Раствор для химического нанесения покрытия никель-фосфор

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ РАСТВОР ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НИКЕЛЬ-ФОСФОР(71) Заявитель Учреждение Белорусского государственного университета Научно-исследовательский институт физико-химических проблем(72) Авторы Соколов Валерий Георгиевич Бирюкова Наталья Маратовна Липай Марина Сергеевна(73) Патентообладатель Учреждение Белорусского государственного университета Научно-исследовательский институт физико-химических проблем(57) Раствор для химического нанесения покрытия никель-фосфор, содержащий хлорид никеля, ацетат натрия, хлорид аммония, углекислый натрий, гипофосфит натрия, серосодержащую добавку и воду, отличающийся тем, что в качестве серосодержащей добавки содержит полидисульфид 2-гидрокси-5-сульфобензойной кислоты и дополнительно содержит нитрат индия 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 2-гидрокси-5 сульфобензойной кислоты 0,2-2,0 нитрат индия 0,2-2,0 вода до 1 л. Изобретение относится к области химической металлизации и может быть использовано для нанесения барьерных и токопроводящих слоев при металлизации труднодоступных участков поверхности диэлектриков и полупроводников (токопроводящие микроканалы) в объемной (трехмерной) технологии изготовления интегральных схем (3 интегральные схемы) и др. В настоящее время существует большое количество способов и растворов для химического нанесения никелевых покрытий на диэлектрические подложки 1, 2. Для улучше 17596 1 2013.10.30 ния эксплуатационных свойств сплавов в никель-гипофосфитный раствор вводят примеси солей других металлов (висмута, олова, вольфрама, лантана, меди и др.) 3, 4. Определенной сложностью является химическое осаждение металлов на особо гладкие поверхности, так как в данном случае необходимо обеспечить прочное сцепление осаждаемого металла с подложкой. В качестве прототипа 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 Вода до 1 л.раствора 6,9. Покрытия, полученные из этого раствора на диэлектрической подложке, имеют повышенную механическую прочность и низкую дефектность. К недостаткам прототипа следует отнести низкую коррозионную стойкость. Задачей изобретения является получение покрытий никель-фосфор на особо гладких(стекло, керамика, кремний) диэлектрических подложках с улучшенными эксплуатационными характеристиками (адгезия и коррозионная стойкость). Поставленная задача достигается тем, что никель-гипофосфитный раствор, содержащий хлорид никеля, ацетат натрия, хлорид аммония, углекислый натрий, гипофосфит натрия,серосодержащую добавку и воду, дополнительно содержит нитрат индия, а в качестве серосодержащей добавки - полидисульфид 2-гидрокси-5-сульфобензойной кислоты общей формулы где 4-8,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 2-гидрокси-5 сульфобензойной кислоты 0,2-2,0 нитрат индия 0,2-2,0 вода до 1 л. Температура осаждения 650,5 Сраствора 6,5-6,9. Полидисульфид 2-гидрокси-5-сульфобензойной кислоты получают конденсацией мономера 2-гидрокси-5-сульфобензойной кислоты с однохлористой серой и проводят его идентификацию 6. 2 17596 1 2013.10.30 Пластину из кремния (полированного стекла, керамики), очищенную от загрязнений по известной методике 7, включающей, например, обработку 1 -ным раствором плавиковой кислоты, отмывку в ультразвуковой ванне с водно-щелочной эмульсией поверхностно-активных веществ, отмывку в деионизованной воде и финишную очистку в парах изопропанола, активировали методом окунания в композицию, содержащую, мас.палладий хлористый 1 ионогенный смачиватель 0,4. 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 индия. Необходимое количество полидисульфида 2-гидрокси-5-сульфобензойной кислоты, предварительно растворяют в этиловом спирте и вносят в колбу с остальными компонентами. Объем раствора химического никелирования доводят до 1 л дистиллированной водой. Активированные пластины кремния (полированного стекла, керамики) химически никелируют при 650,5 С в течение 5 мин 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.раствора 6,9. После никелирования пластины промывают в дистиллированной воде, сушат теплым воздухом и прогревают в вакууме (133-665 Па) при температуре 3500,5 С в течение 30 мин. Результаты измерений эксплуатационных свойств полученных покрытий приведены в таблице. Пример 1. Все, как в предыдущем опыте, однако в состав раствора химического никелирования вводят нитрат индия и полидисульфид 2-гидрокси-5-сульфобензойной кислоты при следующем соотношении компонентов (г/л) хлорид никеля 15 ацетат натрия 10 хлорид аммония 50 углекислый натрий 2 гипофосфит натрия 30 полидисульфид 2-гидрокси-5-сульфобензойной кислоты 0,2 нитрат индия 0,2 вода до 1 л.раствора 6,5 температура раствора - 650,5 С. Осаждение проводят сразу после приготовления раствора. По результатам атомно-эмиссионной спектроскопии в тонкопленочном никелевом покрытии соосаждается 6,2 ат.индия. Результаты испытаний приведены в таблице. 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) 3 17596 1 2013.10.30 хлорид никеля 15 ацетат натрия 5 хлорид аммония 25 углекислый натрий 1 гипофосфит натрия 20 полидисульфид 2-гидрокси-5-сульфобензойной кислоты 0,2 нитрат индия 0,2 вода до 1 л. Температура осаждения 650,5 Сраствора 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 10 хлорид аммония 50 углекислый натрий 5 гипофосфит натрия 40 полидисульфид 2-гидрокси-5-сульфобензойной кислоты 2 нитрат индия 2 вода 1 л. Температура раствора осаждения 650,5 Сраствора 6,8. Результаты испытаний сплава, полученного из этого раствора химического никелирования, 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 2-гидрокси-5-сульфобензойной кислоты. Индукционный период процесса химического никелирования увеличивается в 2 раза и осаждения покрытия требуемой толщины не наблюдается из-за прекращения автокатализа. Эксплуатационные свойства никелевых покрытий,полученных на стеклянных подложках Хлорид никеля 2 Ацетат натрия Хлорид аммо 3 ния Углекислый 4 натрий 1 По про- По при- По при- По при- По при- По при- По при- По притотипу меру 1 меру 2 меру 3 меру 4 меру 5 меру 6 меру 7 15 17596 1 2013.10.30 Продолжение таблицыСостав раство- По про- По при- По при- По при- По при- По при- По при- По прип/п ра, г/л тотипу меру 1 меру 2 меру 3 меру 4 меру 5 меру 6 меру 7 Гипофосфит 5 30 30 30 30 10 60 30 30 натрия Полидисульфид 2-гидро 6 кси-5-сульфо 0,2 0,2 0,2 1 2 бензойной кислоты 7 Нитрат индия 0,2 0,2 0,2 1 2 0,2 Срок хранения приготовленно 8 0 0 3 6 0 0 3 0 го раствора,суток Температура 9 650,5 С раствора, С Скорость осаж 10 7,2 7,2 7,7 8,0 5,5 14 1,8 8,0 дения, мкм/час Адгезионная 11 50 100 100 200 150 100 50 100 прочность,Суммарная площадь кор 12 95 10-11 10-11 15-17 15-17 11-14 95 розионных очагов ,Размер частиц,13 50-80 20-30 30-40 нмАдгезионная прочность измерялась с помощью скотч-теста. Таким образом, заявляемый раствор химического никелирования позволяет получать никелевые покрытия, содержащие в своем составе 6,2 ат.индия, что приводит к снижению размеров частиц и повышению плотности их упаковки. После термобработки получаемые никелевые покрытия по износоустойчивости приближаются к твердому хрому, а по коррозионной стойкости превышают известные в среднем на 80 . Покрытия, получаемые с добавками соли индия и полидисульфида 2-гидрокси-5-сульфобензойной кислоты, обладают улучшенной коррозионной стойкостью, адгезионной прочностью. Источники информации 1. Патент 2354746 2, МПК 23 18/36, 2009. 2. Патент 15094, МПК 23 18/50, 2011. 3. 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. 4. А.с. СССР 1801966 1, МПК 08 75/14, С 23 С 18/36, 1993. 5. А.с. СССР 1813793 1, МПК 23 18/36, 1993. 6. А.с. СССР 337444 1, МПК 23 18/36, 1972. 7. А.с. СССР 1663046 1, МПК 23 18/06,23 18/28,05 3/18, 1991. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5