镀锡用组合物及镀锡方法技术

本发明专利技术涉及一种用于在基板上沉积锡和锡合金的电解质组合物，以及利用这种组合物的电镀锡和锡合金的方法。这种电解质组合物适用于高速镀锡。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
镀锡用组合物及镀锡方法
大体而言，本专利技术涉及基板上镀覆金属的领域。更具体地，本专利技术涉及沉积锡和锡合金的电解质组合物及方法。
技术介绍
在电镀设备中，用于沉积锡、铅或其合金的电镀浴已被使用多年。高速电镀设备及方法是本领域所公知的，且该设备及方法通常由下列构成：将欲电镀对象从电镀槽一端引入，使该对象通过电镀槽而在另一端离开。将电镀液除去或从电镀槽溢流至储槽并将该溶液从储槽泵送回到电镀槽，以提供剧烈搅拌及溶液循环。这些电镀槽可以有许多变化，但一般的特征如前所述。一些令人满意的特征为，在这种设备或中，电镀溶液应具有可达到改善操作的特性。该溶液必须能在所需的高速下电镀所要的沉积。该溶液必须沉积能符合可焊锡性或特定应用需求的锡。该溶液应具有稳定性，且该溶液中的添加剂必须能承受强酸溶液及空气的引入(在高速镀覆机中，由于剧烈的溶液移动将会发生空气的引入)。该溶液即使在如120至130°F(大约48至55℃)的高温下，也应保持清澈而不发生混浊。由于涉及高电流密度，因此通常优选在高温下操作这些溶液。添加剂必须是那些在高温下不会使溶液浑浊的类型的添加剂。在这种高速电镀过程中，由于剧烈的溶液移动及溶液与空气混合，因此非常易于产生泡沫，该泡沫不利于电镀过程。在极端的情况下，泡沫会在储槽中累积而溢流到地面上，因此会损失大量溶液而成为废弃流。泡沫也会妨害用来产生搅拌的泵的操作。由于泡沫的存在也可能使阳极和阴极之间发生电弧。因此，该电镀溶液中所使用的添加剂在镀覆设备中不应产生泡沫。作为镀锡、铅及锡/铅合金的许多电解质已被提出。例如，美国专利第5,174,887号(Federman等人)公开了具有表面活性剂与有机化合物-->(具有至少1个羟基及20个或少于20个碳原子)的环氧烷缩合产物的高速电镀锡的方法。该有机化合物包含1至7个碳原子之间的脂族烃、未取代的芳族化合物或在烷基部分具有6个或少于6个烷基化的芳族化合物。在使用过程中，可减缓高速镀锡生产线的速度，例如将新的金属线圈焊接至欲电镀的金属条末端。在这种减速的过程中，该金属基板通过电镀浴的速率会减慢。理论上，欲保持一致的锡或锡合金的沉积厚度，亦即外层重量，该电镀浴必须在较低的电流密度下操作。然而，包含以上所讨论的目前的锡和锡合金高速电镀浴，因顾及这种减速的过程，而无法在极宽电流密度范围内制得一致的锡或锡合金的外观。在低电流密度下，常规光泽锡电镀浴通常产生模糊的锡沉积物，特别是在镍或镍合金的基板上。当这种电镀浴使用在部分浸入的场合时，多数常规锡电镀浴也会在空气-电镀浴界面上产生深色或黑色线条。这种线条是人们不希望的。已知某些聚烯亚胺类用于锌电镀浴中。例如，参见德国专利DE3121016号。这种聚烯亚胺类可被胺基甲酰基和/或硫代胺基甲酰基取代。聚烯亚胺类的用途并未公开在锡或锡合金电镀浴中的应用。美国专利第5,282,954号(Opaskar)公开了用于锡电镀浴的烷氧基化二胺表面活性剂。在此专利中并未公开羧基烷基化的聚烯亚胺类。因此，对于能在宽电流密度范围内沉积锡或锡合金，同时在该电流密度范围内维持均匀的沉积外观的电镀浴，仍有不断的需求。
技术实现思路
已惊人地发现使用本专利技术电解质组合物可在宽电流密度范围内均匀地沉积锡或锡合金。并且进一步惊人地发现本专利技术电解质组合物可在高电流密度和低金属浓度下镀锡或锡合金，并同时在整个电流密度范围内可产生均匀的沉积外观。本专利技术一方面提供用于在基板上沉积锡或锡合金的电解质组合物，该组合物含有一种或一种以上的锡化合物、一种或一种以上的酸性电解质，及一种或一种以上的羧基烷基化的聚烯亚胺化合物。本专利技术另一方面提供在基板上沉积锡或锡合金的方法，该方法包含-->使该基板与上述电解质组合物接触，对该电解质组合物施加足够的电流密度使锡或锡合金沉积在基板上的步骤。本专利技术又一方面提供一种基板，该基板具有根据上述方法于其上方所沉积的锡或锡合金。本专利技术另一方面提供用于在基板上沉积锡-铜合金的电解质组合物，该组合物含有一种或一种以上的锡化合物、一种或一种以上的铜化合物、一种或一种以上的酸性电解质，及一种或一种以上的羧基烷基化的聚烯亚胺化合物。本专利技术另一方面提供一种高速电镀锡或锡合金的方法，包括下列步骤：a)使用含有电镀槽的高速电镀设备；与该电镀槽相接的溢流储槽；由该储槽将溶液送回该电镀槽的装置；将欲电镀基板从电镀槽一端入口处引导至电镀槽第二端出口的装置；b)引入含有一种或一种以上的锡化合物碱性溶液，一种或一种以上的酸性电解质，及一种或一种以上的羧基烷基化的聚烯亚胺化合物为主要成分的溶液；c)在可达到高速电镀的足够电流密度及足够温度下，于基板通过该电镀槽电镀内的溶液时，使基板连续电镀锡或锡合金。本专利技术另一方面提供一种如上所述在基板上沉积锡或锡合金的方法。本说明书全文中所使用的下列缩写除非另有文字清楚指明，否则应具有下列意义：℃＝摄氏度；°F＝华氏度；g＝克；L＝公升；mL＝毫升；m＝微米；wt％＝重量百分比；cm＝厘米；ca＝大约及ASD＝安培每平方分米。在本说明书全文中的术语“沉积”和“镀覆”可替换使用。“卤化物”指氟化物、氯化物、溴化物及碘化物。“烷基”指直链、支链和环状烷基。所有百分比为重量百分比，除非另有注明。所有数值范围均包含在内而且可以任何顺序组合，但此数值范围显然须限制在总计为100％的条件下。本专利技术的电解质组合物包含一种或一种以上的锡化合物、一种或一种以上的酸性电解质，及一种或一种以上的羧基烷基化的聚烯亚胺化合物。该电解质组合物又可包含一种或一种以上的合金化成分与任选用以提高效率和/或镀覆品质之一种或一种以上的添加剂。用于本专利技术的一种或一种以上的锡化合物为任何溶液可溶性的锡-->化合物。适合的锡化合物包含但不限于锡盐，例如锡卤化物；锡硫酸盐；锡烷磺酸盐(例如锡甲烷磺酸盐、锡乙烷磺酸盐和锡丙烷磺酸盐)；锡芳基磺酸盐(锡苯磺酸盐和锡甲苯磺酸盐)；及锡烷醇磺酸盐等。当使用锡卤化物时，该卤化物优选氯化物。该锡化合物优选为锡硫酸盐、锡氯化物、锡烷磺酸盐或锡芳基磺酸盐，更优选为锡硫酸盐或锡甲烷磺酸盐。适合的锡烷磺酸盐包含锡甲烷磺酸盐、锡乙烷磺酸盐和锡丙烷磺酸盐。适合的芳基磺酸盐包含锡苯磺酸盐和锡甲苯磺酸盐。用于本专利技术的锡化合物通常可由各种来源购得且不需进一步纯化即可使用。或者，用于本专利技术的锡化合物可利用文献中已知的方法制备。本专利技术电解质组合物的锡化合物的使用量为可提供锡含量的任意量，通常在5至100g/L的范围，优选为10至70g/L。当本专利技术组合物使用在低速镀覆过程时，在电解质组合物的锡总量通常在5至60g/L的范围，优选为10至20g/L。当本专利技术组合物使用在高速镀覆过程时，在电解质组合物的锡总量通常在20至100g/L的范围，优选为40至70g/L。当本专利技术组合物使用在钢制品的高速镀锡时，在电解质组合物的锡总量通常在5至50g/L的范围，优选为10至30g/L。锡化合物的混合物亦可用于本专利技术中，只要锡的总量在5至100g/L的范围即可。任何可溶且不会对该电解质组合物产生不利影响的酸性电解质的溶液可用于本专利技术中。适合的酸性电解质包含但不限于烷磺酸(例如甲烷磺酸、乙烷磺酸和丙烷磺酸)、芳基磺酸(例如苯磺酸或甲苯磺酸)、硫酸、氨基磺酸、氢氯酸、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在基板上沉积锡或锡合金的电解质组合物，包括一种或一种以上的锡化合物、一种或一种以上的酸性电解质，及一种或一种以上的羧基烷基化的聚烯亚胺化合物。

【技术特征摘要】
GB 2001-5-24 0112599.6;GB 2001-5-25 0112769.51.一种用于在基板上沉积锡或锡合金的电解质组合物，包括一种或一种以上的锡化合物、一种或一种以上的酸性电解质，及一种或一种以上的羧基烷基化的聚烯亚胺化合物。2.如权利要求1的电解质组合物，其中该锡化合物选自锡卤化物、锡硫酸盐类、锡烷磺酸盐、锡芳基磺酸盐或锡烷醇磺酸盐。3.如权利要求1至2项中任一项的电解质组合物，其中该酸性电解质选自烷磺酸、芳基磺酸、硫酸、氨基磺酸、氢氯酸、氢溴酸及氢氟酸。4.如权利要求1至3项中任一项的电解质组合物，其中该羧基烷基化的聚烯亚胺化合物为羧基烷基化的聚乙烯亚胺。5.如权利要求1至4项中任一项的电解质组合物，还包括一种或一种以上的合金化金属。6.一种在基板上沉积锡或锡合金的方法，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：JN克罗斯比，
申请(专利权)人：希普列公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]