкатная обработка.

7. Промывка (холодная).

8. Промывка каскадная (холодная).

9. Растворение цинкового покрытия обработкой в азотной кислоте.

10. Промывка каскадная (холодная).

11. Цинкатная обработка.

12. Промывка (холодная).

13. Промывка каскадная (холодная).

14. Никелирование.

15. Промывка холодная.

16. Промывка каскадная (холодная).

Проводят процессы на каждом этапе в соответствующих растворах при плотности загрузки пластин 0.5-2.5 дм²/дм³.

Травление проводят в 5%-ном растворе едкого натра при температуре 38-43°С в течение 10-60 с. В результате травления происходит полное снятия неравномерной по толщине естественной оксидной пленки с поверхности алюминия.

Горячую промывку осуществляют проточной душевой отмывкой деионизованной водой при температуре 40°С для остановки процесса травления. Температура 40°С обеспечивает тщательность промывки поверхности алюминиевых контактных площадок.

Холодную каскадную промывку осуществляют путем многократной промывки пластин в деионизованной воде комнатной температуры. Качество и окончание промывки определяют по электрическому сопротивлению воды.

Режимы горячей и холодной промывок на всех последующих этапах повторяются.

Снятие травильного шлама проводят в 32,5%-ном растворе азотной кислоты при температуре 18-25°С в течение 10-50 с.

Цинкатную обработку проводят при температуре 18-25°С в течение 10-50 с в растворе, содержащем, г/дм³:

Для приготовления раствора цинкования в отдельной емкости в холодной воде растворяют расчетное количество натра едкого. Небольшими порциями при перемешивании в полученный раствор вводят расчетное количество цинка окиси в виде густой массы, полученной смешиванием цинка окиси с небольшим количеством воды, затем доливают воду до требуемого объема раствора. Корректировку раствора производят простым добавлением свежеприготовленного раствора цинкования.

Никелирование осуществляют при температуре 80-95°С в слабокислом растворе с рН 5.0-6.0 состава:

Для предотвращения никеля от пассивации и обеспечения в дальнейшем его паяемости проводится иммерсионное золочение, приводящее к образованию тонкого, ровного, мелкокристаллического и малопористого слоя золота толщиной 0,10-0,18 мкм, который имеет хорошую адгезию к слою никеля. Осуществляют иммерсионное золочение в готовом растворе ЗИ-04 с концентрацией золота 1.5-2.5 г/ дм³, рН 3.8-6.4 при температуре 75-95°С в течение 5-20 мин.

Реферат

Изобретение относится к химическому никелированию и может быть использовано для металлизации алюминиевых контактных площадок перед иммерсионным золочением. Способ включает травление алюминиевых контактных площадок с последующей горячей и холодной промывкой, обработку в азотной кислоте с последующей промывкой, цинкатную обработку и химическое нанесение никелевого покрытия из гипофосфитного раствора. Обработку в азотной кислоте с последующей промывкой и цинкатную обработку контактных площадок проводят дважды, а после цинкатной обработки осуществляют горячую и холодную промывку. Травление проводят в 5%-ном растворе едкого натра при температуре 38-43°С в течение 10-60 с, обработку в азотной кислоте проводят в 32,5%-ном растворе в течение 10-50 с, а цинкатную обработку проводят в течение 10-50 с в растворе, содержащем, г/дм: цинка окись - 50, едкий натр - 250. Никелевое покрытие наносят при температуре 80-95°С в слабокислом гипофосфитном растворе с рН 5,0-6,0, содержащем, г/дм: никель сернокислый в пересчете на Ni- 4,5-6,0, гипофосфит натрия - 20-25, кислота аминоуксусная - 7-20, натрий уксуснокислый - 10-15, причем проводят процессы в растворах при плотности загрузки 0,5-2,5 дм/дм. Технический результат - повышение плотности и равномерности по толщине контактно осажденного цинка.

Формула