Seit langer Zeit besteht ein Bedarf für cyanidfreie Goldelektrolyte, da der Umgang mit Cyaniden bezüglich Arbeits- und Umweltschutz mit hohen Risiken verbunden ist. Dadurch sind Unternehmen gezwungen, einen erheblichen Mehraufwand an Bürokratie (Gefahrstoffmanagement) und Schutzmaßnahmen (Abluft, Abwasserbehandlung und Arbeitsschutz) auf sich zu nehmen. In einem kürzlich abgeschlossenen Forschungsprojekt wurde deshalb ein alternativer Elektrolyt entwickelt, mit dem Schichten abgeschieden werden können, die in der Verbindungstechnik eine sehr gute Bondbarkeit aufzeigen.
Kommerziell erhältliche, cyanidfreie Alternativen für Goldelektrolyte basieren beispielsweise auf Sulfit-/Thiosulfatgoldkomplexen. Allerdings weisen sie in der Anwendung zu geringe Elektrolytstandzeiten auf und stellen damit einen wirtschaftlichen Nachteil dar.
Im Rahmen des durch die AiF geförderten Forschungsvorhabens GaGoKom („Galvanische Goldabscheidung aus cyanidfreien Gold(I)-Komplexen zur Anwendung in der Verbindungstechnik“) forschten die HS Mittweida (Professur für Verfahrenstechnik/Oberflächentechnik) sowie die TU Chemnitz (Professur Werkstoff- und Oberflächentechnik) zusammen mit 17 branchennahen Firmen unter Beteiligung der DGO an der Eignung alternativer Gold(I)- oder Gold(III)-Komplexe für die galvanische Abscheidung von Feingoldschichten.
Die besten Ergebnisse wurden mit dem Komplexbildner Dimethylhydantoin erzielt. Hierbei war es nicht notwendig, den Komplex im Vorhinein zu isolieren. Das Salz der Tetrachchlorogoldsäure wurde als Metallquelle eingesetzt und der Komplexbildner anschließend zugegeben. Die Elektrolytentwicklung lieferte einen basisch arbeitenden, umweltfreundlichen Elektrolyten, der in der Lage ist, Feingoldschichten mit einer Dicke bis 4 µm abzuscheiden – bei Standzeiten von über sechs Monaten. Schichten mit einer anwendungsnahen Schichtdicke von 0,5 µm wurden auf FR4-Substraten abgeschieden und auf ihre Bondbarkeit und die Benetzbarkeit mit verschiedenen Lötpasten untersucht.
Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass die unter Gleichstrombedingungen erzeugten Schichten die gleichen Abreißkräfte der Bonds wie die im stromlosen EPIG-Prozess hergestellten Referenzen aufweisen. Mit einer Pulsstromabscheidung konnten die Ergebnisse sogar übertroffen werden. Die Ergebnisse der Lötuntersuchungen bestätigen, dass die Schichten mit allen getesteten Lötmedien (selbst Sn86,9In10Ag3,1) benetzbar sind. Die Elektrolytentwicklung ist jedoch noch nicht vollständig abgeschlossen, da sich nach einer Beschichtungsdauer über 10 Minuten eine sichtbare Verfärbung der Oberfläche bildet. Rasterelektromikroskopische Untersuchungen zeigten, dass diese Farbänderung durch ein stark schollenartiges Kristallwachstum bewirkt wird. Diese Schollen können zwar mit leichtem mechanischen Polieren mit Papier und Ethanol eingeebnet werden, erschweren aber dennoch zunächst den kommerziellen Einsatz. Weitere Additivierung und Anpassungen des Stromregimes können hier Abhilfe schaffen. Erste Ergebnisse zeigen außerdem, dass der Elektrolyt als Ausgangspunkt für die Entwicklung von Elektrolyten zur Abscheidung von Goldlegierungen dienen kann.
Schlussbericht
Hier finden Sie den Schlussbericht zum Download: Schlussbericht
Förderkennzeichen
21973 BR
Laufzeit
01.10.2021 - 31.12.2023
Forschungseinrichtungen
FE 1: Hochschule Mittweida, University of Applied Sciences, Fachgruppe Fertigungstechnik, Mittweida
FE 2: Technische Universität Chemnitz, Professur Werkstoff-und Oberflächentechnik, Chemnitz
Gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestags.
© TU Chemnitz
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