CC BY
13
УДК 621.357.7
Баркова А.Т., Попов А.Н.
ВНУТРЕННИЕ НАПРЯЖЕНИЯ И МИКРОТВЕРДОСТЬ НИКЕЛЕВЫХ ПОКРЫТИЙ
Баркова Айнур Тариеловна - специалист НПФ «ХЕЛИКС»: annakaprinasandra@mail.ru Попов Андрей Николаевич, доктор химических наук, профессор кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9 : popov@rusobr.ru
В статье рассмотрены микротвердость и внутренние напряжения никелевых покрытий. Была изучена блескообразующая добавка Б19 для электроосаждения блестящих никелевых покрытий, применяемых в качестве подслоя, при изготовлении заготовок интегральных микросхем и выводов кабелей. Были проведены исследования по определению оптимальной концентрации добавки Б19 в сульфат хлоридном электролите никелирования и допустимого интервала катодных плотностей тока. Пластичность покрытий оценивалась по изгибу ленты на 90о, по микротвердости и внутренним напряжениям. Основной задачей исследований было подтверждение, что разработка новой блескообразующей добавки Б19 позволит несущественно увеличить микротвердость и внутренние напряжения покрытий никелем, по сравнению с электролитом без органических добавок. Вместе с тем, в задачи исследования входило получение электролита, который позволял бы осаждать блестящие, качественные покрытия при высоких плотностях тока, при этом сохраняя пластичность никелевых покрытий.
Ключевые слова: блескообразующая добавка, электроосаждение, никелевые покрытия, микроэлектроника, высокоскоростной электролит, внутренние напряжения.
INTERNAL STRESSES AND MICRO-HARDNESS OF NICKEL COATINGS
Barkova A.T.1, Popov A.N.2 №F "Helix",
2D. Mendeleyev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, 125047, Miusskya Sq., 9.
The article discusses application of brightener additive B19 for the electrodeposition of bright Nickel coatings, used as underlayer, for construction of outputs of integrated circuits and cables. The plasticity of electroplated coatings of Nickel obtained of B19 bath, is determined by micro-hardness studies as well as internal stresses. The main purpose of present researches was a confirmation of small influence of new bath with B19 brightener on micro-hardness of Nickel coatings in comparing of electrolyte without organic additives. At the same time we aimed to increased permitable current densities in new bath with B19 brightener with ability to obtain coatings with low micro-hardness and low internal stresses.
Key words /brightener, electrodeposition, Nickel coatings, microelectronics, high speed electrolyte, internal voltage
Введение
Покрытия никелем используются при получении защитных многослойных покрытий,
функциональных покрытий, в том числе, где слой никеля располагается на слое меди, а на никелевый слой наносятся, например, слои палладия, селективно наносимого золота и селективно наносимого сплава олово-свинец или олово-висмут. Такие покрытия применяются при изготовлении микросхем с небольшим количеством выводов или при производстве выводов кабелей и т.д. [1, 2].
Слой оксида на никелевых покрытиях является одним из причин высокого перенапряжения никеля. Из-за этого никель получается хрупким, но твёрдость его достаточно высока. Если при осаждении защитных и защитно-декоративных покрытий хрупкость менее важна, то при осаждении никеля на контакты и заготовки микросхем хрупкость неприемлема.
Самые пластичные покрытия получаются из сульфаматных электролитов, которые используются, например, при изготовлении мастер-матриц в голографии. Но такие электролиты дороги и обычно
не должны содержать органических добавок. На интегральные схемы и контакты кабелей наносят блестящие покрытия, так как они определяют качество финишного покрытия. В свою очередь финишные покрытия представляют собой блестящие покрытия, поскольку блеск определяет коррозионную стойкость.
В нашем случае мы используем пятислойное функциональное покрытие на заготовки выводов, покрываемых по технологии «ЯееЫо-ЯееЬ), где никель следует за слоем меди.
Экспериментальная часть
Была разработана новая блескообразующая добавка (Б19), которая позволяет осаждать покрытия с повышенной пластичностью в сочетании с современными, эффективными добавками, позволяющие осаждать покрытия с высокой скоростью. В исследованиях использовался электролит состав, которого представлен в табл. 1.
В табл.1 и табл.2 приведены составы исследованных электролитов.
Таблица 1. Состав оптимального электролита с блескообразующей добавкой Б19
Компонент Концентрация,|г/л
NÍSOWH2O 230
NÍCWH2O 26
Янтарная кислота 30
Б19 мл/л 100
Таблица 2. Состав электролита типа Уоттса
Компонент Концентрация, |г/л
NÍSOWH2O 350
NÍCWH2O 30
H3BO4 30
Для выбора оптимальной концентрации добавки Б19 опыты проводили при катодной плотности тока ь = 6 А/дм2, температуре 60 0С. Оптимальная концентрация блескообразующей добавки Б19 составила 100 мл/л. Оценка качества покрытия определялась по 12-ти бальной шкале: 0-3 - блестящее покрытие, 3-6 -полублестящее покрытие, 6-9 - светлое матовое покрытие, 9-12 - тёмное матовое покрытие.
Исследовалось влияние катодной плотности тока на качество получаемых в оптимальном электролите покрытий. Опыты проводились при катодных плотностях тока от 1 до 37 А/дм2. При значении плотности тока более 37 А/дм2 покрытие теряло блеск. Результаты по качеству образцов с оптимальной концентрацией блескообразующей добавки Б19 при различных плотностях тока приведены на рис. 2.
3,5 3
2,5
I 2
1,5
0.5
0
ю
20 /, Л 'лм
30
40
Рис. 1. Зависимость качества покрытий от катодной плотности тока, / = 60 °С, состав электролита приведён в табл.1.
Таким образом, мы получили оптимальный состав электролита никелирования и допустимые интервалы катодных плотностей тока, при которых осаждаются блестящие покрытия никелем. Состав этого электролита представлен в табл.1.
Нам удалось разработать электролит никелирования, который позволяет осаждать блестящие, относительно пластичные осадки (в сравнении с электролитом типа Уоттса), которые не ломаются при сгибании элементов ленты на 90 градусов, при этом их микротвёрдоcть не существенно отличается от микротвёрдости осадков никеля полученного из электролита типа Уоттса - в нём микротвёрдоcть покрытий варьируется от 1,3 до 1,7 ГПа (при 1 А/дм2), а у электролита с добавкой Б19 микротвёрдоcть покрытий составляет величины от 1,4 до 2,6 ГПа. Плотности же тока в этом электролите достигают 19 А/дм2. При плотности тока 3 А/дм2,
микротвёрдоcтъ покрытий составляет в среднем 1,96 ГПа.
При этом покрытия, полученные без перемешивания в электролите с добавкой Б19, не ломаются и вполне могут использоваться в качестве подслоя на выводы микросхем и контактов кабелей.
Как видно из рисунков 2 и 3, Внутренние напряжения в покрытиях с добавкой Б19 ниже, чем в электролите Уоттса, и только при толщине 2 мкм сравниваются с электролитом Уоттса. При этом, при номинальной толщине в подслое 10 мкм значительно ниже, чем в электролите Уоттса, при чем плотность тока в электролите с добавкой Б19 выше, и составляет 6 и 8 А/дм2.
350
300
s 250
* 200 о.
150 100 50 0
10
I, мкм
Рис. 2. Зависимость внутреннего напряжения от толщины осадка в электролите Уоттса, / = 60 °С, состав электролита приведён в табл.2, плотность тока 1 А/дм2.
350 и
300 -
СМ 250
5
200 -
*
аГ 150 -
100
50 -
10
I, мкм
Рис. 3. Зависимость внутренних напряжений от толщины осадка в электролите с блескообразующей добавкой Б19 при плотностях тока 1 - 6 А/дм2, 2 - 8 А/дм2, / = 60 °С, состав электролита приведён в табл. 1. Заключение
Покрытия, полученные без перемешивания в электролите с добавкой Б19, не ломаются и вполне могут использоваться в качестве подслоя на выводы микросхем и контактов кабелей. Список литературы
1. Баркова А.Т., Попов А.Н., Колесников В.А. Новый электролит никелирования с блескообразующей добавкой // Гальванотехника и обработка поверхности. 2021. Т.29, № 3, С. 4 - 12. ао1: 10.47188/0869-5326_2021_29__3_4.
2. Скубко С.В., Попов А.Н. Подсевный А.И., Саитова высокоскоростного электролита блескообразующей добавкой Гальванотехника и обработка поверхности. 2020. Т. 28 № 1. С. 20 - 27. ао1: 10.47188/0869-5326 2020 28 1 20.
Колесников В.А., Н.Г. Разработка оловянирования с SA-317 //
