[发明专利]Ni-P层系统及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及包含在基底、优选铜基基底上的Ni-P层和Au层的耐蚀导电层系统。本发明进一步涉及该系统的制备方法和包含该系统的电子器件。

背景技术

技术应用领域、尤其是连接器工业中的腐蚀要求变得越来越苛刻。一个实例是所要求的耐蚀性，其中使该技术要求标准化的努力在部分上不能满足市场要求。

镀金常用在电子器件中，以在铜上、通常在电连接器和印刷电路板中提供耐蚀导电层。如果不使用势垒金属，铜原子容易扩散穿过金层，造成其表面的锈蚀和氧化物和/或硫化物层的形成。在镀金之前在铜基底上沉积合适的势垒金属(例如镍)层。镍层为金层提供机械背衬，从而改进其耐磨性。镍层也降低该金层中存在的孔隙的影响。镍和金层通常都通过电镀或无电镀来沉积。

为了提高耐蚀、耐磨和耐热性，可以使用包含镍和磷的层代替纯镍。随着磷含量提高，该层的延性和脆性变低，这造成部件的裂化和弱化。此外，比镍低的镀覆速度是另一缺点，因为必须降低连续镀覆生产线的速度且必须分别增加镀槽的数量。

在中，Heinisch和Leyendecker描述了Ni/Ni-P/Au-Co层组合的优化，用以制造含有较少贵金属的可靠连接器(W.，T.Heinisch，K.Leyendecker，Galvanotechnik 9(2003)，2130-2140)。在此，用镍、特别是具有更高镀覆速率和更好延性特性的氨基磺酸镍部分地替代镍-磷层。为了鉴定不同的层组合，使用IEC 61076-4-100/101/104和GR-1217-CORE标准。已经使用用于电信用途的专用连接器作为试验部件。作为参考，同时测试Ni/NiPd/AuCo镀覆的连接器。该Ni/NiP/Au镀覆的连接器通过在4组分混合气体中暴露10天的试验——根据IEC标准——和125次插/拔周期的两倍。在10天后，在湿热(40℃，93％RH)中储存21天，多于一半的含Ni/NiP/Au的受试器件不合格，而Ni/NiPd/Au都通过。

最适宜的层厚度经证实为Ni(1.5微米)、NiP(0.7微米)、Au(0.15微米)。试验标准为接触电阻。

该文章没有给出关于弯曲特性的信息。Ni-P层厚度为0.5-1.0微米，仍然高。此外，没有评论该连接器的几何，因此没有暗示这些结果是否适用于具有不同几何的不同类型的连接器。接触电阻的试验标准仅给出较少关于接触面积的信息，但没有关于相邻区的信息。

发明概要

本发明的目的是提供具有最高耐蚀和耐磨的可焊金属涂层的层系统，其充分耐受在热处理下的锈蚀并表现出优异的机械性质，例如抗疲劳性、延性和抗张强度。

通过一种层系统实现了所述目的，该层系统包含在表面已经过电抛光的基底上的：

(i)厚度≤3.0微米的Ni层，

(ii)厚度≤1.0微米的Ni-P层，

(iii)厚度≤1.0微米的Au层。

附图简述

图1显示了关于总孔隙面积的来自根据ASTM B 735-95标准的硝酸蒸气腐蚀试验的结果。总孔隙面积是指试样的孔隙面积与总表面积的比率。实施例号根据表1a-c。

发明详述

本发明的层系统优选包含铜基基底。

本说明书中通篇使用的术语“铜基”是指纯铜和含铜的混合物，其中铜含量为至少50重量％。术语“纯铜”是指至少98重量％铜的铜。含铜的混合物可以是铜与任何其它化学元素或与多种化学元素(例如金属或半金属)的混合物，并且是合金。对于本发明，铜基材料最优选是纯铜材料。

本发明的层系统包含厚度为0.1至3.0微米的镍层，该层在沉积Ni-P层之前镀在基底表面上。该镍层优选具有1.0至2.0微米的厚度，更优选1.1至1.4微米的厚度。

如上所述，所述Ni-P层具有≤1.0微米的厚度。该Ni-P层优选具有0.05微米至0.8微米、更优选0.1微米至0.4微米的厚度。所述Ni-P层的绝对下限为0.05微米。

所述Ni-P层优选具有3至25重量％的磷含量。该磷含量更优选在4至17重量％、最优选8至16重量％的范围内。

所述Au层可包含选自由Fe、Co、Ni或纯Au组成的组的附加元素。在ASTM B488-95中描述了Au层中的少量Fe、Co、Ni对电子应用而言的好处。此类掺杂剂充当光亮剂，并提高Au涂层的耐磨性。此外，ASTMB488-95描述了纯Au涂层作为Fe或Co或Ni掺杂的Au涂层的替代物的适用性。

该Au层具有≤1.0微米的厚度。该Au层优选具有0.05微米至0.7微米、更优选0.1微米至0.4微米的厚度。所述Au层的绝对下限为0.01微米。