環保型電鍍AuSn20共晶焊料的研究進展

更新時間:2014-08-24

電沉積AuSn20的介紹

研究方向:Electronic Packaging Electrochemistry(電子封裝電化學)

AuSn20的特點

  它是一種功能性焊料

優點:

  1、共晶合金;

  2、導熱率高;

  3、拉伸強度剪切強度高;

  4、潤濕能力極好;

  5、可以不用助焊劑;

  6、抗蠕變。

缺點:

  1、熔點較高;

  2、合金成分細微變化,影響熔點;

  3、價格較高。

一、電沉積的優勢

  1、適合微小尺寸加工-替代預成片;

  2、沉積共晶擇優取向生長;

  3、指定含量,指定位置,指定厚度沉積。

共晶焊料(AuSn20)

  市面銷售(壓延片)

我們研發(直接電鍍)

電鍍制備AuSn20的原因?

直接應用領域

二、國外發展介紹

  1、美國----Technic Inc.

  2、加拿大----Micralyne Inc.

  3、加拿大---Alberta大學---D.G.Ivey

生產的公司(AuroStan H)

加拿大---D.G.Ivey

共晶特性不明顯!

A. He, B. Djurfors, S. Akhlaghi and D.G. Ivey, 2002, Pulse Plating of Gold-Tin Alloys for Microelectronic and Optoelectronic Applications, Plating and Surface Finishing, Vol. 89, 48.

三、國內發展介紹

 ?。?)大連理工大學 ---黃明亮

 ?。?)哈爾濱工業大學---王春青

黃明亮--金錫分層鍍

無氰共沉積電鍍Au-Sn凸點的研究

  本論文以D.G.Ivey無氰Au-Sn鍍液為基礎,開發出一種穩定的Au-Sn鍍液,該鍍液以亞硫酸金鈉、硫酸亞錫主鹽,以亞硫酸鈉為金的第一絡合劑、EDTA為金的輔助絡合劑,L-抗壞血酸為鍍液的抗氧化劑,并添加一種錫絡合劑。鍍液中金離子濃度在0.01~0.04 mol/L間,錫離子濃度在0.01~0.04 mol/L間,pH在6~9間。

王春青---

Au-Sn合金鍍液分類

  有氰鍍液--氰化Au(I) 離子絡合物的穩定性高, 鍍液使用過程中不會生成沉淀物, 可長期保存, 鍍液穩定性良好, 可以獲得組成穩定的Au-Sn 合金鍍層(Au-Sn 的質量分數分別為80%和20%) , 較適合工業長時間的連續電鍍。

  微氰鍍液--以微氰金鹽、有機錫鹽為主鹽, 以檸檬酸鉀為Au 離子絡合劑, 以檸檬酸為pH 緩沖劑,煙酸為合金穩定劑, 以抗壞血酸為抗氧化劑的微氰Au-Sn 鍍液, 有很好的穩定性, 可加熱至接近沸騰無變化。

  無氰鍍液--國內外無氰電鍍Au-Sn 工藝發展緩慢, 目前國內已有這方面的報道, 但還不成熟。隨著世界各國環保意識的增強, 廣大電鍍工作者正在努力地尋找和探索無氰電鍍Au-Sn 工藝, 并逐步開發出亞硫酸鹽體系、檸檬酸鹽等體系的Au-Sn 合金鍍液。目前發展的無氰鍍液穩定性低, 鍍速低, 需要較長的電鍍時間才能獲得適用的鍍層厚度, 電鍍過程中由于電流密度的變化, 引起合金鍍層組成的波動度大。

四、電沉積難點

1、金錫析出電位偏離較遠。

Au++e → Au (E0=1.692V)

Sn2++2e→ Sn (E0= -0.136V)

  其在水中的穩定常數氰化金(I),穩定常數β=2×1038,導致其電極電位降至:

  E=E0-(RT/nF) ×ln C

   =1.692-0.0591×lgβ

   = -0.571V

Fig. 金鹽和錫鹽的極化曲線分析

Fig.1 CV for SnSO4 and Au(I) in different concentration.

Sn(II) 絡合劑較少!

2、主要精準控制錫的析出量。

3.Sn(II)的穩定性差

  新配鍍液為無色透明的溶液,電鍍后放置12days左右鍍液變成金黃色的透明溶液,無沉淀,電鍍效率明顯降低,甚至無法沉積正常鍍層。

我們的工作

目的:實現指定位置,指定含量,指定厚度的AuSn20共晶電沉積。

AuSn20 五線譜

1、指定位置

光刻膠掩膜金層,暴露位置電鍍。

2個微觀AuSn20 凸點

2300個AuSn20 凸點

2、指定含量

  控制電流密度和鍍液組成來實現。

Figure3. DSC and phase diagram

0.6~1.2ASD下形成的DSC峰較尖銳,且在280度。

Fig. 金錫合金的XRD測試分析

3.指定厚度

沉積時間控制厚度。

應用單位委托的AuSn20樣品DSC

謝謝各位!

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