[發明專利]一種制備無鉛Sn-Cu合金焊料的雙脈沖電鍍液及電鍍工藝

無效

• 申請號: 200910251701.1
• 申請日: 2009-12-31
• 公開（公告）號: CN101748453A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 湯文明;黃書斌
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C25D3/58
• 分類號: C25D3/58;C25D3/60
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及合金焊料制備技術領域，具體是一種制備無鉛Sn-Cu合金焊料的雙脈沖電鍍液及電鍍工藝。

背景技術

長期以來，Sn-37Pb(質量分數)合金焊料以其低成本、低共晶溫度(183℃)、良好的電學、機械及化學性質在電子工業中得到廣泛的應用。然而隨著人們環保意識的增強，同時最近有研究表明，由于種種原因被排放到大氣或地下水中的鉛離子一旦進入人體，則有可能導致幼兒智力障礙、生殖器官障礙、癌癥、高血壓等疾病。我國現已經成為世界第三大電子產品生產國，每年有大量的鉛隨著家用電器、兒童玩具等進入人們的日常生活，對人們當前的健康及其潛在的威脅日益嚴重。目前，我國電子產品的生產及出口正日益受到焊料無鉛化技術瓶頸的制約，如2007年下半年，北美對中國出口的玩具因鉛含量超標的大規模召回。為保證我國電子行業的健康發展及出口的優勢地位，開發無鉛焊料技術迫在眉睫。在眾多的無鉛Sn基焊料中，Sn-0.7Cu(質量分數)合金焊料因價格低廉，無毒副作用，易回收和雜質敏感度低等優點，被譽為最有前途的無鉛焊料之一。

隨著電子技術的迅猛發展，尤其是芯片和超大規模集成電路的突破，使得連接對象已經由微細特征向顯微特征轉化，即焊點由毫米尺寸向微米尺寸發展。例如，目前鍵合金絲的直徑已小于18μm，其引線鍵合尺寸也在微米尺寸范圍。這就會對焊點的制備提出了更高的要求。

然而目前要想在半導體晶片或者金屬基體上沉積Sn基無鉛焊料，不是通過涂覆焊膏就是采用濺射、蒸發等真空沉積技術。焊膏連接價格低，且易操作，然而焊料的定位和厚度的控制得不到保證，并且焊料容易被氧化而不利于基體結合。真空沉積技術可較好地進行過程控制且可減少氧化物的產生，但這種技術相當昂貴且耗時，故這兩種技術均不適合較大規模制備Sn基無鉛焊料。

傳統電鍍技術(直流電鍍、直流周期換向電鍍)雖在一定程度上克服了上述方法(涂覆焊膏或者是真空沉積技術)帶來的缺點，但是電鍍層的均勻性、沉積速率不夠理想，而且內應力和孔隙率較大。同時目前我國電鍍行業所采用的電鍍溶液大多含有有毒成分(如鍍金溶液中的氰化物)、電解液中加入了多種添加劑，溶液成分復雜，且電鍍溶液的穩定性較差，造成焊料制備成本高，電鍍廢液處理不當也會對環境造成有害的影響。

發明內容

本發明提供了一種制備無鉛Sn-Cu合金焊料的雙脈沖電鍍液及電鍍工藝，合理選擇電鍍溶液配方及脈沖電沉積工藝參數來制備Sn-Cu合金焊料的方法，提高了電鍍速率，且制備的Sn-Cu合金焊料粗糙度低、厚度均勻、表面平整，孔隙少、結構致密、電鍍層中的應力小。

本發明的技術方案為：

一種制備無鉛Sn-Cu合金焊料的雙脈沖電鍍液，其特征在于：所述的電鍍液為水溶液，其中化學成分為：檸檬酸三銨0.4-0.5mol/L、二水合氯化亞錫0.2-0.25mol/L、二水合氯化銅0.025-0.035mol/L，檸檬酸三銨、二水合氯化亞錫、二水合氯化銅均采用分析純配制。

一種制備無鉛Sn-Cu合金焊料的雙脈沖電鍍工藝，其特征在于：將金屬化Si晶片置于電鍍液中通入雙脈沖電流進行正/反向雙脈沖電鍍，所述的電鍍液為水溶液，其中化學成分為：檸檬酸三銨0.4-0.5mol/L、二水合氯化亞錫0.2-0.25mol/L、二水合氯化銅0.025-0.035mol/L，檸檬酸三銨、二水合氯化亞錫、二水合氯化銅均采用分析純配制；所述的雙脈沖電鍍工藝參數為：頻率為80-120Hz，雙脈沖的占空比為18-22％，正/反向脈沖時間為900-1100/90-110ms，電流密度9-11mA/cm²。

所述的制備無鉛Sn-Cu合金焊料的雙脈沖電鍍工藝，其特征在于：所述的金屬化Si晶片是指在Si晶片上濺射一層23-27nm的鎢化鈦，在鎢化鈦層上再真空濺射一層240-260nm的籽金層，電鍍是在籽金層上進行電鍍；所述的正/反向雙脈沖電鍍的電鍍溫度為室溫，鍍層的厚度可由電鍍時間決定。

所述的制備無鉛Sn-Cu合金焊料的雙脈沖電鍍工藝，其特征在于：所述的電鍍液的化學成分為：檸檬酸三銨0.45mol/L、二水合氯化亞錫0.22mol/L、二水合氯化銅0.03mol/L，均為分析純；所述的正/反向雙脈沖電鍍工藝的參數為：頻率為100Hz，雙脈沖的占空比為20％，正/反向脈沖時間為1000/100ms，電流密度10mA/cm²。