專(zhuān)利名稱(chēng)：沉積無(wú)鉛錫合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及沉積無(wú)鉛錫合金的方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及抗非正常沉積和局部沉積的無(wú)鉛錫合金沉積方法。
背景技術(shù)：
JP61-194196公開(kāi)了一種使用有機(jī)磺酸槽通過(guò)電鍍沉積錫鉛合金的方法。從中可得知，通過(guò)電解質(zhì)組合物的電流的間歇中斷或反向會(huì)增強(qiáng)沉積物形成晶須的抵抗性。電流密度是2A/dm2。電流通過(guò)電解質(zhì)組合物的周期部分不長(zhǎng)于80秒，最好在20秒到50秒之間。其它周期部分不短于3秒，最好在5秒到20秒之間。
如上文所述，根據(jù)已知的電鍍方法，其它周期不短于3秒。如果在沉積錫鉍合金形式的無(wú)鉛錫合金時(shí)使用這一已知方法，就需要注意以下的不足。
晶須的形成已經(jīng)成為而且將繼續(xù)成為一個(gè)越來(lái)越嚴(yán)重的問(wèn)題。由一個(gè)和另一個(gè)周期部分組成的一個(gè)周期即一個(gè)工作-非工作周期太長(zhǎng)，以至于不能有效抑制須狀晶須的形成(一個(gè)不足)。局部沉積已經(jīng)成為而且將繼續(xù)成為一個(gè)越來(lái)越嚴(yán)重的問(wèn)題。當(dāng)電流中斷時(shí)，在陽(yáng)極和陰極上或陽(yáng)極和陰極周?chē)鷷?huì)發(fā)生鉍的無(wú)電沉積。當(dāng)鉍無(wú)電沉積顯示出高電離傾向時(shí)，很難完成均勻的沉積過(guò)程(另一個(gè)不足)。
雖然不希望受到理論的限制，但晶須的形成被認(rèn)為是基于枝晶長(zhǎng)大。用無(wú)間斷電流電鍍的沉積物表面經(jīng)常發(fā)現(xiàn)晶須的形成。晶體的結(jié)構(gòu)、晶體增長(zhǎng)的各向異性和陰極表面中的親和力會(huì)導(dǎo)致枝晶前體的出現(xiàn)。電鍍電流通過(guò)枝晶前體部分，導(dǎo)致在這些部分上產(chǎn)生高密度電流。暴露于高密度的電流下加速了這些部分的沉積，并導(dǎo)致了枝晶長(zhǎng)大。眾所周知晶須是短路的主要原因，所以仍然需要一種方法可以沉積無(wú)鉛錫合金而不形成晶須，以生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品。
陰極表面附近的金屬離子的密度在加速沉積期間降低，形成一個(gè)電偶層，導(dǎo)致從陰極表面分離的枝晶前體處的金屬離子密度的增加，導(dǎo)致電鍍沉積物的局部濃縮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于防止在無(wú)鉛錫合金的電鍍沉積物表面形成晶須。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提出一種不形成晶須和電鍍沉積物局部濃縮的沉積無(wú)鉛錫合金的方法。本發(fā)明的特定目的是提出一種在電鍍期間通過(guò)抑制電偶層形成而沉積無(wú)鉛錫合金的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種在底基上沉積無(wú)鉛錫合金的方法，該方法包括使底基接觸用于沉積無(wú)鉛錫合金電解質(zhì)組合物；在工作周期部分期間使電流沿第一方向周期地通過(guò)用于在底基上沉積無(wú)鉛錫合金的電解質(zhì)組合物；和在非工作周期部分期間周期地阻止電流沿第一方向通過(guò)電解質(zhì)組合物。


圖1是執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的沉積無(wú)鉛錫合金方法的電鍍?cè)O(shè)備的部分截面圖。
圖2展示了隨著時(shí)間的改變表示通過(guò)電鍍組合物的電流的大小和方向的指令信號(hào)的圖表，展示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
圖3展示了隨著時(shí)間的改變表示通過(guò)電鍍組合物的電流的大小和方向的另一指令信號(hào)的圖表，展示了本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例。
圖4是一個(gè)包含實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表格。
圖5繪出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
如在本說(shuō)明書(shū)中所使用的，除非特殊說(shuō)明，否則以下簡(jiǎn)寫(xiě)代表以下意思g＝克；L＝公升；mL＝毫升；℃＝攝氏溫度；A/dm2＝安培每平方分米。術(shù)語(yǔ)“沉積”和“電鍍”在說(shuō)明書(shū)中可以互換。所有的數(shù)據(jù)范圍都包括。
市場(chǎng)上提供的任何類(lèi)型的電鍍?cè)O(shè)備都可用來(lái)執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的沉積無(wú)鉛錫合金的方法，而不需任何實(shí)質(zhì)的改變或修改。參照?qǐng)D1，標(biāo)號(hào)1指示了一個(gè)包含用于在底基上沉積無(wú)鉛錫合金的電解質(zhì)組合物2的電鍍槽。陽(yáng)極3和陰極浸于電解質(zhì)組合物2中，包括外伸部分5的半導(dǎo)體裝置4連接到陰極上。在這種情況下，外伸部分5作為陰極，且是被電鍍的底基。陽(yáng)極3和陰極被連接到一個(gè)整流器6。響應(yīng)指令信號(hào)(如圖2)，整流器6可以使電流沿一個(gè)方向周期地通過(guò)陽(yáng)極3和陰極之間的電解質(zhì)組合物2，以便在工作周期部分期間在外鉛部分5上沉積無(wú)鉛錫合金。當(dāng)然，在非工作周期部分期間整流器6可以周期地阻止或抑制電流通過(guò)。
外伸部分5只是一個(gè)待電鍍的底基實(shí)例。底基可以是電子元件。電子元件可以是鉛框架、半導(dǎo)體包裝、連接器、接觸件、片形電容器或塑料。合適的塑料包括塑料層壓板，如印刷布線板，特別是包銅印刷布線板。
底基與電解質(zhì)組合物可以本領(lǐng)域所熟知的任一種方式接觸。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，制備烷醇磺酸槽的槽組分作為電鍍錫鉍合金的電解質(zhì)組合物。電解質(zhì)組合物包括濃度為200±25g/L的烷醇磺酸、濃度為45±5g/L的錫烷醇磺酸、濃度為1.1±0.6g/L的鉍烷醇磺酸，和PF-05M(化學(xué)產(chǎn)品商標(biāo)名，由ISHIHARA CHEMICAL CO.，LTD提供)。電解質(zhì)組合物維持在40±5℃。在工作周期部分，用于電鍍的電流密度不大于5A/dm2，優(yōu)選在4.5A/dm2。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，具有以上密度的電流在工作周期部分內(nèi)沿一個(gè)方向或第一方向周期地通過(guò)電解質(zhì)組合物，以便在外伸部分上沉積錫鉍合金。為了抑制在陰極表面附近金屬離子密度的降低，通過(guò)在非工作周期部分期間周期地中斷通過(guò)電解質(zhì)組合物的電流，從而在非工作周期部分期間周期地阻止電流沿第一方向通過(guò)。
參照?qǐng)D2，工作-非工作周期由工作周期部分和隨后的非工作周期部分組成。頻率范圍從每秒1次到每秒5次。每個(gè)工作-非工作周期的非工作周期部分a與開(kāi)它的工作周期部分b的比率，即a/b比率不小于0.2。為實(shí)現(xiàn)在合理的時(shí)間周期內(nèi)進(jìn)行電鍍，a/b比率優(yōu)選為0.3。
圖3展示了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。此實(shí)施例與以上所描述的實(shí)施例基本上相同，除了在非工作周期部分期間周期地阻止電流沿第一方向通過(guò)的方式不同。在本實(shí)施例中為了更有效地抑制在陰極表面附近金屬離子密度的降低，通過(guò)在非工作周期部分期間使電流沿與第一方向相反的第二方向周期地通過(guò)電解質(zhì)組合物，而在非工作周期部分期間周期地阻止沿第一方向的電流。這可以通過(guò)在非工作周期部分內(nèi)周期地建立反向電勢(shì)狀態(tài)，以便使通過(guò)電解質(zhì)組合物的電流換向來(lái)實(shí)現(xiàn)。
用上述錫鉍(Sn-Bi)槽測(cè)試或評(píng)估圖2所示的電流控制過(guò)程中的十個(gè)樣本或?qū)嵗?。圖4和圖5中是電鍍的結(jié)果。
例#1開(kāi)/關(guān)比率＝8/2，即a/b比率是2/8(0.25)；頻率＝每秒1次。電鍍結(jié)果非正常沉積的發(fā)生率＝0/10(＝0％)。
例#2開(kāi)/關(guān)比率＝7/3，即a/b比率是3/7(0.43)；頻率＝5次每秒。電鍍結(jié)果非正常沉積的發(fā)生率＝0/10(＝0％)。
例#3開(kāi)/關(guān)比率＝7/3，即a/b比率是3/7(0.43)；頻率＝每秒5次。電鍍結(jié)果非正常沉積的發(fā)生率＝0/10(＝0％)。
不優(yōu)選的例#4開(kāi)/關(guān)比率＝7/3，即a/b比率是3/7(0.43)；頻率＝每秒10次。電鍍結(jié)果非正常沉積的發(fā)生率＝1/10(＝10％)。
不優(yōu)選的例#5開(kāi)/關(guān)比率＝8/2，即a/b比率是2/8(＝0.25)；頻率＝每秒5次。電鍍結(jié)果非正常沉積的發(fā)生率＝3/10(＝30％)。
不優(yōu)選的例#6開(kāi)/關(guān)比率＝8/2，即a/b比率是2/8(＝0.25)；頻率＝每秒5次。電鍍結(jié)果非正常沉積的發(fā)生率＝3/10(＝30％)。
不優(yōu)選的例#7開(kāi)/關(guān)比率＝9/1，即a/b比率是1/9(0.11)；頻率＝每秒1次。電鍍結(jié)果非正常沉積的發(fā)生率＝3/10(＝30％)。
不優(yōu)選的例#8開(kāi)/關(guān)比率＝9/1，即a/b比率是1/9(0.11)；頻率＝每秒5次。電鍍結(jié)果非正常沉積的發(fā)生率＝3/10(＝30％)。
不優(yōu)選的例#9開(kāi)/關(guān)比率＝9/1，即a/b比率是1/9(0.11)；頻率＝每秒10次。電鍍結(jié)果非正常沉積的發(fā)生率＝2/10(＝20％)。
不優(yōu)選的例#10開(kāi)/關(guān)比率＝10/0，即a/b比率是0/10(＝0)；頻率＝每秒0次。電鍍結(jié)果非正常沉積的發(fā)生率＝6/10(＝60％)。
可以應(yīng)用于本發(fā)明的無(wú)鉛錫合金不限于上述的錫鉍合金。無(wú)鉛錫合金包括從包括銅、銀和鋅的組中選出的第二金屬與錫的組合。
為電鍍錫-銅合金，使用烷醇磺酸槽進(jìn)行錫-銅(Sn-Cu)電鍍。用于電鍍錫-銅合金的電解質(zhì)組合物包括烷醇磺酸、錫烷醇磺酸、銅烷醇磺酸，和T-130CU(化學(xué)產(chǎn)品商標(biāo)名，由石狩灣化學(xué)有限公司出品)。
為電鍍錫-銀合金，錫-銀(Sn-Ag)電鍍使用烷醇磺酸基的酸槽進(jìn)行。用于電鍍錫銅合金的電解質(zhì)組合物包括烷醇磺酸基的酸，錫烷醇磺酸基的酸，銀烷醇磺酸基的酸和HIS-008(化學(xué)產(chǎn)品商標(biāo)名，由ISHIHARA CHEMICAL CO.，LTD生產(chǎn))。
雖然已詳細(xì)描述本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，但應(yīng)該理解的是在不離開(kāi)本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行多種變化、替代和改變。
本發(fā)明要求于2002年12月25日提交的號(hào)為2002-375604的日本專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)?jiān)诖吮徽麄€(gè)并入作為參考。
權(quán)利要求
1.一種在底基上沉積無(wú)鉛錫合金的方法，它包括使底基接觸用于沉積無(wú)鉛錫合金的電解質(zhì)組合物；在工作周期部分期間使電流沿第一方向周期地通過(guò)電解質(zhì)組合物，以便在底基上沉積無(wú)鉛錫合金；和在非工作周期部分期間周期地阻止電流沿第一方向通過(guò)電解質(zhì)組合物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，底基包括一個(gè)半導(dǎo)體裝置的外伸部分。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，周期地阻止包括在非工作周期部分期間周期地中斷提供到電解質(zhì)組合物的電流。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，周期地阻止包括在非工作周期期間沿與第一方向相反的第二方向周期地使電流通過(guò)電解質(zhì)組合物。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，每個(gè)周期的非工作周期部分與工作周期部分的比率不小于0.2。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，周期以從每秒1次到每秒5次范圍內(nèi)的頻率重復(fù)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，沿第一方向通過(guò)的電流的電流密度不大于5A/dm2。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，無(wú)鉛錫合金包括從包括鉍、銅、銀和鋅與錫的組中選出的第二金屬與錫的組合。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于在底基上沉積無(wú)鉛錫合金的方法。底基包括半導(dǎo)體裝置的外伸部分。底基與用于沉積無(wú)鉛錫合金的電解質(zhì)組合物接觸。在工作周期部分期間，電流沿第一方向周期地通過(guò)電解質(zhì)組合物，以便在底基上沉積無(wú)鉛錫合金。在非工作周期部分期間，周期地阻止電流沿第一方向上通過(guò)電解質(zhì)組合物。
文檔編號(hào)H01L23/48GK1510174SQ20031011302
公開(kāi)日2004年7月7日 申請(qǐng)日期2003年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月25日
發(fā)明者松田元秋, 伊部雅博, 博 申請(qǐng)人:恩益禧電子股份有限公司