非水溶剂无氰镀金液 技术领域
本发明涉及一种镀金液，特别涉及一种非水溶剂的无氰镀金液，该镀金液毒性很小，所含金源浓度较高，无需添加剂，无析氢作用，而且镀层呈具有优良性能的球状结晶。
背景技术
在金属镀层中金最耐腐蚀，导电、导热性好，耐高温，因此近年来在印制电路板、集成线路、管壳、电接点等方面应用增长很快。镀金通常以Cu、Ni金属为基体，在镀金液中采用电解方法进行电镀。近代镀金技术，主要使用氰化物镀液，其中溶剂为水，这种镀金液的致命缺点是剧毒性，既有害于人体健康又污染环境。对电子工业来说，需用光致抗蚀剂进行选择性电镀，而氰化物对其有降解作用，易使其裂解或溶解；另外，电镀时不易得到球状结晶镀层。目前采用的非氰化物镀液，如亚硫酸金盐因稳定性不高，应用上受到很大限制。通常使用水作为电镀溶剂，但能溶于水的金源很少，有时还易产生析氢作用，较难获得球状结晶的金镀层。有关非水溶剂镀金液的文献报道较少，具有代表性的，一是1995年的日本研究论文(《Hyomen Gijutsu》，46(12)，1182-4(Japanese)1995)；二是1997年的日本专利JP09031681(特开平9-31681，公开日1997年2月4日)，两者虽采用非水溶剂体系，但仍用剧毒的氰化镀液及不太稳定的氯金酸盐镀液进行金的电镀。
为此，本发明提供一种非水溶剂无氰镀金液技术方案，该方案使用非水溶剂和简单易得、稳定性好的非氰含金化合物电镀液，电镀后可得到球状结晶的金镀层。
发明内容
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种非水溶剂无氰镀金液，其组份包含非水溶剂、金源、支持电解质，其中：
非水溶剂为DMSO、DMF、PC中至少一种；
金源为AuPPh3X中至少一种，其中X＝Cl、Br、I、acac；
支持电解质为可溶于非水溶剂的无机或有机铵盐，无机铵盐为NH4X，其中X＝Cl、Br、I；有机铵盐为R4NX，其中R＝C2H5、n-C4H9，X＝Cl、Br、I。
上述技术方案中有关内容和变化解释如下：
1、上述方案有机溶剂的中文名分别为：
DMSO 二甲基亚砜
DMF N，N-二甲基甲酰胺
PC 碳酸丙烯酯
2、上述方案中所述“金源”是指金的来源，本发明中具体指化学式为AuPPh3X所表示地含金化合物。AuPPh3X中的X表示负离子。具体表示下列四种含金化合物：
(1)、AuPPh3Cl 氯化三苯基膦合金(I)
(2)、AuPPh3Br 溴化三苯基膦合金(I)
(3)、AuPPh3I 碘化三苯基膦合金(I)
(4)、AuPPh3(acac) 乙酰丙酮三苯基膦合金(I)
其中acac的化学式为
3、上述方案无机或有机铵盐一般情况下选择与含金化合物中负离子元素对应的铵盐，当然也可以选择不对应的化学元素铵盐，只要它在上述范围之内。
4、上述方案中所述“至少一种”的概念包含选择其中的一种、选择其中的两种、直至全选。这里可以产生单选和各种多选的组合。其中单选的方案比较常用，具体是：非水溶剂为DMSO、DMF、PC中的一种；金源为AuPPh3X中的一种，其中X＝Cl、Br、I、acac；无机或有机铵盐也是其中的一种。
5、上述方案中最佳组成为：非水溶剂为DMSO；金源为AuPPh3Cl；支持电解质为NH4Cl。
6、上述方案中金源和支持电解质在非水溶剂中的浓度分别为：
最大范围：金源浓度为0.005mol/l～饱和浓度，支持电解质浓度为0.05mol/l～饱和浓度。
较好范围：金源浓度为0.008mol/l～0.03mol/l，支持电解质浓度为0.1mol/l～0.3mol/l。
7、关于浓度的相对性解释
对于本发明镀金液来说，金源和支持电解质的浓度对镀金质量有影响，但这种影响随着温度和镀金电流强度变化而变化，因此本方案提出的浓度限定具有相对性，一般采用30～70℃的电镀温度条件，电流强度可以参照实施例。
8、本发明使用的溶剂对金源溶解度都较高，四种含金化合物或其混合均可使用。使用恒电流电镀。电流密度约为0.01A/dm2～0.2A/dm2，镀液温度在30～70℃左右，通电1～3小时，镀层由浅褐色逐渐转变为金黄色。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明镀金液毒性很小，相对来说属于一种环保型镀金液，推广使用这种镀金液对人体健康和环境保护十分有利。
2、本发明将原来以水作为溶剂的镀金液改为非水溶剂的镀金液，其最大的好处在于扩大了金源，有更多的含金化合物原料可以用于镀金。
3、本发明采用特定的DMSO、DMF、PC作为非水溶剂，其特点：(1)、沸点高；(2)、导电性好；(3)、极性大，溶质易电离；(4)、自身难以被电解；(5)、本方案中各含金化合物的溶解度较大。如当温度30℃时，含金化合物在DMF中溶解度可达40g/l。
4、本发明镀金液可达到以往氰化物镀金液常规的镀金效果，而某些单项指标上效果更好，比如电镀后采用高倍显微镜观察其镀金层为球状结晶，而以往大多为线状。
5、本发明镀层的性能测试
(1)、外观：镀层光泽，金黄色，不脱皮，不起泡。
(2)、扫描电镜照片
从图1～图4中可看出，镀层呈球状结晶分布。
(3)、结合力试验
a、在镀层上用锉刀划痕，镀层不能挑起，没有剥落；
b、距镀层1.6mm以内打孔，孔洞周围镀层不开裂；
c、对着粗砂轮握持镀层，使磨轮以跳动的方式从基体金属切割至镀层，不起皮，不脱落；
(4)、孔隙率：
用硝酸蒸汽试验，约1小时后镀层表面才出现斑点。
(5)、模拟盐雾实验：
在5％的NaCl溶液中浸48小时，镀层不腐蚀。
附图说明
附图1～附图4系本发明镀金液四次镀金的扫描电镜照片，镀层呈球状结晶分布，镀液组成为：非水溶剂——DMSO(二甲基亚砜)；金源——AuPPh3Cl(氯化三苯基膦合金(I))；支持电解质——NH4Cl(氯化铵)。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：
(1)、研究电极：12mm×14mm、纯度99.5％的铜片，用500#、800*、1200#进口金相砂纸依次磨去铜表面氧化膜，在装有细毛毡布的砂轮机上抛光、碱洗、酸洗、蒸馏水洗、吹干。
(2)、对电极：10mm×12mm、纯度99.9％金片。
(3)、参比电极；饱和Ag/AgCl电极。
(4)、溶剂DMSO，金源AuPPh3Cl，支持电解质NH4Cl。镀液组成和浓度为：
组成 最大浓度范围 最佳浓度范围 最佳浓度
(mol/l) (mol/l) (mol/l)
DMSO
AuPPh3Cl 0.005～0.04 0.008～0.03 0.015
NH4Cl 0.05～0.3 0.1～0.3 0.2
20ml DMSO中加入AuPPh3Cl、NH4Cl至上述浓度范围，搅拌，电流密度为0.01A/dm2～0.2A/dm2，镀液温度60～70℃，通电时间1～3小时。镀层厚度可达几μm，镀层呈球状结晶分布。
实施例二：
按实施例一取样品电极，溶剂DMSO，金源AuPPh3Br，支持电解质NH4Br，镀层光泽，金黄色。
镀液组成和浓度为：
组成 最大浓度范围 最佳浓度范围 最佳浓度
(mol/l) (mol/l) (mol/l)
DMSO
AuPPh3Br 0.005～0.04 0.008～0.03 0.015
NH4Br 0.05～2.0 0.1～0.5 0.2
实施例三：
按实施例一的施镀条件，溶剂DMSO，金源AuPPh3I，支持电解质NH4I，镀层光泽，金黄色。
镀液组成和浓度为：
组成 最大浓度范围 最佳浓度范围 最佳浓度
(mol/l) (mol/l) (mol/l)
DMSO
AuPPh3I 0.005～0.04 0.008～0.03 0.015
NH4I 0.05～1.5 0.1～0.5 0.2
实施例四：
施镀条件同实施例一，溶剂DMF，金源AuPPh3Cl，支持电解质NH4Cl，镀层光泽，金黄色。
镀液组成和浓度为：
组成 最大浓度范围 最佳浓度
(mol/l) (mol/l)
DMF
AuPPh3Cl 0.005～0.08 0.02
NH4Cl 0.05～饱和浓度 饱和浓度
实施例五：
施镀条件与实施例一相同，溶剂DMF，金源AuPPh3Br，支持电解质NH4Br，镀层光泽，金黄色。
镀液组成和浓度为：
组成 最大浓度范围 最佳浓度范围 最佳浓度
(mol/l) (mol/l) (mol/l)
DMF
AuPPh3Br 0.005～0.07 0.008～0.03 0.02
NH4Br 0.05～1 0.1～0.5 0.2
实施例六：
施镀条件同实施例一，溶剂DMF，金源AuPPh3I，支持电解质NH4I，镀层光泽，金黄色。
镀液组成和浓度为：
组成 最大浓度范围 最佳浓度范围 最佳浓度
(mol/l) (mol/l) (mol/l)
DMF
AuPPh3I 0.005～0.06 0.008～0.03 0.02
NH4I 0.05～2 0.1～0.5 0.2
实施例七：
样品(电极)改用10mm×2mm×12mm的镍片，溶剂DMSO，金源AuPPh3Cl，支持电解质NH4Cl，其它施镀条件同实施例一，镀层细致光亮。
镀液组成和浓度与实施例一相同。
实施例八：
施镀条件同实施例一，溶剂DMF，金源AuPPh3Br，支持电解质n-Bu4NBr(正四丁基溴化铵)，镀层光泽金黄色。
镀液组成和浓度为：
组成 最大浓度范围 最佳浓度范围
(mol/l) (mol/l)
DMF
AuPPh3Br 0.005～0.04 0.008～0.03
n-Bu4NBr 0.1～1.5 0.1～0.5