Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung von Kupfer

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie einen Elektrolyten zur elektrolytischen Abscheidung von matten oder halbglänzenden Kupferschichten aus einem sauren Elektrolyten in einer Durchzugsanlage. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei Stromdichten zwischen 10 und 100 A/dm² betrieben und ist geeignet hinreichend dicke Kupferschichten in Hochgeschwindigkeitdurchzugsanlagen abzuscheiden. Der erfindungsgemäße Elektrolyt weist neben Kupfer Alkylsulfonsäure auf.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung einer matten oder halbglänzenden Kupferschicht aus einem sauren Elektrolyten.

[0002] Saure Kupferelektrolyten werden vielfältig zur Oberflächenbeschichtung von Substraten eingesetzt, um eine funktionale oder dekorative Beschichtung auf den Substratoberflächen zu bilden.

[0003] Das einzusetzende Metallisierungsverfahren sowie der einzusetzende Elektrolyt richten sich nach Art und Beschaffenheit des zu metallisierenden Substrats. So können sowohl metallische als auch nicht leitende Substrate mit entsprechenden Oberflächenschichten ausgerüstet werden.

[0004] Insbesondere bei der Metallisierung von Substraten wie Draht, Band oder Rohr werden an den eingesetzten Elektrolyt und das einzusetzende Verfahren besondere Ansprüche hinsichtlich der Stabilität und Abscheidungsgeschwindigkeit gestellt. So werden zum Beispiel die oben genannten Streckprodukte häufig in Hochgeschwindigkeitsdurchzugsanlagen metallisiert. Um trotz kurzer Kontaktzeit (hohe Durchsatzgeschwindigkeit) eine hinreichende Metallisierung der Substratoberflächen zu erreichen, muß mit hohen Stromdichten elektrolytisch aufmetallisiert werden.

[0005] Üblicherweise werden saure, sulfathaltige Kupferelektrolyten zur Abscheidung von Kupfer auf den beschriebenen Substraten eingesetzt. Solche Elektrolyten sind jedoch aufgrund ihrer unzureichenden Stabilität bei hohen Stromdichten nicht zum Einsatz in Hochgeschwindigkeitsdurchzugsanlagen geeignet.

[0006] Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung einer matten oder halbglänzenden Kupferschicht aus einem sauren Elektrolyten auf einer Substratoberfläche zur Verfügung zu stellen, welches geeignet ist in Hochgeschwindigkeitsdurchzugsanlagen eingesetzt zu werden. Darüber hinaus ist es die Aufgabe der Erfindung einen geeigneten Elektrolyten für die Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.

[0007] Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung einer matten oder halbglänzenden Kupferschicht aus einem sauren Elektrolyten auf einem Substrat, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass zur Abscheidung der Schicht Stromdichten zwischen ungefähr größer 10 und 100 A/dm², bevorzugt zwischen 20 und 80 A/dm² eingesetzt werden. Erfindungsgemäß wird das Verfahren in einem Temperaturbereich zwischen 22 und 60°C, bevorzugt zwischen 45 und 55°C, durchgeführt. Diese Verfahrensbedingungen sind geeignet, um Kupferschichten hinreichender Dicke und Festigkeit in Hochgeschwindigkeitsdurchzugsanlagen auf metallischen oder im Vorfeld zu diesem Verfahren anschlagsverkupferten Kunststoffen abzuscheiden.

[0008] Bezüglich des Elektrolyten wird die Aufgabe der Erfindung durch einen kupferhaltigen Elektrolyten gelöst, welcher eine Alkylsulfonsäure enthält. Vorzugsweise handelt es sich bei der Alkylsulfonsäure um Methansulfonsäure, jedoch sind auch alle anderen Sulfonsäuren geeignet, welche unter den Verfahrensbedingungen eine hinreichende Stabilität aufweisen.

[0009] Der Elektrolyt kann Kupfer in Form seiner Sulfate, Nitrate, Halogenide; Carboxylate aufweisen. Darüber hinaus weist der Elektrolyt eine hinreichende Menge eines Ethoxylats, vorzugsweise 2-Naphtholethoxylat [2-(2-Naphthyloxy)-ethanol], auf. Des weiteren weist der Elektrolyt eine hinreichende Menge eines schwefelhaltigen Naphthalinkondensationsproduktes der allgemeinen Formel I


wobei n eine ganze Zahl ist, auf. Der Elektrolyt kann zusätzlich typische Hilfsstoffe wie aus der Literatur bekannte Einebner und Netzmittel, auch in Kombination, aufweisen.

[0010] Der erfindungsgemäße Elektrolyt ist unter anderem zur Abscheidung von Zwischenschichten auf CuZn-Legierungen, zur Minimierung der Whiskerbildung oder zur Beschichtung ohne Zwischenspülung in einem methansulfonsauren Zinnbad geeignet.

[0011] Die nachfolgenden Beispiele beschreiben erfindungsgemäße Elektrolyten, wobei sich die Erfindung jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränken läßt.

Beispiel 1

[0012] Zusammensetzung eines wäßrigen Elektrolyten zur Kupferabscheidung in einer Durchzugsanlage:

Kupfer:	40 bis 90 g/l, bevorzugt 75 g/l
Methansulfonsäure:	50 bis 130 ml/l, bevorzugt 90 ml/l
Halogenidionen:	40 bis 100 mg/l, bevorzugt 50 mg/l
2-Naphtolethoxylat:	5 bis 30 g/l, bevorzugt 10 g/l
Naphthalinkondensationsprodukt:	0,001 bis 1 g/l, bevorzugt 0,1 g/l

[0013] Vorzugsweise weist der Elektrolyt als Halogenidionen Chlorid auf.

[0014] Beispiel 2 zeigt typische Verfahrensbedingungen für das erfindungsgemäße Verfahren.

Beispiel 2

[0015] Verfahrensbedingungen zur Abscheidung von matten oder halbglänzenden Kupferschichten auf einem Substrat aus einem erfindungsgemäßen Elektrolyten:

Substrat:	Brass
Temperatur:	25°C
Stromdichte:	10 A/dm2
Durchzugsgeschwindigkeit:	50 m/min
Schichtdicke der abgeschiedenen Kupferschicht:	5 µm

[0016] Die Methansulfonsäure basierenden Elektrolyten zeigen im Vergleich mit schwefelsauren Elektrolyten in Bezug auf die prozentuale Elongation keine Nachteile.

		Methansulfonsäure	Schwefelsäure
Probe	1	7,54	6,43
	2	6,96	5,24
	3	6,96	7,12
	4	6,84	5,42
	5	9,74	6,04
	⌀	7,6	6,05
	max.	9,74	7,12 ungetempert
	1	13,37	14,3
	2	17,28	17,65
	3	13,92	17,92
	4	9,28	13,6
	5	15,66	10,65
	⌀	13,9	14,82
	max.	17,28	17,92 getempert

[0017] Der geforderte Wert für die prozentuale Elongation liegt im getemperten Zustand zwischen 10 % und 20 %.

Ansprüche

1. Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung einer matten oder halbglänzenden Kupferschicht aus einem sauren Elektrolyten auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abscheidung der Schicht Stromdichten zwischen ungefähr 10 und 100 A/dm², bevorzugt zwischen 20 und 80 A/dm² eingestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einer Temperatur zwischen 22 und 60°C, bevorzugt zwischen 45 und 55°C durchgeführt wird.

3. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in Durchzugsanlagen zur elektrolytischen Beschichtung durchgeführt wird.

4. Elektrolyt zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt mindestens die folgenden Bestandteile aufweist: Kupfer, Alkylsulfonsäure, Halogenidionen, Ethoxylat und ein Naphthalinkondensationsprodukt.

5. Elektrolyt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt als Ethoxylat 2-Naphtholethoxylat enthält.

6. Elektrolyt nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt als Halogenid Chloridionen enthält.

7. Elektrolyt zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt mindestens die folgenden Bestandteile aufweist:

- Kupfer: 40 bis 90 g/l, bevorzugt 75 g/l

- Methansulfonsäure: 50 bis 130 ml/l, bevorzugt 90ml/l

- Halogenidionen: 40 bis 100 mg/l, bevorzugt 50 mg/l

- Ethoxylat: 5 bis 30 g/l, bevorzugt 10 g/l

- Naphthalinkondensationsprodukt: 0,001 bis 1 g/l, bevorzugt 0,1 g/l.

8. Elektrolyt nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt Kupfer in Form mindestens einer Verbindungsklasse der Gruppe bestehend aus Sulfat, Nitrat, Halogenid, Carboxylat aufweist.