Au-Sn合金電鍍液及其電鍍方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于合金電鍍液技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種溶液穩(wěn)定性好、且合金成分比例可控的Au-Sn合金電鍍液及其電鍍方法,尤其涉及一種Au8QSn2()的電鍍液及其電鍍方法。
【背景技術(shù)】
[0002]Au-Sn焊料正在廣泛應(yīng)用于光電子器件和微電子器件封裝中。金錫共晶焊料AuSn20(80-20wt%)處于Au-Sn共晶部位,共晶點為280°C,很小的過熱度就可以使合金熔化并浸潤。由于其釬焊溫度適中,屈服強度高,無需助焊劑,具有良好的浸潤性,低粘滯性,高耐腐蝕性,高抗蠕變性能及良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性,因此被廣泛應(yīng)用于通訊,衛(wèi)星,遙感,雷達,汽車,航空等領(lǐng)域的光電器件的焊接及封裝。
[0003]電鍍共沉積Au-Sn合金過程簡單、厚度和位置可精確控制,適合批量生產(chǎn),因此電鍍共沉積Au-Sn合金有著很好的發(fā)展前景。國內(nèi)外無氰電鍍Au-Sn工藝發(fā)展緩慢,目前國內(nèi)已有這方面的報道,但還不成熟。目前發(fā)展的無氰鍍液穩(wěn)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。
[0004]美國專利US6245208中提出了一種弱堿性的無氰Au-Sn共沉積鍍液,該鍍液的金主鹽為三價的氯金酸鉀(KAuC14)、錫主鹽為氯化亞錫(SnCl2)、金離子絡(luò)合劑為亞硫酸鈉(Na2S03)和檸檬酸銨、鍍液穩(wěn)定劑為L-抗壞血酸、晶粒細化劑為氯化鎳(NiCl2),鍍液的pH值為6.0。該鍍液的穩(wěn)定性較差,在室溫下存放15天后鍍液不穩(wěn)定,工作狀態(tài)下維持3天后。并且現(xiàn)有Au-Sn共沉積鍍液很難保證電鍍出來的合金其成分比例維持在80 %Au與20wt % Sn20,大大限制了Au-Sn合金電鍍液的應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為解決現(xiàn)有Au-Sn合金電鍍液穩(wěn)定性差與合金成分比例控制差,本發(fā)明提出一種Au-Sn合金電鍍液,其穩(wěn)定性好以及合金Au80Sn20的成分控制好。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0007]一種Au-Sn合金電鍍液,包括如下組分:
[0008]8.5-11.5g/L水溶性金鹽,10.5-12.5g/L水溶性錫鹽,40_120g/L錫離子絡(luò)合劑,
0.2-5.0ml/L Au_Sn合金穩(wěn)定劑,2.0-8.0ml/L鍍液穩(wěn)定劑,0.3-5.0g/L pH緩沖劑,其余為去離子水。
[0009]進一步,所述電鍍液的pH值為3.9-4.1。
[0010]進一步,所述水溶性金鹽選自KAu(CN)2、NaAu(CN)2、NH4Au(CN)2、KAu(CN)4、NaAu(CN)4、NH4Au(CN)2與NH4Au(CN)4中的一種或多種;所述水溶性錫鹽為甲基磺酸亞錫、氯化亞錫、硫酸亞錫與檸檬酸亞錫中的一種或多種。
[0011]進一步,所述錫離子絡(luò)合劑選自草酸、檸檬酸、抗壞血酸、葡萄糖、丙二酸與亞氨基二乙酸中的一種或多種。
[0012]進一步,所述Au-Sn合金穩(wěn)定劑選自氨、乙二胺、檸檬酸鹽、酒石酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽與硼酸鹽中的一種或多種。
[0013]進一步,所述鍍液穩(wěn)定劑選自吡啶苯并咪唑、氨基咪唑、鳥嘌呤、6-氨基嘌呤、噻唑與苯并塞唑中的一種或多種。
[0014]進一步,所述pH調(diào)節(jié)劑選自甲酸、乙酸、丙酸,硼酸、磷酸、草酸、乳酸、酒石酸與檸檬酸中的一種或多種。
[0015]進一步,還包括0.2-2.5g/L光亮劑,所述光亮劑選自2,3_二( 2_吡啶基)吡嗪、3-(3-吡啶基)-丙烯酸、3-(4-咪唑基)-丙烯酸、3-吡啶基羧甲基磺酸、2-(吡啶基)-4-乙烷磺酸、1-(3-磺丙基)_吡啶甜菜堿與1-(3-磺丙基)-異喹啉甜菜堿中的一種或多種。
[0016]進一步,還包括1.5-8.5g/L導(dǎo)電鹽,所述導(dǎo)電鹽選自鈉、鉀、氨、胺鹽,硫酸、鹽酸、磷酸、氨基磺酸、磺酸與氫氧化鈉中的一種或多種,所述Au-Sn合金電鍍液的比重為10.0-
11.0。
[0017]本發(fā)明另一個目的是提供一種Au-Sn合金電鍍液的電鍍方法,以本發(fā)明的Au-Sn合金電鍍液作為電鍍液,為換向脈沖或變幅脈沖電鍍,電鍍過程中合金電鍍液的溫度為38-42°C,電流密度為 0.5-1.0A/dm2。
[0018]本發(fā)明Au-Sn合金電鍍液,按下述方法制備:
[0019]a.取去離子水置于燒杯中,向燒杯中依次加入水溶性錫鹽與錫離子絡(luò)合劑,得溶液I;
[0020]b.向溶液I中加入水溶性金鹽,再加入Au-Sn合金穩(wěn)定劑與鍍液穩(wěn)定劑,然后根據(jù)產(chǎn)品是否需要決定加入導(dǎo)電鹽與光亮劑,最后加入pH緩沖劑。
[0021]在非強堿性條件下,鍍液中必須含有Sn2+才能實現(xiàn)合金的共沉積,Sn4+不能單獨使用。Sn2+在溶液中存在被氧化成Sn4+而導(dǎo)致的錫不能沉積的問題?,F(xiàn)在一般的做法是在溶液中添加錫抗氧化劑,如羥基苯化合物。本發(fā)明中發(fā)明人通過添加草酸、檸檬酸、抗壞血酸、葡萄糖、丙二酸與亞氨基二乙酸等錫絡(luò)合劑減少游離的亞錫離子濃度,從而降低氧化程度。本發(fā)明的電鍍液在不進行電鍍試驗時,進行冷凍保存,溫度控制在5_8°C。
[0022]因為金錫合金AusoSrm的成分控制要求很嚴(yán)格,金含量過高或者過低均會嚴(yán)重影響合金片的熔點,無法滿足工業(yè)應(yīng)用要求,為了控制合金成分析出比例,除需嚴(yán)格控制PH、溫度、錫鹽、金離子濃度及電流密度,在實際生產(chǎn)應(yīng)用中采取如下方式檢測及控制合金比例:
[0023]1、因是在金面上電鍍金錫合金,底層金會對合金成分測試有很大干擾,常規(guī)的鍍層分析或者元素分析,合金比例分析不準(zhǔn)。故本發(fā)明采用以下方法電鍍一段時間后,斷電,在進行電鍍一段時間后鍍層會成粉末狀,測試粉末的合金比例即可得知電鍍出來的合金比例。
[0024]2、每次做板之前需要分析測試確定合金比例之后,方可進行大面積的生產(chǎn),確保生產(chǎn)過程中,電鍍出來的是AusoSmo這個比例成分,也就能在工業(yè)上進行應(yīng)用。
【具體實施方式】
[0025]實施例1
[0026]Au-Sn合金電鍍液包括以下組分:10.0g/L KAu(CN)2,10.5g/L氯化亞錫,40g/L草酸,0.2ml/L檸檬酸鈉,5.0ml/L吡啶苯并咪唑,2.0g/L 1_( 3-磺丙基)-異喹啉甜菜堿,1.5g/L氨基磺酸,1.5g/L乙酸,其余為去離子水,電鍍液的pH值為4.0,比重為10.0。
[0027]電鍍方法為:電鍍過程中合金電鍍液的溫度為40°C,電流密度為0.6A/dm20
[0028]實施例2
[0029]Au-Sn合金電鍍液包括以下組分:8.5g/L NaAu(CN)2,11.0g/L甲基磺酸亞錫,120g//L檸檬酸,5.0ml/L酒石酸鈉,2.0ml/L 6-氨基嘌呤,3.5g/L酒石酸鈉,0.2g/L 3-吡啶基羧甲基磺酸,6.0g/L磺酸,0.5g/L草酸,其余為去離子水,電鍍液的pH值為3.9,比重為
11.0。
[0030]電鍍方法為:電鍍過程中合金電鍍液的溫度為38°C,電流密度為0.5A/dm20
[0031]實施例3
[0032]Au-Sn合金電鍍液包括以下組分:11.5g/L KAu(CN)4,12.5g/L甲基磺酸亞錫,80g/L抗壞血酸,2.5ml/L磷酸鈉,7.0ml/L苯并塞唑,2.5g/L 2,3-二(2-吡啶基)吡嗪,8.5g/L磷酸,3.5g/L乳酸,其余為去離子水,電鍍液的pH值為4.1,比重為11.0。
[0033]電鍍方法為:電鍍過程中合金電鍍液的溫度為42°C,電流密度為1.0A/dm2ο
[0034]實施例4
[0035]Au-Sn合金電鍍液包括以下組分:9.5g/L NH4Au(CN)2,11.5g/L草酸亞錫,90g/L丙二酸,3.5ml/L硼酸鈉,8.0ml/L鳥嘌呤,0.5g/L 2-(吡啶基)-4-乙烷磺酸,6.5g/L氨基磺酸,
2.0g/L酒石酸,其余為去離子水,電鍍液的pH值為4.0,比重為10.5。
[0036]電鍍方法為:電鍍過程中合金電鍍液的溫度為40°C,電流密度為0.7A/dm2ο
[0037]實施例5
[0038]Au-Sn合金電鍍液包括以下組分:10.5g/L NaAu(CN)4,11.0g/L檸檬酸亞錫濃度為,70g//L葡萄糖,4.5ml/L乙二胺,5.0ml/L苯并咪唑,2.0g/L 1_( 3-磺丙基)-吡啶甜菜堿,
8.5g/L鹽酸,1.0g/L檸檬酸,其余為去離子水,電鍍液的pH值為3.9,比重為10。
[0039]電鍍方法為:電鍍過程中合金電鍍液的溫度為38°C,電流密度為0.5A/dm20
[0040]實施例6
[0041 ] Au-Sn合金電鍍液包括以下組分:11.0g/L NH4Au(CN)2a2.0g/L氯化亞錫,90g/L亞氨基二乙酸,3.5ml/L檸檬酸鉀,3.0ml/L 2,6-二甲基吡啶,1.0g/L吡啶基羧甲基磺酸,
1.5g/L磺酸,1.5g/L磷酸,其余為去離子水,電鍍液的pH值為3.9,比重為11.0。
[0042]電鍍方法為:電鍍過程中合金電鍍液的溫度為40°C,電流密度為0.8A/dm20
[0043]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所作的任何修改、等同替換、改進等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種Au-Sn合金電鍍液,其特征在于,包括如下組分: 8.5-11.5g/L水溶性金鹽,10.5-12.5g/L水溶性錫鹽,40_120g/L錫離子絡(luò)合劑,0.2-5.0ml/L Au-Sn合金穩(wěn)定劑,2.0-8.0ml/L鍍液穩(wěn)定劑,0.3-5.0g/L pH緩沖劑,其余為去離子水。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Au-Sn合金電鍍液,其特征在于,所述電鍍液的pH值為3.9-4.1。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的Au-Sn合金電鍍液,其特征在于,所述水溶性金鹽選自KAu(CN)2、NaAu(CN)2、NH4Au(CN)2、KAu(CN)4、NaAu(CN)4、NH4Au(CN)2 與 NH4Au(CN)4 中的一種或多種;所述水溶性錫鹽為甲基磺酸亞錫、氯化亞錫、硫酸亞錫與檸檬酸亞錫中的一種或多種。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的Au-Sn合金電鍍液,其特征在于,所述錫離子絡(luò)合劑選自草酸、檸檬酸、抗壞血酸、葡萄糖、丙二酸與亞氨基二乙酸中的一種或多種。5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的Au-Sn合金電鍍液,其特征在于,所述Au-Sn合金穩(wěn)定劑選自氨、乙二胺、檸檬酸鹽、酒石酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽與硼酸鹽中的一種或多種。6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的Au-Sn合金電鍍液,其特征在于,所述鍍液穩(wěn)定劑選自吡啶苯并咪唑、氨基咪唑、鳥嘌呤、6-氨基嘌呤、噻唑與苯并塞唑中的一種或多種。7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的Au-Sn合金電鍍液,其特征在于,所述pH調(diào)節(jié)劑選自甲酸、乙酸、丙酸,硼酸、磷酸、草酸、乳酸、酒石酸與檸檬酸中的一種或多種。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的Au-Sn合金電鍍液,其特征在于,還包括0.2-2.5g/L光亮劑,所述光亮劑選自2,3-二( 2-吡啶基)吡嗪、3-( 3-吡啶基)-丙烯酸、3-(4-咪唑基)-丙烯酸、3-吡啶基羧甲基磺酸、2-(吡啶基)-4-乙烷磺酸、1-(3-磺丙基)-吡啶甜菜堿與1-(3-磺丙基)_異喹啉甜菜堿中的一種或多種。9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的Au-Sn合金電鍍液,其特征在于,還包括1.5-8.5g/L導(dǎo)電鹽,所述導(dǎo)電鹽選自鈉、鉀、氨、胺鹽,硫酸、鹽酸、磷酸、氨基磺酸、磺酸與氫氧化鈉中的一種或多種,所述Au-Sn合金電鍍液的比重為10.0-11.0。10.一種Au-Sn合金電鍍液的電鍍方法,其特征在于,為換向脈沖或變幅脈沖電鍍,電鍍液采用如權(quán)利要求1至9任意一項所述的Au-Sn合金電鍍液,電鍍過程中合金電鍍液的溫度為 38-42°C,電流密度為 0.5-1.0A/dm2。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種Au-Sn合金電鍍液及其電鍍方法,電鍍液包括如下組分:8.5-11.5g/L水溶性金鹽,10.5-12.5g/L水溶性錫鹽,40-120g/L錫離子絡(luò)合劑,0.2-5.0ml/L?Au-Sn合金穩(wěn)定劑,2.0-8.0ml/L鍍液穩(wěn)定劑,0.3-5.0g/L?pH緩沖劑,其余為去離子水。電鍍方法為換向脈沖或變幅脈沖電鍍,電鍍過程中合金電鍍液的溫度為38-42℃,電流密度為0.5-1.0A/dm2。該電鍍液穩(wěn)定性好以及合金Au80Sn20的成分控制好。
【IPC分類】C25D5/18, C25D3/62
【公開號】CN105483779
【申請?zhí)枴緾N201510865812
【發(fā)明人】帥和平
【申請人】深圳市瑞世興科技有限公司
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月1日