(openPR) U m i c o r e Electroplàting bietet seit einiger Zeit neue Schichtfolgen für besonders korrosionsbeständige Kontaktsysteme an, siehe http://www.openpr.de/news/927426.html [V1] und http://www.openpr.de/news/936515.html [V2].
In der Zwischenzeit wurden die Schichtsysteme („Stacks“) kontinuierlich weiterentwickelt, unter Anwendung der Methoden, die in den oben beschriebenen Veröffentlichungen genannt sind. Dabei wurden besondes die Performance in Bezug auf die Korrosionsbeständigkeit als auch die Metallkosten für den Stack optimiert.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von harten Silberlegierungen, wie AgPd, AgPdTe und AgPdSe als Zwischenschicht vor einer Endschicht mit einem Platingruppenmetall (PGM), oder einer Platingruppenmetall-Legierung, bzw. Kombinationen davon, erwiesen. Die Legierungsanteile der AgPd, AgPdTe, oder AgPdSe Schichten liegen dabei in folgenden Bereichen:
1-10 % Pd
0,5-5 % Te oder Se, oder Kombinationen davon
Rest Ag
Die üblicherweise verwendeten Platingruppenmetalle sind Rhodium (Rh), Ruthenium (Ru), Palladium (Pd), Platin (Pt) und Iridium (Ir). Dabei werden als Reinmetalle Rhodium und Iridium bevorzugt. Osmium kommt üblicherweise nicht zur Anwendung. Für die PGM-Legierungen werden die vorgenannten Metalle in beliebiger Kombination eingesetzt. Diese Legierungen sind besonders korrosionsbeständig und weisen oft Vorteile bezüglich der Biegbarkeit und Porigkeit auf. Durch hinzulegieren eines billigeren PGM können zusätzlich Kosten gesenkt werden.
Bevorzugt werden hier folgende Legierungen:
RhRu mit 1-30 % Ru, besonders bevorzugt mit 2-15 % Ru
RhPt mit 10-95 % Pt, besonder bevorzugt mit 60-90 % Pt
RhIr mit 1-20 % Ir, besonders bevorzugt mit 8-15 % Ir
RhPd mit 0,05-10 % Pd, besonders bevorzugt mit 0,1-4 % Pd
PdRu mit 0,1-80 % Ru, besonders bevorzugt mit 1-10 % Ru
PdIr mit 0,1-50 % Ir, besonders bevorzugt mit 2-15 % Ir
PtRu mit 0,5-70 % Ru, besonders bevorzugt mit 10-40 % Ru
PtIr mit 0,5-70 % Ir, besonders bevorzugt mit 2-20 % Ir
IrRu mit 0,5-30 % Ru, besonders bevorzugt mit 2-10 % Ru
Auch Reinsilber mit 99,9+ % Ag ist für die Korrosionsbeständigkeit vorteilhaft, weist aber eventuell zu geringe Schichthärte auf, was im Schichtverbund mit harten PMG-(Legierungs-)Schichten zum Versagen bei mechanischer Belastung führen kann.
Überraschend wurde gefunden, dass eine Goldchicht zwischen der AgPd(Te,Se)-Schicht und der PGM-(Legierungs-)Endschicht sich deutlich nachteilig auf das Ergebnis der Korrosionsprüfung auswirkt. Bei direkt aufeinanderfolgender nass-in-nass-Beschichtung kann diese haftvermittelnde Zwischengoldschicht eingespart werden. Die resultierende Schichtkombination ohne die Goldzwischenschicht vor der PGM-(Legierungs-)Endschicht ist dann im anodischen Korrosionstest in chloridhaltigen Prüflösungen deutlich besser korrosionsbeständig.
Darüber hinaus hat sich der Einsatz von korrosionsbeständigen Haft-Zwischenschichten, wie z.B. AuCo, AuNi, AuFe, Pd, PdNi, Ag, als Vorbeschichtung unter den Ag-Legierungen, wie z.B. AgPdTe, AgPdTeSe, .. als vorteilhaft gezeigt. Neben der Sicherstellung der Haftfestigkeit hat die gezielte Auswahl der Zwischenschichten einen entscheidenden Einfluss auf die Morphologie, Textur und Porosität der nachfolgenden Schichten. Der Korrosionsangriff auf die darunterliegenden unedleren Schichten und auf das Substrat wird durch die Auswahl der geeigneten Zwischenschicht und Schichtstärke auf ein Minimum reduziert. Dies erlaubt auch den Einsatz kostengünstigerer Substratwerkstoffe, wie z.B. Fe-basierte Legierungen. Bei den sauren Ag-Legierungs-Verfahren (z.B. AgPdTe) ist besonders Silber ein geeigneter korrosionsbeständiger und im Vergleich zu den Metallkosten der anderen Edelmetalle auch kostengünstiger Prozess zur Vorbeschichtung als Haftvermittler. Werden hier die bekannten cyanidischen Ag-Prozesse verwendet, dann besteht jedoch das Risiko, dass der alkalisch-cyanidische Ag-Elektrolyt mit dem sauren AgPdTe-Elektrolyt in Kontakt kommt und giftiges Hydrogencyanid entwickelt wird. Speziell für diesen Zweck wurde ein neues cyanidfreies Silberverfahren entwickelt, welches sich besonders vorteilhaft einsetzen lässt und eine außergewöhnlich gute Stabilität, sehr weiße Schichten, sowie einen breiten Arbeitsbereich aufweist. Der Prozess wurde bereits an die typischen Anwendungsfälle (Gestell, Bandanlagen, Vorsilber, etc.) adaptiert.
Die typischerweise im Stack unterhalb der Silber(legierung) liegende Nickel(legierungs-)schicht oder Kobalt(legierungs-)schicht hat je nach Ausprägung (Härte, Porigkeit, Gefügestruktur, Kristallitgröße (mikrokristallin, nanokristallin, amorph), Korrosionspotential) signifikante Auswirkung auf die Korrosionsbeständigkeit und Performance bei mechanischer Belastung. Diese Eigenschaften können durch geeignete Auswahl der Schicht bzw. des Beschichtungsverfahrens (z.B. Nickel-Phosphor, Nickel-Wolfram, Nickel-Kobalt, Nickel-Phosphor-Kobalt, Kobalt-Wolfram, Nickel-Zinn, Nickel-Zink und Kobalt-Zink) gesteuert werden.
Für alle Schichten im Verbund gilt, dass darüber hinaus Pulse- bzw. Reverse-Pulse-Plating eingesetzt werden kann, zur gezielteren Steuerung der Schicht- und Endeigenschaften, wie z.B. Legierungszusammensetzung, Korngröße, Härte und Korrosionsbeständigkeit.
Unter Umständen sind durch die PGM(Legierungs-)Endschicht nicht alle notwendigen Eigenschaften abgedeckt. Deshalb kann aus Erwägungen der optischen und technischen Kompatibilität ein zusätzlicher Topcoat vorteilhaft sein. Zum Beispiel kann eine dünne Gold/Hartgold/Goldlegierungsschicht vorteilhaft für Lötbarkeit, elektrische Kontakteigenschaften und optischer Kompatibilität zu anderen vergoldeten Systemen sein.
Die Schichtdicken der verwendeten Einzelschichten im Stack sind dabei wie folgt:
1) Topcoats (z.B. Au, Au-Legierungen, Pd, Pd-Legierungen):
Standardbereich: 10-200nm; vorteilhafter Bereich: 20-80 nm; besonders vorteilhafter Bereich: 30-50 nm;
2) PGM-(Legierungs-)Schichten:
Standardbereich: 0,1-5 µm; vorteilhafter Bereich: 0,5-3 µm; besonders vorteilhafter Bereich: 0,75-1,5 µm;
3) Reinsilber bzw. Hartsilberlegierung (z.B. AgPd, AgPdTe, AgPdSe, AgCo, AgW, AgCoW, AgSb, AgBi):
Standardbereich: 0,1-5 µm; vorteilhafter Bereich: 0,5-3 µm; besonders vorteilhafter Bereich: 1-2 µm; für besondere Anwendungen/Anforderungen sind auch Schichtdicken bis 100 µm möglich.
4) Haftvermittler-Schicht (z.B. Au, Pd, Ag und deren Legierungen):
Standardbereich: 10-300nm; vorteilhafter Bereich: 20-100 nm; besonders vorteilhafter Bereich: 30-70 nm;
5) Nickel-(Legierungs-)Schichten:
Standardbereich: 0,1-10 µm; vorteilhafter Bereich: 0,5-5 µm; besonders vorteilhafter Bereich: 1-3 µm;
BEISPIELE:
In nachfolgend ausgeführten Beispielen für die ausgeführten Stacks werden jeweils zwei der oben ausgeführten Einzelschichten exemplarisch dargestellt. Die aufgeführte Schichtfolge gilt ab vorbehandeltem Substratmaterial, was insbesondere eine Elektropolitur, sowie optional eine Kupfergrundbeschichtung umfassen kann.
2,5 µm Ni / 80 nm Ag / 1,0 µm AgPdTe / 1,5 µm RhRu
2,5 µm Ni / 80 nm Ag / 1,0 µm AgPdTe / 1,5 µm RhRu / 30 nm AuCo
2 µm NiP / 60 nm Ag / 0,75 µm AgPdTe / 1,0 µm RhRu
2 µm NiP / 60 nm Ag / 0,75 µm AgPdTe / 1,0 µm RhRu / 30 nm AuCo
2 µm NiW / 50 nm Ag / 1,0 µm AgPdTe / 1,5 µm RhRu
2,5 µm NiW / 50 nm Pd / 1,0 µm AgPdTe / 1,5 µm RhRu / 30 nm AuFe
2,5 µm NiCoP / 60 nm Pd / 1,5 µm AgPdTe / 1,5 µm RhRu
2,5 µm NiCoP / 80 nm Pd / 1,5 µm AgPdTe / 1,5 µm RhRu / 30 nm AuCo
2,5 µm CoW / 80 nm Ag / 1,5 µm AgPdTe / 1,5 µm RhRu
2,5 µm CoW / 80 nm Ag / 1,5 µm AgPdTe / 1,5 µm RhRu / 30 nm AuNi
1,5 µm Ni / 0,5 µm NiP / 80 nm Ag / 1,5 µm AgPdTe / 1,5 µm RhRu
1,5 µm Ni / 0,5 µm NiP / 80 nm Ag / 1,5 µm AgPdTe / 1,5 µm RhRu / 30 nm AuCo
2 µm Ni / 50 nm AuCo /1,5 µm AgPdTe / 1 µm RhRu
2 µm Ni / 50 nm AuCo /1,5 µm AgPdTe / 1 µm RhRu / 75 nm AuCo
2 µm Ni / 100 nm AuCo /1,5 µm AgPdTe / 2 µm RhRu
2 µm Ni / 100 nm AuCo /1,5 µm AgPdTe / 2 µm RhRu / 50 nm AuNi
2 µm Ni / 80 nm Ag / 1,0 µm AgPd / 1,5 µm RhRu
2 µm Ni / 80 nm Ag / 1,0 µm AgPd / 1,5 µm RhRu / 30 nm AuCo
2 µm NiP / 50 nm Ag / 0,75 µm AgPdTe / 1,0 µm RhRu
2 µm NiP / 50 nm Ag / 0,75 µm AgPdSe / 1 µm RhRu / 30 nm AuCo
1,5 µm NiW / 50 nm Ag / 1,0 µm AgPdSe / 1 µm RhRu
1,5 µm NiW / 50 nm Pd / 1,0 µm AgPd / 1 µm RhRu / 30 nm AuFe
2 µm NiCoP / 60 nm Pd / 1,5 µm AgPd / 2 µm RhRu
2 µm NiCoP / 80 nm Pd / 1,5 µm AgPd / 1 µm RhRu / 30 nm AuCo
2 µm CoW / 100 nm Ag / 1,5 µm AgPdSe / 2 µm RhPd
2 µm CoW / 150 nm Ag / 1,5 µm AgPd / 1 µm RhRu / 50 nm AuNi
1,5 µm Ni / 0,5 µm NiP / 80 nm Ag / 1,5 µm AgPd / 1,5 µm RhRu
1,5 µm Ni / 0,5 µm NiP / 80 nm Ag / 1,5 µm AgPd / 1,5 µm RhRu / 30 nm AuCo
2 µm Ni / 50 nm AuNi /1,5 µm AgPd / 1,5 µm RhRu
2 µm Ni / 50 nm AuFe /1,5 µm AgPdTeSe / 1,5 µm RhRu / 75 nm AuFe
2 µm Ni / 100 nm AuCo /1,5 µm AgPdTeSe / 4 µm RhRu
2 µm Ni / 100 nm AuNi /1,5 µm AgPdTe / 3 µm RhRu / 50 nm AuNi
2,5 µm Ni / 80 nm Ag / 1,0 µm AgPdTe / 1,5 µm RhPd
2,5 µm Ni / 80 nm Ag / 1,0 µm AgPdTe / 1,5 µm RhPd / 30 nm AuCo
2 µm NiP / 60 nm Ag / 0,75 µm AgPdTe / 1,0 µm RhIr
2 µm NiP / 60 nm Ag / 0,75 µm AgPdTe / 1,0 µm RhIr / 30 nm AuCo
2 µm NiW / 50 nm Ag / 1,0 µm AgPdTe / 1,5 µm RhPt
2,5 µm NiW / 50 nm Pd / 1,0 µm AgPdTe / 1,5 µm RhPt / 30 nm AuCo
2,5 µm NiCoP / 60 nm Pd / 1,5 µm AgPdTe / 1,5 µm PdRu
2,5 µm NiCoP / 80 nm Pd / 1,5 µm AgPdTe / 1,5 µm PdRu / 30 nm AuCo
2,5 µm CoW / 80 nm Ag / 1,5 µm AgPdTe / 1,0 µm PdIr
2,5 µm CoW / 80 nm Ag / 1,5 µm AgPdTe / 1,0 µm PdIr / 30 nm AuNi
1,5 µm Ni / 0,5 µm NiP / 80 nm Ag / 1,5 µm AgPdTe / 1,5 µm PtRu
1,5 µm Ni / 0,5 µm NiP / 80 nm Ag / 1,5 µm AgPdTe / 1,5 µm PtRu / 30 nm AuCo
2 µm Ni / 50 nm AuCo /1,5 µm AgPdTe / 1 µm PtIr
2 µm Ni / 50 nm AuCo /1,5 µm AgPdTe / 1 µm PtIr / 50 nm AuCo
2 µm Ni / 100 nm AuCo /1,5 µm AgPdTe / 0,75 µm IrRu
2 µm Ni / 100 nm AuCo /1,5 µm AgPdTe / 0,75 µm IrRu / 50 nm AuNi
Die Schichtdicke wird im Standard in einem Durchlauf erzeugt. Vorteilhaft ist die Herstellung der Schichten mit einer kurzen Unterbrechung, gegebenenfalls einem Spülschritt und dann nachfolgend nochmaliger Abscheidung. Besonders vorteilhaft ist die Abscheidung mit multiplen Unterbrechungen (+ ggfs. Spülschritten) innerhalb der Abscheidung aus einem Elektrolyttypen. Dies soll die Entfernung anhaftender Gasblasen erleichtern und den epitaktischen Schichtaufbau stören, damit möglichst auch Fehlstellen abgedeckt werden.
Die Schichten werden aus den erfolgreichen Elektrolytserien ARGUNA, AURUNA, RHODUNA, PALLUNA, NiRUNA, PLATUNA, RUTHUNA und NiPhos abgeschieden. Es werden dabei Einzelmetalle und/oder Legierungen aufeinanderfolgend erzeugt.
Beispiele für die eingesetzten Elektrolyte zur Abscheidung der oben genannten Schichten sind PALLUNA® 453,
PALLUNA ® 468, PALLUNA ® 469, PALLUNA® 4700, PALLUNA® ACF-Serie, RHODUNA® DB, RHODUNA®-Alloy 1, ARGUNA ®621, ARGUNA ®628, ARGUNA® 630, ARGUNA® ET, ARGUNA®-Alloy 1, ARGUNA®-Alloy 2, ARGUNA® 32xx-Serie, PLATUNA® R1, PLATUNA®-Alloy 1, NiPhos® 965, AURUNA® 55F, AURUNA® 551, AURUNA® 8100, RUTHUNA ®479, RUTHUNA ®490, NiRUNA®6450.
