DE3423690A1

DE3423690A1 - Waessriges bad zur abscheidung von gold und dessen verwendung bei einem galvanischen verfahren

Info

Publication number: DE3423690A1
Application number: DE19843423690
Authority: DE
Inventors: David Neil Hong Kong Cockayne; Augustus Bristol Conn. Fletcher; William L. South Meridien Conn. Moriarty
Original assignee: American Chemical and Refining Co Inc
Current assignee: American Chemical and Refining Co Inc
Priority date: 1983-06-27
Filing date: 1984-06-27
Publication date: 1985-01-10
Also published as: GB2142344A; GB8414871D0; US4465564A; GB2142344B; CA1243982A; FR2549091A1; JPS6021391A

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein neues Bad und Verfahren zur galvanischen Abscheidung von hochreinem Gold und verschiedenen Goldlegierungen. Solche Abscheidungen werden gewöhnlich aus Bädern hergestellt, die Cyanid- und/ oder Phosphatreste enthalten, obwohl auch bereits andere Elektrolyse, wie Elektrolyte auf Basis von Citratresten, mit Vorteil zur Bildung solcher Abscheidungen verwendet worden sind. Hierzu geeignete wäßrige Lösungen enthalten gewöhnlich auch noch Glanzmittel, Härter, Chelatbildner und andere Bestandteile, um die Art der Abscheidung von verschiedener Weise zu beeinflussen und die Arbeitsbedingungen des Bades zu verbessern.

Es ist bereits bekannt, Bäder zur Abscheidung von Gold für die verschiedensten Zwecke mit Carbonatverbindungen und Tartratverbindungen zu versetzen. In US-PS 2 724 687 wird beispielsweise die Verwendung von Kaliumcarbonat zur Einstellung des pH-Werts eines Bades für eine Goldlegierung beschrieben. Aus US-PS 2 905 601 ist ein saures Goldbad bekannt, das Weinsäure und ein Grundmetalltartrat enthält. In US-PS 2 967 135 und US-PS 3 104 212 werden saure GoIdbäder beschrieben, die Weinsäure enthalten.

Die US-PS 3 397 127 ist auf ein Weinsäure enthaltendes Bad zur Abscheidung von Gold gerichtet, das bei einem pH-Wert von 6,1 bis 10,5 betrieben werden kann. Die US-PS 3 475 beschreibt die Verwendung von Kaliumcarbonat oder Kaliumtartrat als Puffersalz und Leitsalz in einem Bad zur Abscheidung von Gold, das bei einem pH-Wert von 8 bis 12 oder darüber betrieben werden kann. Die US-PS 3 475 293 beschreibt die Verwendung von Kaliumcarbonat bei einer Vielfalt von Metallbädern, während aus US-PS 3 598 706 der Zusatz von Tartraten in sauren Bädern zur Abscheidung von Gold bekannt ist. Die US-PS 3 666 640 zeigt die Verwendung von Weinsäure als Chelatbildner bei einer Goldsulfitformu-

lierung.

Aus US-PS 3 893 896 ist eine Lösung zur Abscheidung von Gold bekannt, die neben anderen Bestandteilen ein Alkaligoldcyanid, eine schwache aliphatische Säure, eine sich nicht abscheidende Metallverbindung und einen Metallhärter enthält. Die schwache Säure kann Weinsäure sein, das sich nicht abscheidende Metall kann in Form einer Carbonatverbindung zugeführt werden und der Metallhärter kann als Tartratsalz zugesetzt werden. Für dieses Bad wird ein pH-Bereich von etwa 3,7 bis 4,8 angegeben. In US-PS 3 926 748 wird ein neutrales Bad zur Abscheidung von Gold und Antimon beschrieben, das Kaliumtartrat und Antimonylkaliumtartrat enthält. Aus US-PS 4 121 982 ist der Zusatz von Alkalimetalltartraten zu einem Bad zur Abscheidung von Goldlegierungen bekannt, das bei einem pH-Wert zwischen etwa 8 und 10 betrieben werden kann.

Bekannt ist ferner auch die Verwendung von Tartratverbin- ^O düngen und Carbonatverbindungen bei Bädern zur Abscheidung von Silber. Solche Formulierungen gehen vor allem aus US-PS 2 555 375 hervor. In US-PS 3 219 558 wird die Anwendung einer Kombination aus Antimonylkaliumtartrat und Kalium- ; carbonat zur Abscheidung von Silber aus einem Cyanidbad beschrieben. Die US-PS 3 362 895 ist auf die Verwendung von Antimonylkaliumtartrat in einer Kombination aus einer schwachen Säure und einem Salz als Puffersystem in einem neutralen Silberbad gerichtet.

Trotz der Vielfalt der bereits bekannten Bäder besteht immer noch Bedarf an einem Bad zur galvanischen Abscheidung von Gold, durch das sich hochreine Abscheidungen bilden lassen und das sich vor allem zur Herstellung von Abscheidungen mit einer den Bedürfnissen der Halbleiterindustrie entsprechenden hohen Reinheit unter Verwendung von entweder kontinuierlichem oder pulsierendem Gleichstrom eignet. Ein solches Bad soll ferner ein verhältnismäßig

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niedriges spezifisches Gewicht haben, unter einer hohen Stromdichte bei verhältnismäßig niedrigen Goldkonzentrationen betrieben werden können und eine hohe Verunreinigungsfähigkeit, beispielsweise durch Kupfer, aufweisen. Weiter soll ein Bad mit den obigen Merkmalen und Vorteilen zur Abscheidung von Gold in Form von Legierungen mit verschiedenen Metallen geeignet sein, um so Überzüge mit einer Vielfalt von Eigenschaften bilden und den Glanzbereich solcher Oberzüge erweitern zu können.

Bisher gibt es nun jedoch keine Bäder, die die oben erwähnten erwünschten Merkmale insgesamt zufriedenstellend erfüllen.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines neuen Bades zur galvanischen Abscheidung von Gold, durch das sich hochreine Goldüberzüge bilden lassen, und eines neuen Verfahrens, bei dem ein solches Bad verwendet wird. Ein solches Bad soll sich unter einer hohen Stromdichte betrei^w ben lassen, und es soll zugleich über eine verhältnismäßig niedrige Konzentration an Gold und ein niedriges spezifisches Gewicht verfügen. Weiter soll es zur Bildung galvanischer Überzüge mit einer für die Halbleiterindustrie ausreichend hohen Reinheit geeignet sein. Schließlich soll ^ΔΌ dieses Bad über ein hohes Verunreinigungsvermögen verfugen und zur Bildung von Überzügen aus Goldlegierungen mit unterschiedlichen Karatwerten und einem breiten Glanzbereich geeignet sein.

Die obige Aufgabe wird nun erfindungsgemäß gelöst durch ein wäßriges Bad zur Abscheidung von Gold, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es pro Liter etwa 0,005 bis 0,2 Grammol gelöstes Gold, ein Tartratsalz in einer Menge von etwa 0,1 bis 0,4 Grammol Tartratresten und ein Carbonatsalz oder ein Säuresalz in einer Menge von etwa 0,2 bis 1,5 Grammol Carbonatresten enthält und einen pH-Wert von etwa 6,5 bis 13,0 hat.

_β.· r ^Β r :: :. : :*^vr 342369D j Ein bevorzugtes wäßriges Bad" dieser Art ist daaörch" gekennzeichnet, oaB

die Konzentration an gelöstem Gold etwa 0,02 bis 0,06 Grammol, die Konzentration an Tartratsalz etwa 0,2 bis 0,3 Grammol Tartratresten und die Konzentration an Carbonatsalz oder Säuresalz etwa 0,2 bis 0,7 g bzw. etwa 1,0 bis 1,5 Grammol Carbonatresten entspricht und der ph-Wert bei etwa 8,0 bis 11,0 liegt.

Zusätzlich zu den obigen Bestandteilen kann das erfindungsgemäße Bad auch geeignete Mengen an metallischen Zusätzen enthalten, bei denen es sich um Thallium, Arsen, Kupfer, Cadmium, Zink oder Palladium oder . Gemische hiervon handeln kann.Es können auch weitere Zusätze verwendet werden, wie Polyethylenimim, Kaliumcyanid oder Natriumborat oder Gemische hiervon. Eine eventuell erforderliche Erniedrigung des ph-Wertes des Bades wird am besten unter Verwendung von Weinsäure durchgeführt.

Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zur galvanischen Abscheidung von Gold, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein entsprechendes Werkstück in ein Bad mit der obigen Zusammensetzung taucht. Die Temperatur des Bades wird dabei auf etwa 35 bis 85⁰C gehalten, wobei man

an das Werkstück und eine Anode eine solche elektrische Spannung an-20

legt, daß sich eine Stromdichte von etwa 0,001 bis 24 A/dm² am Werkstück ergibt und darauf hierdurch das Metall in der gewünschten Dicke galvanisch abgeschieden wird. Vorzugsweise soll die Temperatur des Bades nicht über etwa 7O⁰C hinausgehen und die Stromdichte bei der

Abscheidung etwa 0,01 bis 7 A/dm² betragen. 25

Das Gold wird der entsprechenden Lösung in üblicher Weise gewöhnlich als lösliches Goldcyanid, und vor allem als Kaliumgoldcyanid, zugesetzt. Hierzu wird eine solche Menge der jeweiligen Goldverbindung in Lösung gebracht, daß sich etwa 1 bis 37,5 g Metall (0,005 bis 0,2 Grammol) pro Liter Lösung ergeben. Bei den bevorzugten Bädern beträgt die Konzentration an Gold etwa 4 bis 12 g (0,02 bis 0,06 Grammol) pro Liter Bad.

Die Aufrechterhaltung von freiem Cyanid im Bad ist im allgemeinen zwar nicht erforderlich, häufig jedoch von Vorteil. In einem solchen Fall hängt die Konzentration an freiem Cyanid in erster Linie von der Azidität des Bades ab und liegt bei etwa 2,0 bis 30,0 g Kaliumcyanid pro Liter in grob gesehen direktem Verhältnis zu den ph-Werten von etwa 7,5 bis 13,0.

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Die hauptsächlichen Elektrolytbestandteile des Bades sind die Carbonatsalze und Tartratsalze. Als Quelle für diese Reste werden am besten die Kaliumverbindungen verwendet, obwohl auch Natrium- und Ammoniumderivate eingesetzt werden können. Der Carbonatrest kann entweder in Form dea Salzes oder des Säuresalzes zugeführt werden, beispielsweise entweder als Kaliumcarbonat oder als Kaliumbicarbonat. Es soll eine solche Menge an Tartratsalz verwendet werden, daß sich etwa 0,1 bis 0#4, vorzugsweise etwa 0,2 bis 0,3 Grammol Tartratreste pro Liter ergeben.

Das Carbonatsalz wird in einer solchen Konzentration angewandt, daß sich etwa 0,2 bis 0,7 Grammol Carbonatreste pro Liter ergeben, während das Säuresalz normalerweise in ei- *° ner Menge eingesetzt wird, die zu etwa 1,0 bis 1,5 Grammol hiervon pro Liter führt.

Ist der pH-Wert des Bades für eine saubere Arbeitsweise zu hoch, dann wird der pH-Wert zweckmäßigerweise unter Verwendung von Weinsäure erniedrigt, da man hierdurch ohne Zufuhr irgendwelcher fremder störender Ionen auskommt. Ist der pH-Wert des Bades dagegen niedriger als erwünscht, dann erhöht man den pH-Wert im allgemeinen durch Zusatz

einer geeigneten Menge an Kaliumhydroxid. 25

Das erfindungsgemäße Bad kann, wie bereits oben erwähnt, außer Gold zweckmäßigerweise auch noch andere Metalle enthalten. Zu den am häufigsten verwendeten anderen Metallen dieser Art gehören Thallium (etwa 0,005 bis 0,1 g pro Liter), Arsen (etwa 0,005 bis 0,1 g pro Liter), Kupfer (etwa 0,15 bis 5,0 g pro Liter), Cadmium (etwa 0,05 bis 5 g pro Liter), Zink (etwa 0,05 bis 5 g pro Liter) und Palladium (etwa 0,10 bis 5 g pro Liter). Häufig ergeben Kombinationen aus zwei oder mehreren dieser zusätzlichen Metalle Überzüge der gewünschten Art.

Durch Legierung des Goldes mit Cadmium und Kupfer lassen

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sich unter Verwendung des erfindungsgemäßen Bades im allgemeinen Überzüge von etwa 18 Karat bilden. Eine Legierung des Goldes mit Kupfer und Palladium ergibt Goldüberzüge

von etwa 20 bis 22 Karat. Durch Legierung mit Arsen und/ 5

oder Thallium laßt sich der Stromdichtebereich stark verbreitern, innerhalb welchem glänzende überzüge gebildet werden. Durch Zusatz von Natriumborat zum Bad läßt sich der Glanzbereich erhöhen, wobei sich eine Menge an Natriumborat von etwa 30 g pro Liter als besonders wirksam erwiesen hat. Der Zusatz von Polyethylenimin, insbesondere in Kombination mit einem oder mehreren der oben genannten Legierungsmetalle, ist ebenfalls mit Verbesserungen verbunden. Ein solches Polyethylenimin wird gewöhnlich in einer Konzentration von etwa 5 bis 40 ml eines Konzentrats aus 16 g pro

Liter und vorzugsweise in einer Konzentration von etwa ml eines solchen Konzentrats, pro Liter Lösung angewandt.

Das erfindungsgemäße Bad kann zur Bildung der gewünschten Überzüge in einem verhältnismäßig breiten pH-Bereich betrieben werden, dessen Grenzwerte sich etwa vom Neutralpunkt bis zum stark alkalischen Bereich erstrecken. Der bevorzugte pH-Bereich liegt zwischen etwa 8,0 und 11,0. Das erfindungsgemäße Bad hat im allgemeinen eine Dichte bei 15⁰C von etwa 1,04 bis 1,09 (6° bis 10°Baume), obwohl auch wesentlich höhere Dichtewerte aufrechterhalten werden können, und zwar insbesondere dann, wenn der Elektrolyt aus einem Bicarbonatsauresalz besteht. Das erfindungsgemäße Bad kann in bestimmten Fällen zwar bei einer Stromdichte von bis zu 24 A/dm² betrieben werden, wobei normalerweise jedoch eine solche Spannung angelegt wird, daß sich am Werkstück eine Stromdichte von etwa 0,01 bis 7 A/dm^z ergibt. Die Temperaturen im erfindungsgemäßen Bad können im allgemeinen zwischen etwa 35 und 85°C schwanken und liegen vorzugsweise zwischen etwa 60 und 70⁰C.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die verschiedensten Arten an Abscheidvorrichtungen verwen-

det werden, beispielsweise Vorrichtungen in Form von Tonnen oder Rahmengestellen oder Vorrichtungen, die unter hoher Geschwindigkeit eine kontinuierliche und selektive Abscheidung ermöglichen. Zusätzlich zur gleichförmigen galvanischen Abscheidung mit Gleichstrom kann auch eine pulsierende Abscheidung angewandt werden, wodurch sich zufriedenstellende gute und nichtporöse Abscheidungen unter verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit mit der geringsten

Menge an Goldgehalt ergeben.
10

Es können die verschiedensten Anoden verwendet werden, beispielsweise Anoden aus Gold, rostfreiem Stahl, Platin, platinbeschichtetem Tantal oder Graphit. Das Material, aus dem der Galvanisiertank oder das sonstige Gefäß besteht,

¹^ soll gegenüber dem jeweiligen Bad inert sein, und diese Gefäße bestehen daher zweckmäßigerweise aus Polypropylen, mit Kautschuk ausgekleidetem Stahl, Polyvinylchlorid oder sonstigen geeigneten Materialien. Das Bad soll während des Betriebs filtriert und durchmischt werden, damit keine Schwierigkeiten auftreten und eine optimale Arbeitsweise gewährleistet ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen weiter erläutert. Alle darin enthaltenen Teilangaben verstehen sich in Gewichtsteilen, sofern nichts anderes gesagt ist. Die Härteangaben sind Khoop-Härtewerte und sie stellen jeweils den Mittelwert aus einer Reihe von Versuchen unter Verwendung eines 25 g schweren Belastungswerkzeugs dar. Die Temperaturen sind in ⁰C angegeben. Die spezifisehen Gewichte beziehen sich auf die Dichten bei 25°C.

Alle beschriebenen Bäder beziehen sich auf 1 Liter Lösung und sind mit deionisiertem Wasser formuliert. Das Gold wird als 68 %-iges Kaliumgoldcyanid zugeführt.

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Beispiel 1

Aus den im folgenden angegebenen Bestandteilen wird eine

Lösung mit den angeführten Eigenschaften hergestellt: 5

Bestandteile/Eigenschaften Menge/Wertangabe

Kaliumtartrat 30 g

Kaliumcarbonat 30 g

Gold als Metall 6,01 g

pH-Wert 11,0

Temperatur (⁰C) 50

Dichte (bei 15°C) 1,042

α. Unter Verwendung de obigen Lösung beschichtet man dann in einem üblichen Laborgerät Kovar- Leitungsrahiren unter Anwendung einer Stromdichte von etwa 1,7 A/dm² während einer Zeitdauer von 10 Sekunden, wodurch man zu folgenden Ergebnissen gelangt:

Farbe des Überzugs: Halbglänzend gelb Dicke: 1,55 μΐη

Stromausnutzung: 102 mg/A-min

B. Der pH-Wert des Bades wird mit d-Weinsäure auf 8,5 eingestellt, worauf man erneut Kovar-Leitungsrahinen unter Anwendung einer Stromdichte von 1,7 A/dm² während einer Zeitdauer von 7 Sekunden beschichtet. Hierdurch gelangt man zu folgenden Ergebnissen:

Farbe des Überzugs: Halbglänzend gelb Dicke: 1,04 μΐη

Stromausnutzung: 87 mg/A-min

c. Man stellt den pH-Wert des Bades mit d-Weinsäure auf 6,5 ein und wiederholt die oben unter B. beschriebene Arbeitsweise, wodurch man zu folgenden Ergebnissen gelangt:

--·· ' ■» ·: - 3423630 Farbe des Überzugs: Halbglänzend gelb Dicke: 1,13 μπι

Stromausnutzung: 93,99 mg/A*min

⁵Beispiel2

Es werden Lösungen hergestellt, die 1,5g d-Weinsäure, entweder 30 oder 60 g (jeweils) an sowohl Kaliumtartrat als auch Kaliumcarbonat und verschiedene Mengen an Gold

¹^ enthalten. Das Bad, das die beiden Elektrolyten in einer Konzentration von 30 g/Liter enthält, hat eine Dichte bei 15°C von 1,045, während das Bad, das die beiden Elektrolyten in einer Menge von 60 g/Liter enthält, über eine Dichte bei 15°C von 1,090 verfügt. Beide Bäder haben pH-Werte von 8,5. Unter Verwendung von Standard-Hullzellen werden mit dem Bad Versuche bei 0,5 A während 2,0 Minuten bei 65_r5°C durchgeführt, wodurch man zu folgenden Ergebnissen gelangt:

	Gold	g/i	Glanzbereich	bis	0,005	A/dm²	Stromausnutzung	mg/A«min
A.	4,0	g/i	0	bis	0,025	A/dm²	99,0	mg/A«min
B.	4,0	g/i	0	bis	0,115	A/dm²	114,0	mg/A«min
C.	6,0	g/i	0	bis	0,065	A/dm²	118,0	mg/A«min
D.	8,0	g/i	0	bis	0,085	A/dm²	110,0	mg/A«min
E.	8,0	g/i	0	bis	0,185	A/dm²	110,0	mg/A-min
F.	8,0	0	116,0

Die mit F bezeichnete Lösung ist genauso zusammengesetzt wie die Lösung E, enthält zusätzlich jedoch 30 g Natriumborät.

Beispiel 3

Aus den im folgenden angegebenen Bestandteilen wird eine Lösung mit den angeführten Eigenschaften hergestellt:

- 14.rl. : ^:..^:'\J -..^; "^ 2 36

Bestandteile/Eigenschaften Menge/Wertangabe

Kaliumtartrat 60 g

Natriumcarbonat 60 g

d-Weinsäure 1,5 g

Gold als Metall 8,2 g

Temperatur (⁰C) 65,5

Dichte (bei 15°C) 1,090

a. In obigem Bad überzieht man zugleich einen 2,5x5 cm großen Platincoupon und einen 2,5 χ 5 cm großen Messingcoupon während einer Zeitdauer von 164 Minuten unter Anwendung einer Stromdichte von 0,03 A/dm², wodurch man zu einem 48 μπι dicken Überzug gelangt. Dieser Überzug verfügt über folgende Härte und Reinheit:

Härte: Knoop 25 = 77
Reinheit: Gold = 99,99 %.

B. Man verunreinigt das obige Bad durch Zusatz von 0,050 g metallischem Kupfer (als Kaiiumkupfercyanid) pro Liter und wiederholt den obigen Versuch, wodurch man zu folgenden Ergebnissen gelangt:

Härte: Knoop 25 = 77
Reinheit: Gold = 99,999 %

Kupfer = 0,0004 %

C. Man verunreinigt das obige Bad durch Zusatz von 0,100 g Kupfer pro Liter und wiederholt den obigen Versuch, wodurch man zu folgenden Ergebnissen gelangt:

Härte: Knoop 25 = 88
Reinheit: Gold = 99,995 %
Kupfer = 0,005 %

D. Man verunreinigt das obige Bad durch Zusatz von Kupfer in einer Menge von 0,150 g pro Liter und wiederholt

den obigen Versuch, wodurch man zu folgenden Ergebnissen gelangt:

Härte: Knoop 25 = 82
Reinheit: Gold = 99,782 %
Kupfer = 0,214 %

Beispiel 4

Bestandteile/Eigenschaften Menge/Wertangabe

Kaliumtartrat 60 g

Kaliumbicarbonat 120 g

Dichte (bei 15°C) 1,128

pH-Wert 7,76

Gold als Metall 8,2g

Unter Verwendung von Standard-Hullzellen werden Versuche

bei der angegebenen Temperatur und bei einer Stromstärke von 0,5 A während 2,0 Minuten durchgeführt, wodurch man . zu folgenden Ergebnissen gelangt:

Temperatur Glanzbereich Stromausnutzung

49 ⁰C 0 bis 0,041 A/dm² 112 mg/A-min

65,5⁰C 0 bis 0,14 A/dm² 120 mg/A-min

Beispiel 5

A V « tf * *vv * # to w » *

Bestandteile/Eigenschaften Menge/Wertangabe

Kaliumtartrat 60 g

Kaliumcarbonat 60 g

d-Weinsäure 1,5 g

Gold als Metall 12,02 g

pH-Wert 8,5

Dichte (bei 15⁰C) 1,090

Temperatur (⁰C) 65,5 10

A. Unter Verwendung von Standard-Hullzellen werden Versuche bei einer Stromstärke von 0,5 A während 2,0 Minuten unter Einsatz des obigen Bades durchgeführt, das durch den im folgenden angegebenen Zusatz modifiziert worden ist, wodurch man zu folgenden Ergebnissen gelangt:

Zusatz Glanzbereich Stromausnutzung

20 ppm Arsen 0 bis 0,185 A/dm² 117 mg/A-min 20 ppm Thallium 0 bis 0,115 A/dm² 119 mg/A*min

Das Arsen wird als Natriumarsenit zugesetzt, während man das Thallium als Thalliumnitrat zugibt. Die Gewichtsmengen (in Teilen pro Million) sind auf das Gewicht von 1 Liter Lösung bezogen.

B. Unter Verwendung der oben unter A. beschriebenen Bäder werden Coupons nach dem in Beispiel 3 beschriebenen Verfahren galvanisch überzogen, wodurch man zu folgenden Ergebnissen gelangt:

Durch Zusatz von Arsen;abgewandeltes Bad: Härte: Knoop 25 = 96,6
Reinheit: Gold = 99,96 %
Arsen = 0,031 %

Durch Zusatz von Thallium abgewandeltes Bad:

Härte: Knoop 25 = 123,5

Reinheit: Gold = 99,56 %

Thallium = 0,43 %
5

C. Man stellt den pH-Wert des nichtabgewandeiten Bades mit Weinsäure und Kaliumhydroxid in geeigneter Weise ein und führt die Beschichtung in einer Standard-Hullzelle während 2 Minuten bei 0,5 A durch, wodurch man zu folgenden Ergebnissen gelangt:

pH-Wert Glanzbereich Stromausnutzung

6,5 * 0 bis 0,140 A/dm² 115 mg/A-min

7,5 0 bis 0,125 A/dm² 115 mg/A-min

8,5 0 bis 0,140 A/dm² 113 mg/A«min

9,5 0 bis 0,115 A/dm² 115 mg/A-min

* Der pH-Wert erhöht sich nach dem Versuch auf 7,5.

D. Das basische Bad wird mit verschiedenen Kombinationen aus Kupfer, Cadmium, Palladium, Zink und Polyethylenimin abgewandelt, um so die Zweckmäßigkeit eines Arbeitens mit diesen Zusätzen zu zeigen. Am günstigsten sind Kombinationen aus Kupfer, Cadmium und Polyethylenimin sowie Kombinationen aus Kupfer und Palladium.

Beispiele

3Q Das nichtverunreinigte Bad von Beispiel 3 untersucht man bezüglich seiner Eignung zur Herstellung einer Halbleiterpackung, bei der ein Siliciumchip unter Anwendung von Wärme und Druck auf eine mit Gold überzogene Oberfläche gebunden ist und bei der die Leitungen von der mit Gold be-

gg schichteten Oberfläche durch Thermoschallmittel oder Ultras cha llmittel elektrisch verbunden sind. Beim Versuch wird die Oberfläche zur Bindung zuerst mit Nickel aus einer Sulfamatlösung in einer Dicke von 1,25 μΐη überzogen

und dann in dem Goldbad unter Bildung eines 1,5 μ«ι dicken Überzugs aus Gold überzogen, und zwar entweder unter Anwendung von pulsiertem oder nichtpulsiertem Gleichstrom (mittlere Stromdichte 0,028 A/dm^a). Die erhaltenen Packungen unterzieht man dann den in der Halbleiterindustrie üblichen Versuchen zur Ermittlung der Bindefestigkeit von Drähten, wobei man die Anordnungen sowohl unmittelbar nach Beschichtung als auch im Anschluß an Wärmebehandlungen bei verschiedenen Temperaturen und während verschiedener Zei-¹^ ten prüft. Hierbei ergibt sich, daß al.le Packungen die geforderten Voraussetzungen voll erfüllen.

Aus obigen Ausführungen und Beispielen ergibt sich, daß das erfindungsgemäße Bad zur galvanischen Abscheidung von Goldüberzügen hoher Reinheit befähigt ist. Es kann unter einer hohen Stromdichte betrieben werden und weist eine verhältnismäßig niedrige Goldkonzentration und Dichte auf. Weiter verfügt es über ein hohes Verunreinigungsvermögen und ist zur Bildung von Überzügen aus Goldlegierungen geeignet, die über unterschiedliche Karatwerte und verbreiterte Glanzbereiche verfügen.

Claims

ACR-25-GE

AMERICAN CHEMICAL & REFINING CO., INC.

Waterbury, CT, V.St.A,

Wäßriges Bad zur Abscheidung von Gold und dessen Verwendung bei einem galvanischen Verfahren

Patentansprüche 25

Wäßriges Bad zur Abscheidung von Gold, d a "u r c h gekennzeichnet, daß es pro Liter etwa 0,005 bis 0,2 Granmol gelöstes Gold, ein Tartratsalz in einer Menge von etwa 0,1 bis 0,4 Granunol Tartratresten und ein Carbonatsalz oder ein Säuresalz in einer Menge von etwa 0,2 bis 1,5 Granmol Carbonatresten enthält und einen pH-Wert von etwa 6,5 bis 13,0 hat.
2. Bad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration an gelöstem Gold etwa 0,02 bis 0,06 Grammol, die Konzentration an Tartratsalz etwa 0,2 bis 0,3 Granunol Tartratresten und die Kon-

• «tow»*' Wtf VV · ·» ^v

zentration an Carbonatsalz oder Säuresalz etwa 0,2 bis 0,7 Graitunol Carbonatresten entspricht und der pH-Wert bei etwa 8,0 bis 11,0 liegt.
3. Bad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Konzentration an gelöstem Gold etwa 0,02 bis 0,06 Grammol, die Konzentration an Tartratsalz etwa 0,2 bis 0,3 Graxnmol Tartratresten und die Konzentration an Carbonatsalz oder Säuresalz etwa 1,0 bis 1,5

Grammol Carbonatresten entspricht und der pH-Wert bei etwa 8,0 bis 11,0 liegt.
4. Bad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es ferner eine kleine Menge an Thal-

lium, Arsen, Kupfer, Cadmium, Zink oder Palladium oder Ge- ■ mischen hiervon als metallischen Zusatz enthält.
5. Bad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es ferner ein Polyethylenimin, Kaliumcyanid oder Natriumborat oder Gemische hiervon als Zusatz enthält.
6. Bad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß es ein Polyethylenimin, Kaliumcyanid oder Natriumborat oder Gemisch hiervon als Zusatz enthält.
7. Verfahren zur galvanischen Abscheidung von Gold, dadurch gekennzeichnet, daß man

(A) ein Werkstück in ein Bad taucht, das pro Liter etwa 0,005 bis 0,2 Grammol gelöstes Gold, ein Tartratsalz in einer Menge von etwa 0,1 bis 0,4 Grammol Tartratresten und ein Carbonatsalz in einer Menge von etwa 0,2 bis 1,5 Grammol Carbonatresten enthält, einen pH-Wert von etwa 6,5 bis 13,0 hat und eine Temperatur von etwa 35 bis 85⁰C aufweist, und

(B) an das Werkstück und eine Anode eine solche elektrische Spannung anlegt, daß sich eine Stromdichte von etwa 0,01 bis 7 A/dm² am Werkstück ergibt und darauf

hierdurch das Metall in der gewünschten Dicke galvanisch abgeschieden wird»
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß als Spannung ein kontinuierlicher Gleichstrom angelegt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß als Spannung ein pulsierender Gleichstrom angelegt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß man in einer zusätzlichen Stufe den pH-Wert durch Zufuhr von Weinsäure zum Bad auf

¹^ den angegebenen Wert einstellt.
11. Bad zur galvanischen Abscheidung von Gold, dadurch gekennzeichnet, daß es sich hierbei um eine Lösung handelt, die etwa 30 bis 60 g Kaliumtartrat, etwa 30 bis 60 g Kaliumcarbonat, etwa 1,5 g Weinsäure, etwa 8 bis 12 g metallisches Gold, 0 bis 30 g Kaliumcyanid, 0 bis zu einer wirksamen Menge an Thallium, Arsen, Kupfer, Cadmium, Zink, Palladium, Natriumborat oder Polyethylenimin oder Gemischen hiervon als Zusatz und so viel Wasser enthält, daß sich 1 Liter Lösung ergibt.
12. Bad nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es kein Kaliumcyanid enthält und die Mengen an vorhandenem Kaliumtartrat und Kaliumcarbonat jeweils 60 g betragen.
13. Bad nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß es eine Kombination aus Kupfer, Cadmium und Polyethylenimin als Zusatz enthält.
14. Bad nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß es eine Kombination aus Kupfer und

Palladium als Zusatz enthält.
15. Bad zur galvanischen Abscheidung von Gold, dadurch gekennzeichnet, daß es sich hierbei um eine Lösung handelt, die im wesentlichen etwa 60 g Kaliumtartrat, etwa 120 g Kaliumcarbonat, etwa 8 g metallisches Gold und so viel Wasser enthält, daß sich 1 Liter Lösung ergibt.