close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15094

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.12.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 15094
(13) C1
(19)
C 23C 18/50 (2006.01)
РАСТВОР ХИМИЧЕСКОГО НИКЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
СПЛАВОВ С УЛУЧШЕННЫМИ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИМИ
СВОЙСТВАМИ
(21) Номер заявки: a 20091632
(22) 2009.11.18
(43) 2011.06.30
(71) Заявитель: Учреждение Белорусского государственного университета
"Научно-исследовательский институт физико-химических проблем"
(BY)
(72) Авторы: Соколов Валерий Георгиевич; Бирюкова Наталья Маратовна
(BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение Белорусского государственного университета "Научно-исследовательский институт физико-химических проблем"
(BY)
(56) SU 1801966 A1, 1993.
SU 1813793 A1, 1993.
RU 2235803 C1, 2004.
BY 7469 C1, 2005.
SU 1663046 A1, 1991.
(57)
Раствор химического никелирования, содержащий хлорид никеля, ацетат натрия, хлорид аммония, углекислый натрий, гипофосфит натрия, серосодержащую добавку и воду,
отличающийся тем, что в качестве серосодержащей добавки содержит полидисульфид 3амино-6-гидроксибензойной кислоты общей формулы
COOH
BY 15094 C1 2011.12.30
OH
H
N
S
S
n,
где n составляет 5-8,
и дополнительно содержит нитрат лантана при следующем соотношении компонентов,
г/л:
хлорид никеля
15-20
ацетат натрия
5-10
хлорид аммония
25-50
углекислый натрий
1-5
гипофосфит натрия
20-40
полидисульфид 3-амино-6-гидроксибензойной кислоты
0,2-2,0
нитрат лантана
0,2-2,0
вода
до 1 л.
BY 15094 C1 2011.12.30
Изобретение относится к области химической металлизации различных материалов и
может быть использовано в оптоэлектронном приборостроении и микроэлектронике при
изготовлении электродов, омических контактов, планаризации кристаллов СБИС и др.
В настоящее время для изготовления токопроводящих шин, металлизации отверстий,
создания омических контактов к полупроводникам и др. широко используются процессы
химической металлизации [1]. Известно также, что соосажденные с никелем, медью, кобальтом такие металлы, как вольфрам, ниобий, хром и др., способствуют улучшению ряда
физико-механических свойств получаемых электрохимическим осаждением таких металлических покрытий и приданию им ряда новых свойств [2, 3]. Однако введение примесей
указанных выше металлов в растворы химического осаждения оказывает сильное ингибирующей действие на скорость восстановления каталитически активного металла и при
концентрации свыше 10-4 моль/л полностью ингибирует процесс автокатализа [4].
В качестве прототипа нами выбран раствор для химического осаждения покрытий из
сплава никель-фосфор [5], который содержит хлорид никеля, ацетат натрия, хлорид аммония, углекислый натрий, гипофосфит натрия, полидисульфид циануровой кислоты при
следующем соотношении компонентов, г/л:
хлорид никеля
15
ацетат натрия
10
хлорид аммония
50
углекислый натрий
2
гипофосфит натрия
30
полидисульфид циануровой кислоты
0,2-2,0
вода
до 1 л.
pH раствора = 6,9.
Покрытия, полученные из этого раствора, имеют повышенную механическую прочность и низкую дефектность, однако и низкую коррозионную стойкость.
Задача изобретения состоит в получении сплавов из никель-гипофосфитного раствора
с улучшенными физико-механическими (коррозионными) свойствами.
Задача изобретения достигается тем, что никель-гипофосфитный раствор, содержащий
соль никеля, ацетат натрия, хлорид аммония, углекислый натрий, гипофосфит натрия, серосодержащую добавку и воду, в качестве серосодержащей добавки содержит полидисульфид 3-амино-6-гидроксибензойной кислоты общей формулы
COOH
OH
H
N
S
S
n,
где n = 5-8
и дополнительно содержит нитрат лантана при следующем соотношении компонентов, г/л:
хлорид никеля
15-20
ацетат натрия
5-10
хлорид аммония
25-50
углекислый натрий
1-5
гипофосфит натрия
20-40
полидисульфид 3-амино-6-гидроксибензойной кислоты
0,2-2,0
нитрат лантана
0,2-2,0
вода
до 1 л.
2
BY 15094 C1 2011.12.30
Температура осаждения никелевого покрытия на основе никеля из такого раствора составляет 50-60 °С, а pH раствора - 6,5-6,9.
Полидисульфид 3-амино-6-гидроксибензойной кислоты получают конденсацией мономера 3-амино-6-гидроксибензойной кислоты с однохлористой серой и проводят его
идентификацию [6].
Для получения сплава на основе никеля готовят раствор следующим образом. В 500 мл
дистиллированной воды при тщательном перемешивании поочередно растворяют необходимое количество хлорида никеля, гипофосфита натрия, ацетата натрия, хлорида аммония, нитрата лантана и добавляют необходимое количество полидисульфида 3-амино-6гидроксибензойной кислоты, предварительно растворенного в дистиллированной воде.
Объем раствора химического никелирования доводят до 1 л дистиллированной водой.
Никелевые покрытия наносят на стеклянные подложки (как в [7]), которые готовят
следующим образом. На стеклянную пластину, очищенную от загрязнения по известной
методике, включающей обработку щелочной эмульсией поверхностно-активных веществ,
отмывку в дистиллированной воде и заключительную стадию очистки в парах изопропанола, наносят методом полива композицию, содержащую (вес. %): полибутилтитанат - 2;
хлорид палладия - 0,02; 10 % раствор соляной кислоты - 0,5; изопропанол - 97,48, и сушат
при 120 °С в течение 3 минут. Затем пластину с образовавшейся пленкой легированного
хлоридом палладия гидроксида титана толщиной 0,01 мкм обрабатывают в 1,5 M водноизопропанольном (1:1) растворе гипофосфита натрия в течение 1 минуты и химически никелируют при 50 ± 0,5 °С в течение 5 минут в растворе, содержащем (г/л) (по прототипу):
хлорид никеля
15
ацетат натрия
10
хлорид аммония
50
углекислый натрий
2
гипофосфит натрия
30
вода
до 1 л.
pH раствора = 6,9.
После никелирования пластины промывают в дистиллированной воде, сушат теплым
воздухом и прогревают в вакууме (133-665 Па) при температуре 350 ± 0,5 °С в течение
30 минут. Результаты измерений эксплуатационных свойств полученных покрытий приведены в таблице.
Пример 1.
Все, как в предыдущем опыте, однако в состав раствора химического никелирования
вводят нитрат лантана и полидисульфид 3-амино-6-гидроксибензойной кислоты при следующем соотношении компонентов, г/л:
хлорид никеля
15
ацетат натрия
10
хлорид аммония
50
углекислый натрий
2
гипофосфит натрия
30
полидисульфид 3-амино-6-гидроксибензойной кислоты
0,2
нитрат лантана
0,2
вода
до 1 л.
pH раствора = 6,5.
Температура раствора - 50 ± 0,5 °С.
Осаждение проводят сразу после приготовления раствора.
По результатам атомно-эмиссионной спектроскопии в тонкопленочном никелевом покрытии соосаждается 1,2 ат. % лантана. Результаты испытаний приведены в таблице.
3
BY 15094 C1 2011.12.30
Пример 2.
Все, как в примере 1, однако осаждение никеля проводят из раствора спустя 3 суток
после его приготовления. Полученные данные приведены в таблице.
Пример 3.
Все, как в примере 1, однако осаждение никеля проводят из раствора спустя 6 суток
после его приготовления. Результаты приведены в таблице.
Пример 4.
Все, как в примере 1, однако осаждение никеля проводят из раствора следующего состава, г/л:
хлорид никеля
5
ацетат натрия
5
хлорид аммония
25
углекислый натрий
1
гипофосфит натрия
10
полидисульфид 3-амино-6-гидроксибензойной кислоты
1
нитрат лантана
1
вода
до 1 л.
Температура осаждения 60 °С.
pH раствора = 6,6.
Результаты испытаний полученного никелевого покрытия приведены в таблице. Следует отметить, что при снижении концентраций компонентов раствора химического никелирования резко снижается скорость осаждения покрытия по сравнению с оптимальным
составом.
Пример 5.
Все, как в примере 1, однако содержание компонентов увеличено до максимального
значения, г/л:
хлорид никеля
20
ацетат натрия
20
хлорид аммония
100
углекислый натрий
1
гипофосфит натрия
60
полидисульфид 3-амино-6-гидроксибензойной кислоты
2
нитрат лантана
2
вода
до 1 л.
pH раствора = 6,6.
Температура раствора осаждения 55 °С.
Результаты испытаний сплава, полученного из этого раствора химического никелирования сплава, приведены в таблице. Повышение концентрации компонентов раствора химического осаждения приводит к увеличению скорости осаждения покрытия, при этом
стабильность раствора и физико-механические свойства покрытий ухудшаются.
Пример 6.
Все, как по прототипу, однако осаждение сплава проводят спустя 3 суток после приготовления раствора.
Пример 7.
Все, как в примере 2, однако в составе раствора химического никелирования отсутствует полидисульфид 3-амино-6-гидроксибензойной кислоты. Индукционный период
процесса химического никелирования увеличивается в 8 раз, и осаждения покрытия требуемой толщины не наблюдается из-за прекращения автокатализа.
4
BY 15094 C1 2011.12.30
Эксплуатационные свойства никелевых покрытий, полученных
на стеклянных подложках
По
Состав раствора, г/л
прото1
2
3
4
5
6
типу
Хлорид никеля
15
15
15
15
5
20
15
Ацетат натрия
10
10
10
10
5
20
10
Хлорид аммония
50
50
50
50
25
100 50
Углекислый натрий
2
2
2
2
1
1
2
Гипофосфит натрия
30
30
30
30
10
60
30
7
15
10
50
2
30
Полидисульфид 3- амино6-гидроксибензойной кислоты
-
0,2
0,2
0,2
1
2
-
-
Нитрат лантана
-
0,2
0,2
0,2
1
2
-
0,2
Срок хранения приготовленного раствора, суток
0
0
3
6
0
0
3
0
Температура раствора, °С
Скорость осаждения,
мкм/ч
Адгезионная прочность,
Н/м
Пористость, кол-во очагов/см2
Во всех примерах 50 ±0,5 °С
7,2
7,3
7,7
8,0
5,5
14
1,8
0,3
0,5
1,0
1,0
2,0
1,5
1,0
0,5
-
75
12
12
16
15
12
78
-
Суммарная площадь коррозионных очагов S, %
95
9-12
9-12
14-16
14-16
10-13
95
-
Усилие отрыва алюминиевой проволочки, г
7-9
14-15
12-14
12-14
10-12
10-12
5-7
-
Контактное сопротивле6,7
6,5
6,5
6,5
6,5
6,5
6,8
ние, МОм
Способность к пайке, Кр 0,5коэффициент растекания
0,6-0,7 2,2-2,4 2,2-2,4 2,0-2,1 2,1-2,3 2,2-2,3
0,6
припоя, %
Средний размер частиц
24
10
13
12
12
15
20
покрытия, нм
Содержание лантана в по1,2
1,2
1,2
0,5
0,6
крытии, ат. %
Таким образом, заявляемый раствор химического никелирования позволяет получать
никелевые покрытия, содержащие в своем составе 0,5-1,2 ат. % лантана, что приводит к
снижению размеров частиц и повышению плотности их упаковки. После термообработки
получаемые никелевые покрытия по износоустойчивости приближаются к твердому хрому, а по коррозионной стойкости превышают известные в среднем на 80 %. Покрытия,
получаемые с добавками соли лантана и полидисульфида 3-амино-6-гидроксибензойной
кислоты, обладают улучшенной способностью к пайке, сварке-разварке, сохраняя низкое
контактное сопротивление [8].
5
BY 15094 C1 2011.12.30
Источники информации:
1. Dubin V.M., Lopatin S.D. and Sokolov V.G. Selective electroless Ni deposition a TiW
underlayer for integrated circuit fabrication. Thin Solid Films. 226. - 1993. - P. 87-93.
2. Аподжанян А.С., Селиванова В.Н. Исследование растворов химического никелирования многократного действия. - М.,1980. - С. 12, деп. В ВИНИТИ 2.09.80, № 4050.
3. RU 2065894, МПК C 23C 28/00, 1997.
4. Бирюкова Н.М., Соколов В.Г. Легирование химически осажденных никелевых
сплавов тяжелыми металлами. Тез.докл. на 11 конф. "НАНОТЕХ-96". - Минск, 1996. Ч. 2. - С. 110.
5. А.с. СССР 1801966 A1, МПК C 08G 75/14, C 23, 1992.
6. А.с. СССР 18116770, МПК C 08G 75/16: C 09D 195/00, 1993.
7. А.с. СССР 1663046, МПК C 23C 18/06, 18/28, // H 05K 3/18, 1991.
8. Бирюкова Н.М., Соколов В.Г., Бобровская В.П. Никель-фосфорные покрытия с
улучшенной способностью к пайке, сварке-разварке. Новые материалы и технологии. Тез.
докл. научно-технической конференции. - Минск, 1994. - С. 140.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
103 Кб
Теги
by15094, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа