在锡的电沉积物中最小化晶须生长制造技术

本发明专利技术涉及通过在下部金属上镀敷锡沉积物，从而降低在锡沉积物内锡晶须形成的方法，所述锡沉积物基本上不具有压缩应力或主要在预定的晶体取向上基本与下部金属的取向匹配，以便抑制锡晶须生长。沉积物优选不显示出压缩应力或显示出拉伸应力。此外，最优选的晶体取向是与下部金属取向相同的取向。沉积物优选含有至少９５％的锡和任选地含量为５％或更低的银、铋、铜或锌中的至少一种合金化元素。有利地，在电镀过程中，从含有晶体取向表面活性剂的特殊配制的镀敷溶液中提供锡沉积物。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在锡的电沉积物中最小化晶须生长背景本专利技术涉及以在锡的沉积物中降低、最小化或防止锡晶须生长的方式沉积锡的方法和镀敷溶液。在制造电路、电子器件和电连接器中，由于锡或锡合金沉积物提供的优势导致这种沉积物的使用变得日益重要。例如，锡和锡合金沉积物保护组件避免腐蚀，提供焊接用的化学稳定表面和维持良好的表面电接。有许多专利披露了如何使用各种镀敷溶液和方法来施加锡或锡合金沉积物。典型地通过无电镀敷或电镀生产这种沉积物。与所使用的沉积方法无关，希望在基材上形成光滑和均匀的锡沉积物，以便最小化孔隙度。还希望形成具有相对恒定厚度的涂层，以便最小化蚀刻问题。此外，必需避免其它问题，以便获得可接受的沉积物。当使用纯锡并施加到铜或铜合金基材上时，所得沉积物的缺点是相互扩散且形成铜-锡化合物。这些铜-锡化合物可能是脆性的且可损害锡涂布的组件的有效性，同时，它们的存在也会负面地影响随后的焊接操作，这是由于生成称为锡晶须的金属长丝，所述晶须长丝有时自发地从这些锡沉积物中生长所致。这些晶须是从表面延伸的毛发状突出物，和可能是笔直或卷曲或弯曲的。由于对于现代电路来说要求的非常精细的线轮廓导致这种晶须的存在令人讨厌，这是因为这些晶须既可形成短路，又可在导体之间的绝缘空间内形成电子桥。锡晶须问题的机理并不完全清楚。长丝可在施加涂层的数天内或甚至在之后的数年内开始生长。在文献中认为，晶须从应力集中位置处，如在许多电沉积技术内产生的那些，如本质上是枝状的锡挤出物处生长。还认为温度和湿度影响晶须生长。S.C.Britton的文章“Simultaneous Growth of Whiskers on Tin Coatings：20 Years ofObservation”，Transactions of the Institute of Metal Finishing，Vol.52，-->1974，pp.95-102讨论了锡晶须的生长问题并提供降低晶须形成危险的数种建议。处理锡晶须问题的一种方法是，规定锡涂布材料短的储存时间。然而，该方法并不完全解决或不一定能避免该问题。另一方法是轻微地加强锡基体以防止晶须的挤出。金属间化合物的形成和溶质铜扩散到锡板内已用于达到该目的，但代价是最终产品过高的性能成本。另一方法是在施加锡沉积物之前处理基材表面。已提出超声搅拌镀敷溶液和/或在镀敷过程中交替变化电极极性，以降低在镀敷金属结构内吸收或吸留的氢气量。或者，可使用一层或多层阻挡层或金属如钯、金、银、镍和/或铜，防止金属离子从基材迁移到锡沉积物内，进而降低在沉积物上的应力。由于要求额外的工艺步骤以及由于当使用贵金属时其高成本导致这些方法不理想。此外，阻挡层用镀敷溶液有时可能污染或者要么干扰镀锡工艺。最近的出版物已证明，通常在没有或略微低的压缩应力下开始在镀敷状态条件下在铜/铜合金基材上从甲磺酸(MSA)溶液中沉积锡，但在沉积老化过程中压缩应力显著增加。理论上认为，压缩应力的这种增加是由于形成铜-锡金属间化合物，由于铜从基础材料中扩散到锡沉积物内所致，和这种压缩应力导致锡晶须的形成。处理该问题的额外方法通常包括向锡涂布溶液中添加晶须抑制添加剂。已提出许多不同的锡-合金化金属，其中包括锑、钴、铜、锗、金、铅和镍，以降低所得沉积物中锡晶须的生长。为了避免贵金属的高成本，最常见的方法是沉积锡和铅的合金。这种合金也与随后用于使布线或其它电子组件电连接的焊剂相容。遗憾的是，铅和许多其它合金化元素由于其毒性和相关的环境问题导致不理想。因此，仍需要有效解决锡晶须问题的方法和本专利技术提供一种这样的方法。专利技术概述本专利技术涉及通过在下部金属上提供基本上不具有压缩应力的镀锡沉积物，从而在锡沉积物中降低锡晶须形成的方法，优选地，锡沉积物-->或者不显示出压缩应力，或者显示出拉伸应力。另外，优选在与下部金属的晶体取向相容的晶体取向中提供锡沉积物，以便抑制沉积物内锡晶须的生长。下部金属可或者是基材或者是在基材上沉积的金属。常见的金属是铜或铜合金，和在此情况下，优选锡沉积物的晶体取向基本上与铜或铜合金的取向匹配。此外，沉积物优选含有至少95％的锡和任选地含量为5％或更低的银、铋、铜或锌中的至少一种合金化元素。有利地，在从镀敷溶液电镀的过程中提供锡沉积物。本专利技术还涉及镀敷溶液，所述镀敷溶液包括酸、锡盐和晶体取向表面活性剂。酸优选磺酸、硫酸、卤离子酸、氟硼酸盐(fluoborate)或其混合物。该溶液也可包括用量足以改进沉积物外观的烷醇磺酸或它的溶液可溶盐。晶体取向表面活性剂优选包括溶液可溶的有机化合物，该化合物具有2-4个连接环，总计6-24个环原子，和存在于至少一个环内或与至少一个环相连的至少一个氧原子或氮原子。更优选，该溶液可溶的有机化合物具有2-3个稠合环，总计6-14个环原子，和存在于至少两个环的每一个内的至少一个氮原子。或者，该溶液可溶的有机化合物可以是氧化烯的缩合化合物或嵌段共聚物。最优选的表面活性剂是双喹啉、二烷基菲咯啉、嵌段共聚物或乙氧化萘酚。本专利技术的另一实施方案涉及在镀锡沉积物内降低锡晶须形成的方法，该方法包括在下部金属上由此处所披露的溶液之一沉积锡或锡合金沉积物，以便沉积物基本上不具有压缩应力，且具有与下部金属相容的晶体取向，以便抑制锡晶须的生长。本专利技术又一实施方案涉及制造电子组件的方法，该方法包括在电子组件的金属部分上由此处所披露的溶液之一沉积锡或锡合金沉积物，以便沉积物基本上不具有压缩应力，且具有与下部金属相容的晶体取向，以便抑制锡晶须的生长。本专利技术再一实施方案涉及降低来自于镀敷组件的环境污染的方法，该方法包括采用锡或锡合金沉积物由此处所披露的溶液之一镀敷组件，以便沉积物基本上不具有压缩应力，且具有与组件相容的预定晶体取-->向，以便抑制锡晶须生长，进而避免需要用含有对环境有害的合金化元素的锡合金来镀敷组件。优选实施方案的详细说明可使用各种各样的基础溶液形成本专利技术的镀敷溶液。这些包括下述：氟硼酸盐溶液：氟硼酸盐镀浴锡广泛用于镀敷所有类型的金属基材，其中包括铜和铁这二者。参见，例如美国专利No.5431805、No.4029556和No.3770599。在镀敷速度重要和氟硼酸盐易溶的情况下，优选这些浴。卤化物溶液：主要电解质是卤离子(Br，Cl，F，I)的镀锡浴已使用了数十年。参见，例如美国专利No.5628893和No.5538617。在这些浴中主要的卤离子是氯离子和氟离子。硫酸盐溶液：工业上，从具有硫酸盐作为主要阴离子的溶液中镀敷锡和锡合金。参见例如美国专利No.4347107、No.4331518和No.3616306。例如，许多年来，钢工业已成为来自硫酸/硫酸锡浴的镀锡钢，其中在所述硫酸/硫酸锡浴中，苯酚磺酸用作特殊的电解质添加剂，它改进锡的氧化稳定性以及增加它的电流密度范围。该方法(称为铁锡法)可用于本专利技术，但由于采用苯酚衍生物的环境问题导致不是优选的。优选基于硫酸但没有环境上所不希望的添加剂的其它硫酸盐浴。磺酸溶液：在过去十年中，磺酸金属电镀浴由于许多性能优点，其工业应用已显著增加。已从磺酸中电镀锡(参见，例如美国专利No.6132348、No.4701244和No.4459185)。烷基磺酸的成本相对高，结果所使用的优选磺酸是甲磺酸(M本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低在锡沉积物内锡晶须形成的方法，该方法通过在下部金属上提供基本上不具有压缩应力的镀锡沉积物来实现。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2002-4-30 10/136,8581.一种降低在锡沉积物内锡晶须形成的方法，该方法通过在下部金属上提供基本上不具有压缩应力的镀锡沉积物来实现。2.权利要求1的方法，其中锡沉积物或者不显示出压缩应力，或者显示出拉伸应力。3.权利要求1的方法，其中在与下部金属相容的晶体取向上提供锡沉积物，以便抑制锡晶须的生长。4.权利要求3的方法，其中下部金属包括铜或铜合金，和锡沉积物的晶体取向基本上与铜或铜合金的取向匹配。5.权利要求3的方法，其中下部金属以基材或在基材上的沉积物的形式存在。6.权利要求1的方法，其中锡沉积物含有至少95％的锡和任选地含量为5％或更低的银、铋、铜或锌中的至少一种合金化元素。7.权利要求1的方法，其中在电镀过程中，从含酸、锡盐和晶体取向表面活性剂的溶液中提供锡沉积物。8.权利要求7的方法，其中酸是磺酸、硫酸、卤离子酸、氟硼酸盐或其混合物。9.权利要求7的方法，其中溶液包括用量足以改进沉积物外观的烷醇磺酸或它的溶液可溶的盐。10.权利要求7的方法，其中晶体取向表面活性剂包括溶液可溶的有机化合物，该化合物具有2-4个连接环，总计6-24个环原子，和存在于至少一个环内或与至少一个环相连的至少一个氧原子或氮原子。11.权利要求10的方法，其中溶液可溶的有机化合物具有2-3个稠合环，总计6-14个环原子，和存在于至少两个环的每一个内的至少一个氮原子。12.权利要求10的方法，其中溶液可溶的有机化合物是氧化烯的缩合化合物或嵌段共聚物。13.权利要求7的方法，其中晶体取向表面活性剂是双喹啉、二烷基菲咯啉、嵌段共聚物或乙氧化萘酚。14.一种镀敷溶液，它包括酸、锡盐和晶体取向表面活性剂，其中晶体取向表面活性剂的用量足以辅助在下部金属上提供锡沉积物，该沉积物基本上不具有压缩应力且具有与下部金属的取向相容的晶体取向，以便在沉积物内抑制锡晶须生长。15.权利要求14的溶液，其中锡沉积物或者不显示出压缩应力，或者显示出拉伸应力。16.权利要求14的溶液，其中下部金属包括铜或铜...

【专利技术属性】
技术研发人员：RA舍缇三世，WR维克斯，
申请(专利权)人：技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]