專利名稱：亮錫－銅合金電鍍液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種亮錫/銅合金電鍍液及其制備方法。
土壤和地下水的污染近年來已成為人們關(guān)注的話題，這種污染是由于酸雨中溶有廢家用電器的錫/鉛合金中被洗脫的鉛而引起的。這是因為，錫/鉛合金廣泛用于裝配電子元件。因而，人們寄希望于開發(fā)出不含鉛的裝配焊接合金或焊接電鍍。作為一種不會引起上述問題的電鍍方法，錫/鉛合金電鍍被認(rèn)為是有希望的。迄今，錫/鉛合金電鍍一直用于裝飾，此合金的低共熔點為227℃。銅比銀和鉍要便宜一些，目前人們也在研究使用銅。例如，在日本公開第27590/1996和27591/1996號中公布了亮錫/銅合金電鍍液，其可作為銅合金電鍍液。但是，這些電鍍液也存在嚴(yán)重的問題，即它們的主要成份有氰化物，堿金屬氰化物。同樣在日本公開第60092/1982、日本公開第101687/1982、日本公開第9839/1983、日本公開第91181/1983、日本公開第4518/1984、日本公開第12435/1985和日本公開第13434/1992中，均公開了錫/銅電鍍液，但是，采用這些錫/銅電鍍液不能在足夠?qū)挼碾娏髅芏确秶鷥?nèi)形成明亮的電鍍膜，因此，存在的問題即是，能夠提供明亮的電鍍膜的電流密度范圍很窄，或者，在高電流密度下，就可能沉積出粗糙且無光澤的膜。因而，目前還很難在工業(yè)化生產(chǎn)中使用這種錫/銅電鍍液。
本發(fā)明的主要目的是提供一種錫/銅合金的無氰電鍍液，其能夠在寬范圍的電流密度下形成具有優(yōu)異光滑性和亮度的錫/銅合金電鍍膜，并能被工業(yè)化生產(chǎn)所應(yīng)用。
經(jīng)過深入研究，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過向含有機(jī)磺酸、有機(jī)磺酸的二價錫鹽和有機(jī)磺酸二價銅鹽的水溶液中加入一種分散劑和一種增亮劑，可以在寬范圍的電流密度下獲得非常明亮的電解沉積膜。基于此發(fā)現(xiàn)，完成了本發(fā)明。
本發(fā)明涉及一種不含氰化物的亮錫/銅合金電鍍液，其包含一種含有有機(jī)磺酸、有機(jī)磺酸的二價錫鹽和有機(jī)磺酸二價銅鹽、一種分散劑和一種增亮劑的水溶液。
在優(yōu)選的第一實施例中，本發(fā)明涉及上述的亮錫/銅合金電鍍液，其中，分散劑包含至少兩種選自下述的組份聚氧乙烯烷基苯基醚、聚氧乙烯烷基醚和亞烷基二醇烷基醚。
在優(yōu)選的第二實施例中，本發(fā)明涉及上述的亮錫/銅合金電鍍液，其中，增亮劑包含至少兩種選自下述的組份脂族和芳族醛、脂族和芳族酮和脂族羧酸。
在優(yōu)選的第三實施例中，本發(fā)明涉及上述的亮錫/銅合金電鍍液，其還包含一種抗氧化劑。
以下詳細(xì)說明本發(fā)明的亮錫/銅合金電鍍液。
用作本發(fā)明電鍍液中第一種基本組份的有機(jī)磺酸由以下通式(1)表示R1SO3H(1)其中，R1表示烷基或芳基。在通式(1)中，作為取代基R1的烷基或芳基，優(yōu)選具有1～10個碳原子。有機(jī)磺酸的優(yōu)選實例為烷基磺酸如甲磺酸、乙磺酸、丙磺酸和2-丙磺酸、丁磺酸、2-丁磺酸、戊磺酸、己磺酸和癸磺酸，芳磺酸如苯磺酸、甲苯磺酸、二甲苯磺酸和苯酚磺酸。所舉例的一種或多種有機(jī)磺酸可用于本發(fā)明的電鍍液中。但是，更優(yōu)選在通式(1)中R1為烷基的那些。這些酸使電鍍液具有導(dǎo)電性并加速錫鹽和銅鹽或電鍍陽極在電鍍液中的溶解。
用作本發(fā)明電鍍液中第二種基本組份的金屬鹽為有機(jī)磺酸的二價錫鹽和有機(jī)磺酸的二價銅鹽。這些鹽均易于通過使二價錫或銅鹽或氧化物與有機(jī)磺酸反應(yīng)制得。作為與有機(jī)磺酸反應(yīng)的物質(zhì)，優(yōu)選采用二價錫和銅的氧化物，因為它們可有效地防止所形成的金屬鹽的陰離子污染。向電鍍液中加入的金屬鹽用作沉淀于陰極上的金屬離子源。二價錫容易被氧化成四價錫，因此，為防止這種氧化發(fā)生，可向電鍍液中加入一種抗氧化劑，如兒茶酚、間苯二酚或?qū)Ρ蕉印?br> 用作本發(fā)明電鍍液中第三種基本組份的分散劑并無特殊限定，只要其能夠溶解于上述基本溶液中。特別優(yōu)選聚氧乙烯烷基苯基醚、聚氧乙烯烷基醚和亞烷基二醇烷基醚。這些化合物可以單獨使用或以兩種或多種組合使用。其優(yōu)選實例可提及聚氧乙烯辛基苯基醚、聚氧乙烯壬基苯基醚、聚氧乙烯月桂基醚、聚氧乙烯烷基(C12-C16)醚、丙二醇甲基醚、一縮二丙二醇甲基醚和丙二醇苯基醚。
分散劑不僅可用來增加非水溶性增亮劑的溶解度，而且還可用來降低電鍍液的表面張力，從而使電鍍膜的表面光滑且外觀更亮。分散劑的用量通常為0.5～50g/L，優(yōu)選1～30g/L，在電鍍液中上面舉例的一種或多種分散劑的總濃度。
用作本發(fā)明電鍍液中第四種基本組份的增亮劑的實例可提及的是甲醛、乙醛、仲乙醛、丁醛、異丁醛、丙醛、乙二醛、羥醛、己醛、苯甲醛、藜蘆醛、茴香醛、水楊醛、1-萘甲醛、2-萘甲醛、萘醛、乙酰丙酮、1-苯丁烯-3-酮(benzylideneacetone)、亞芐基乙酰基丙酮、苯乙酮、1-苯丁烯-3-酮(benzalacetone)、丙烯酸和甲基丙烯酸。這些增亮劑可以單獨使用，但優(yōu)選以兩種或多種的混合物使用。在電鍍液中增亮劑的濃度通常為0.01～20g/L，優(yōu)選0.1～10g/L。
可以向本發(fā)明的電鍍液中加入諸如兒茶酚、間苯二酚、對苯二酚或焦兒茶酚的抗氧化劑，以抑制錫的氧化。在電鍍液中抗氧化劑的濃度通常為0.1～20g/L，優(yōu)選0.2～10g/L。
采用本發(fā)明的亮錫/銅合金電鍍液的電鍍工作條件如下適宜的電流密度范圍為0.5～20A/dm2適宜的溶液溫度范圍為10～30℃。在這種寬電流密度范圍內(nèi)，可以形成一種具有良好光澤的錫/銅合金電鍍膜，并可在比現(xiàn)有技術(shù)高的電流密度下進(jìn)行電鍍。這一點與無氰電鍍液一起改善了工作效率。
按照本發(fā)明不含氰化物的亮錫/銅合金電鍍液，錫/銅合金電鍍膜具有光澤，并在寬電流密度范圍內(nèi)具有光滑性和宏觀均鍍能力。因此，本發(fā)明的亮錫/銅合金電鍍液適于在工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用。
通過下述工作實施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明，但這些實施例并非對本發(fā)明范圍的限定。在每一實施例中的電鍍外觀通過赫爾電池實驗進(jìn)行評價。
實施例1和比較例1～2制備一種電鍍液，其包含30g/L的甲磺酸亞錫(Sn2+)、0.1g/L的甲磺酸銅(Cu2+)、200g/L的甲磺酸、10g/L的聚氧乙烯月桂基醚、1.5g/L的一縮二丙二醇甲基醚、0.5g/L的甲醛、0.2g/L的水楊醛、0.2g/L的乙酰丙酮、0.3g/L的丙烯酸和0.7g/L的兒茶酚。采用這種電鍍液，在電流密度為2A下電鍍5分鐘，以比較的方式來評價形成的電鍍膜的外觀。然后，采用這種參比用電鍍液，在如上相同的條件下進(jìn)行赫爾電池實驗。表1列出了基于赫爾電池實驗的評價結(jié)果。
實施例2～12和比較例3分別制備包含一種水溶液和各種分散劑和增亮劑的電鍍液，如實施例1，所述水溶液包含甲磺酸及甲磺酸的二價錫鹽和銅鹽。然后，用所述電解液在電流密度為2A下進(jìn)行赫爾電池實驗5分鐘。為了進(jìn)行比較，制備一種即不含增亮劑也不含分散劑的電鍍液，然后在如上相同的條件下對其進(jìn)行赫爾電池實驗。表1列出了基于赫爾電池實驗的評價結(jié)果。
按照本發(fā)明表1的結(jié)果表明，可以獲得在從高至低的電流密度下均具有明亮或半明亮的光滑外觀的錫/銅合金電鍍膜。與此相對照，比較例的錫/銅合金電鍍膜則無光澤。
表1
赫爾電池外觀○明亮△半明亮×粗糙
權(quán)利要求
1．一種無氰亮錫/銅合金電鍍液，其包含一種水溶液，所述水溶液包含有機(jī)磺酸、有機(jī)磺酸的二價錫鹽、有機(jī)磺酸的二價銅鹽、一種分散劑和一種增亮劑。
2．如權(quán)利要求1所述的無氰亮錫/銅合金電鍍液，其中，所述的分散劑包含至少下述組份中的兩種聚氧乙烯烷基苯基醚、聚氧乙烯烷基醚和亞烷基二醇烷基醚。
3．如權(quán)利要求1所述的無氰亮錫/銅合金電鍍液，其中，所述的增亮劑包含至少下述組份中的兩種脂族和芳族醛、脂族和芳族酮和脂族羧酸。
4．一種無氰亮錫/銅合金電鍍液，進(jìn)一步包含一種抗氧化劑。
5．一種在底物上鍍錫/銅的方法，所述方法包括a．使底物接觸電鍍液，所述電鍍液包括(1)有機(jī)磺酸；(2)有機(jī)磺酸的二價錫鹽；(3)有機(jī)磺酸的二價銅鹽；(4)分散劑；和(5)增亮劑；b．在底物上加一個電勢，使之成為陰極，從而使錫/銅鍍在所述電極上。
6．如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述的分散劑選自包含聚氧乙烯烷基苯基醚，聚氧乙烯烷基醚，烯基乙二醇烷基醚，和它們的混合物的試劑組。
7．如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述增亮劑包含一種物質(zhì)，此物質(zhì)選自含有脂族和芳族醛，脂族和芳族酮，脂族羧酸及它們的混合物的試劑組。
8．如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述電鍍液還包含一種抗氧化劑。
9．如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述分散劑包含至少兩種試劑，這兩種試劑選自于含有聚氧乙烯烷基苯基醚，聚氧乙烯烷基醚，和烯基乙二醇烷基醚的試劑組。
10．如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述增亮劑包含至少兩種試劑，這兩種試劑選自于含有脂族和芳族醛，脂族和芳族酮，和脂族羧酸的試劑組。
11．如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述電鍍液還包含一種抗氧化劑。
12．如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述增亮劑包含至少兩種試劑，這兩種試劑選自于含有脂族和芳族醛，脂族和芳族酮，和脂族羧酸的試劑組。
13．如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述電鍍液還包含一種抗氧化劑。
14．如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述電鍍液還包含一種抗氧化劑。
全文摘要
本發(fā)明為一種能在寬電流密度范圍內(nèi)形成明亮電鍍膜的錫/銅合金電鍍液,該電鍍液是一種無氰電鍍液,包含有機(jī)磺酸、有機(jī)磺酸的二價錫鹽、有機(jī)磺酸的二價銅鹽、一種分散劑和一種增亮劑;本發(fā)明還提供一種錫/銅合金電鍍液的制備方法,它包括使底物與電鍍液接觸,在底物上加一個電勢,使之成為陰極,從而使錫/銅鍍在所述電極上。
文檔編號C25D3/56GK1302921SQ0013583
公開日2001年7月11日 申請日期2000年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月22日
發(fā)明者田村隆昭 申請人:日本麥克德米德株式會社