金属沉积物表面上出现晶须风险的评测方法

专利名称：金属沉积物表面上出现晶须风险的评测方法
技术领域：
本发明涉及电元件或电子元件上的金属沉积物的技术领域，其目的是通过焊接实现电元件或电子元件在诸如印刷电路板等复杂组件中的装配，或者进一步提供保护以防止沉积有沉积物的基板的腐蚀。
背景技术：
在上述领域中，人们熟知的沉积物的应用是将锡铅合金电沉积(electro-deposition)在电子元件的引脚上，所述电子元件随后可被安装在集成电路卡上。
这种锡铅合金用于生产使可焊性和可靠性得到最佳保证的电子元件。然而，由于铅是对环境和人体健康有害的重金属，因此正在寻找一种新的无铅纯金属或金属合金沉积物，其能够取代至今一直使用的锡铅合金。例如，已提出使用纯锡的沉积物。
然而，这种沉积物的主要缺点是会使晶体以细丝状或者花状自发地生长。在电子工业，该晶体生长的细丝或花通常被称为“晶须”。
然后，在电子元件的连接引脚的表面上出现的这些金属生长能够引起短路，从而引起包括这些连接引脚的系统发生一般故障。
例如，在2003年2月出版的TEXAS INSTRUMENTS文献中，由DouglasW.Romm、Donald C.Abbott、Stu Grenney和Muhammad Khan所著的题为“Whisker Assessment of Tin-Plated Logic Component Leads”的文章中，描述了在电元件的连接引脚上出现晶须的相关风险。在2002年7月25日出版的CALCE协会(Computer Aided Life Cycle Engineering、Electronic Products andSystems Center)关于马里兰大学的出版物的正文中，题为“Position paper onrisks to high-reliability electronics and associated hardware form pure tin coating”的Tin Whisker Alert及其附录中，也描述了在电子元件上出现晶须的相关风险。
上述出版物十分清楚地说明了在纯锡沉积物上、尤其是应用于电子元件的连接引脚上的纯锡沉积物上出现晶须会导致重大的风险。
然而，考虑到特别是在电子工业中使用铅的生态影响，从而需要消除这种使用。因此基于纯金属或者金属合金开发一种新技术是十分重要的，这种新技术能够取代目前使用的锡铅合金的沉积，同时仍然提供特别是关于没有产生晶须风险的完全保证。
此外，应注意，关于在金属沉积物上会出现晶须的条件，目前没有一致的意见。
因此，急需一种方法，对沉积或者任何其它工艺获得的金属沉积物上出现晶须的风险以可靠的方式进行评测。在这点上，应注意出现晶须的风险不限于锡的沉积物，也可能出现在银、镉或者甚至于锌的沉积物上。
为了实现预测出现晶须的这一目的，本发明提出一种评测在基板上的金属沉积物或金属合金沉积物的表面出现晶须的方法，其中该方法是通过测量沉积物的电化学阻抗来评测这种风险。
实际上，发明人成功地证明了金属沉积物的电化学阻抗值与该沉积物产生晶须的倾向性之间的关系。
以专业工程师熟知的一种方式，通过将频率可变的正弦电位差首先施加至包括工作电极、即待测沉积物的偶极子，然后施加至反电极，并且通过测量这种系统中产生的电流以推出其阻抗，来实现产品或沉积物的电化学阻抗的确定。其中，该偶极子和该反电极都浸入在导电溶液中。
测量系统的电化学阻抗的方法完全为专业工程师熟知，因此这里不需要作进一步说明。如果需要任何其它的信息，可参考美国专利6161969中的信息，其描述了测量电化学阻抗的方法，用于确定待测样品的疲劳。
也可以参考以下出版物-A.J.Bard&LR Faulkner，“Electrochemical MethodsFundamentals andApplications”，Wiley，New York，1987；-A.C.Fischer，“Electrode Dynamics”，Oxford University Press，Oxford，1996；-P.H.Reiger，“Electrochemistry”，Prentice-Hall International，EnglewoodCliffs，1995；-Southampton Electrochemistry Group，“Instrumental Methods inElectrochemistry”，Ellis-Horwood，Chichester，1985.

发明内容
根据本发明，能够以一个或多个范围的驱动频率，甚或是以一个单值的驱动频率，实现金属沉积物的电化学阻抗的测量。
根据本发明，能够以多种方式实现电化学阻抗的测量以确定出现晶须的风险。
根据本发明优选的但非限定的特征，确定出现晶须风险的方法至少包括测量待测或待评测沉积物的电化学阻抗的一个步骤；以及将测量步骤中获得的值与参考值进行比较的第二步骤。
使用的参考值也能够以不同的方式获得。例如，可以从已知没有产生晶须风险、甚或是已知产生晶须风险高的一种或多种沉积物的不同样品所测得的电化学阻抗的平均值获得该参考值，但不限于此。
在许多相同的方法中，参考值可以是在待测沉积物经过消化(annihilation)或者中和处理之后对待测沉积物所测得的电化学阻抗值，所述消化或者中和处理是指在干燥的气氛中在不低于150℃的温度下进行至少一小时的烘箱处理。实际上已知这种热处理可消除出现晶须的所有风险。在使用待测沉积物经过中和或者消化处理之后的电化学阻抗值作为参考值的情况下，认为待测沉积物在进行任何热处理之前的电化学阻抗值越接近同一待测沉积物在进行消化处理之后的电化学阻抗值，则在该沉积物上出现晶须的风险越低。
在本发明的方法中使用的参考值也可对应于在待测沉积物不必进行消化或者经受任何热处理的情况下的电化学阻抗的另一测量。
因此，根据本发明的另一特征，评测出现晶须风险的方法至少包括—测量沉积物电化学阻抗的第一步骤，—在给定时间间隔、即所谓的测试间隔之后，测量沉积物的电化学阻抗的第二步骤，以及比较步骤，在该步骤中将第二测量步骤所获得的值作为参考值，确定该沉积物的电化学阻抗在经过测试间隔之后的变化。
根据本发明，沉积物电化学阻抗变化的确定可以使用测得的沉积物的电化学阻抗值、甚或是该阻抗值的倒数来进行。
同样地，根据本发明，沉积物电化学阻抗变化的确定可以通过比较测试间隔开始时进行的首次测量与在测试间隔结束时进行的最后测量、甚或是比较在测试间隔期间进行的一系列测量来进行。
根据本发明的一个特征，该评测方法包括对于至少在测试间隔开始和结束时测量的电化学阻抗倒数减小到绝对值项大于10-5的沉积物，确定出现晶须的风险指数高；而对于电化学阻抗倒数值的变化的绝对值大于2×10-5的沉积物，确定出现晶须的风险指数非常高；以及对于电化学阻抗倒数的变化的绝对值大于5×10-5的沉积物，确定出现晶须的风险指数特别高。
然而，应注意这些值是基板的特性，该基板至少包括一定厚度的铜，待测沉积物被沉积于该基板。既然电化学阻抗值与基板的性质有关，所以对另一种基板测量的值对铜基板而言可能对应于特别高的风险指数，而对其它基板而言可能出现晶须的风险较低。能够影响电化学阻抗值的其它参数为沉积物的厚度和测量条件，例如使用的电解液的性质和测量温度。
因此，在本发明的实施改型中，确定出现晶须风险的方法包括将给定基板上的待测沉积物的电化学阻抗或者其倒数在经过测试间隔之后的变化与在相同条件下测量的相同基板上的参考沉积物的电化学阻抗或者其倒数在经过相同测试间隔之后的变化进行比较。例如，参考金属沉积物可以是已知的出现晶须风险低的金属沉积物。
根据本发明的另一特征，评测出现晶须的风险的方法包括在测试间隔期间，对待测的沉积物进行热处理。因此，可以设想在干燥气氛中甚或潮湿气氛中待测的沉积物及其基板的烘箱处理。以优选但非排它的方式，在不低于45℃的温度下，优选在干燥气氛中，烘箱处理待测的沉积物及其基板。根据本发明的另一特征，该沉积物及其基板将被置于温度优选介于50℃与150℃之间的烘箱中。
根据本发明的又一特征，评测出现晶须风险的方法包括以下步骤—选择持续介于20分钟与120分钟之间的测试间隔，—在热处理之前，对被测沉积物进行电化学阻抗的第一次测量，—在测试间隔期间，烘箱处理被测沉积物，—在热处理之后，对被测沉积物的电化学阻抗进行第二次测量，—通过计算在热处理之前进行的测量与热处理之后进行的测量之间的被测沉积物的电化学阻抗或者阻抗倒数的相对变化来比较两次测量。
本发明的方法可用于评测使用不同方式沉积于导电基板的金属沉积物，所述方式例如为电沉积甚或例如为浸入在熔融镀液中的浸入沉积。在通过浸入沉积的情况下，可使用不导电或者绝缘基板。
对于将金属沉积物沉积于导电基板，在优选但非严格必须的应用中，根据本发明的评测出现晶须风险的方法可用于进行电解镀液以及相关电沉积方式的评测。
优选地，该评测方法包括以下步骤—用待评测的镀液组织和方式，通过电沉积将金属或金属合金的沉积物沉积于导电基板，以及—通过根据上述各种评测方法之一，进行沉积物表面出现晶须的风险评测。
以该评测方法的优选实施形式，使用电解镀液及相关电沉积方式获得的金属沉积物的评测在沉积金属沉积物之后的120分钟内开始。
这种评测镀液的方法包括电化学阻抗变化的本质(intrinsic)测量，或者包括对第一次测量的这种变化值和对第二次测量的这种变化值进行比较，其中该第一次测量的变化值是对在开始使用镀液时进行的金属沉积物、即参考沉积物测量的变化值，该第二次测量的变化值是对在使用镀液期间、例如在固定间隔之后进行的沉积物的变化值。
然后，该比较结果能用于提示可能导致出现晶须风险提高的任何变化。
同样地，根据本发明，评测镀液的方法包括将使用镀液期间沉积物的电化学阻抗值与该相同镀液为未用过的或者使用相同成分的未用过的参考镀液而沉积的一个或多个沉积物测量的电化学阻抗值比较。当然，对于比较中涉及的所有沉积物，使用的电沉积或者浸入方法可以是相同的。
根据本发明，使用金属沉积物的电化学阻抗的至少一次测量评测金属沉积物上出现晶须的风险的方法也需要通过光学检验来发展评测方法，用于该方法的验证，以能够确凿地证明通过测量电化学阻抗的方法的有效性。
为此，发明人提出将金属沉积物沉积于导电或不导电的基板，该基板包括首先，电化学评测区，其表面允许应用包括镀液的单元孔和预期的电极，以允许测量电化学阻抗；其次，光学检验区，包括至少一个通孔，优选地，包括一系列通孔。
实际上，发明人成功指出例如容纳金属沉积物的介于0.3mm与1.2mm之间的小直径孔提供了在合理的时间内特别利于产生晶须的区域。这种光学评测方法也被认为是一种加速晶须产生的方法。
因此，孔的数量达到一定程度，优选超过50个，例如70与150个之间，当沉积物表现出现晶须的风险高时，在一定的等待时间之后通过双筒放大镜可以在至少一个孔中观测到这些晶须。对于出现晶须的风险高的沉积物，在对晶须的出现进行试验的情况下，对于高风险沉积物观测的最短时间大约14小时，不过该值不应视为排除更短或更长的出现时间。应注意对于沉积待评测金属沉积物的层为由铜制成的基板已观测到上述值。对于其它种类的基板可观测到不同的值。
因此，能够实现通过确定测试基板上的沉积物的电化学阻抗的变化而获得的结果与在同一测试基板上的孔处观测的晶须之间关系。
也设想下面两种评测技术的组合，即，例如在短于一个月、优选短于一个星期的测试间隔之后的短期内进行测量的情况下，进行出现晶须的电化学评测；以及在加速或不加速的老化情况下，对于在较长时间之后可能出现的任何晶须，通过定期地观测光学检验孔对相同样品连续进行评测。
根据本发明，能以不同的方式产生测试基板，该测试基板可以用于与通过光学观测的评测相关的阻抗测量的评测或者用于仅通过光学测量的评测。
因此，优选地但非排它地，测试基板由例如铜板的纯金属板，或者例如黄铜或青铜的金属合金板组成，上述板在沉积待评测沉积物之前覆盖有或没有覆盖中间金属沉积物。也可以考虑使用不含铜的基板，例如钢或软铁。
在评测通过电沉积沉积的金属沉积物的情况下，测试基板的板具有导电表面，而且如上所述，优选由金属或者金属合金制成，但是该测试基板也可由覆盖有中间导电层的绝缘材料板组成。在后一种情况下，例如，该基板可由用玻璃纤维增强的环氧树脂层叠板组成，对其表面首先沉积铜的化学沉积物，然后也沉积铜的电化学沉积物，自然地待测的沉积物在后面的过程沉积。
另一方面，在评测通过另一种手段、例如通过浸入沉积金属沉积物的情况下，可以使用绝缘板。
从以下参考附图提供的说明中，将显露出本发明的其它不同特征，所述附图示出能够用于实施根据本发明的评测方法的不同装置或基板。


—图1为适用于执行一种或其它根据本发明用于评测出现晶须风险的方法的基板的正视图。
—图2为根据本发明用于测量金属沉积物的电化学阻抗的装置的示意图。
—图3至图6为概括了沉积于根据图1的不同测试基板的金属沉积物所测得的电化学阻抗值随时间变化的坐标图。
—图7至图9为概括了对于不同的金属沉积物通过相减来比较每个沉积物在进行任何热处理之前测得的电化学阻抗值与同一沉积物在进行消化或中和处理之后测得的电化学阻抗值、即所谓的参考值的坐标图。
—图10为对于不同的金属沉积物通过相减来比较每个沉积物在50℃下进行三小时烘箱处理之后测得的电化学阻抗值与同一沉积物在进行消化或中和处理之后测得的电化学阻抗值、即所谓的参考值的概括坐标图。
具体实施例方式
如图1所示，根据本发明的测试基板作为一个整体由标号1表示，其包括或多或少为矩形的平板2。根据图示的实例，板2包括夹在两个用玻璃纤维增强的环氧树脂片之间的增强金属片，其中在板2的两个较大面上具有通过化学手段沉积的铜沉积物，其覆盖有通过电沉积沉积的铜修正层。以优选但非排它的方式，板2可选择具有介于1.5mm与3mm之间的厚度。
为了通过测量电化学阻抗来执行评测出现晶须风险的方法，板2包括坚固区3，该坚固区3允许应用电化学测量单元，在下文将进行说明。
此外，为了通过光学观测来执行评测出现晶须风险的方法，板2也包括具有一系列通孔5的穿孔区4。根据图示的实例，孔5为直径介于0.3mm与1.2mm之间的圆形，并且布置成网格图案。当然，可同样采用排列成不同图案的其它形状的孔。根据图示的实例，应认为穿孔区4具有十二个直径为0.3mm的孔，二十四个直径为0.8mm的孔，三十个直径为1mm的孔，以及二十四个直径为1.2mm的孔，构成总共九十个孔5。
然后，在这样产生的测试基板的所有表面上，也就是说不只是其两个较大面，还有孔5的内表面的至少一部分，沉积待评测的金属或金属合金。该沉积可以任何适当的方式进行。
在测试中，考虑到验证本发明用于评测出现晶须风险的方法，通过电化学手段、使用具有不同配方的镀液(bath)在如上所述的基板1上沉积五种纯锡沉积物。
通常，每个锡沉积物被放入在盛有1.75升镀液材料的2升矩形电解槽中，在槽中两个矩形锡阳极相对且平行地放置，同时由将要被覆盖的基板1形成的阴极放置在两个阳极之间并与两个阳极等距。然后，为了在测试基板1上获得1.5±0.5gm的锡厚度，而选择施加至阴极的电流密度。当已经放置沉积物时，在低于30℃的温度下使用热空气干燥已覆盖的基板。
在验证测试的情况下，根据电解镀液配方沉积两种纯光泽锡，该电解镀液配方包括以200g/l甲基磺酸锡的形式引入的10g/l锡金属、150ml/l的70％甲烷磺酸以及添加剂，以获得光泽锡的沉积物。所述添加剂包括一种或多种诸如烯化(alkylene)或聚烯化(polyalkylene)的氧化化合物等表面活性剂以及一种或多种诸如乙醛或丙酮等有机增亮产品。
为了进行试验，七种金属沉积物用于测试，参照图3至图6以如下方式提及上述金属沉积物。
锡A，锡A测试2，锡A10μm，即厚度为10μm而不是1.5μm的沉积物，锡AAN，对应于退火型、即已消化或者中和的锡A的沉积物，锡B，锡B测试2。
通过如图2示出的装置，进行覆盖有金属沉积物并需要评测的每个基板的电化学阻抗的测量。用于测量电化学阻抗的这种装置作为一个整体由标号10表示，其包括由容器12构成的测量单元11，该容器12具有靠在基板1的区域3上的开口13。从而，容器12的开口13具有以重复方式限定待测的沉积区域的优点，该沉积区域的电化学阻抗将被测量。根据图示的实例，开口13沿侧面放置，并且沿垂直方向取向。然而，根据本发明，也可以使用开口位于容器底部且沿水平方向取向的测量单元。
在将基板1定位在开口13处之后，选取与待测的金属沉积物不会发生化学反应的电解溶液填充容器12。
在进行测试的情况下，为了验证提出的方法，使用具有以下配方的基本缓冲溶液作为电解液—由Chimie Plus生产的四硼酸，H3BO3，浓度为6.18g/l，—由Chimie Plus生产的硼酸钠十水合物，Na2B4O7、10H2O，浓度为9.55g/l，—以及使用的溶剂为去离子水。
当然，这里的上述配方为电解液的非排它性实例，同样可以适当地使用电解液的其它配方，其优选为缓冲型。
在环境温度下将体积为75ml±5ml的电解液14倒入容器12中。
然后引入电解液14中的是3M氯化钾溶液中的Ag/AgCI电极15，其中Ag饱和，例如由Radiometer Analytical公司出售的标号为XR300(under thereference XR300)的电极。
转盘电极16也被放置在电解液14中，例如由Radiometer Analytical公司出售的标号为EDI101(under the reference EDI101)的电极，然后将转盘电极16设置为在测量期间进行连续搅拌。当然，可以使用任何其它搅拌方法，只要不影响测量质量即可。
最终放置在容器12和电解液14中的是辅助铂电极17，例如由RadiometerAnalytical公司出售的标号为XM 110的电极。
当然，同样可以适当地使用其它类型的电化学测试设备。
由覆盖有金属沉积物的基板1的表面构成的且封闭开口13的工作电极以及辅助电极17和参考电极15通过线(line)20、21、22连接至阻抗测量装置，例如由Radiometer Analytical出售的Voltalab PST050稳压器。
对锡A、锡B、锡B测试2和锡A测试10微米样品的测量是通过如下方式进行的。
在沉积金属沉积物并干燥之后，优选但非排它的，在从电沉积处理结束起的120分钟的时段内测量每个金属沉积物的电化学阻抗。根据图示的实例，选择以给定频率测量这一电阻抗，该频率介于1Hz与10Hz之间，或者其以10为底的对数介于0.25与0.75之间，优选为0.5。然而，在给定频率范围上的电化学阻抗的平均值可考虑使用甚或是决定使用不同的频率值，该频率范围为例如介于10mHz与100kHz之间。
在进行上述第一次测量之后，将样品放置在50℃±0.5温度下干燥气氛中的烘箱中保持60分钟。在这60分钟结束后，使用与第一次测量所采用的完全相同的方法再次测量样品的电化学阻抗。
图3中的坐标图示出对样品锡A、锡B、锡A AN、锡B测试2以及锡A10μm这样测得的值，其中使用测得的电化学阻抗的倒数表示。对于样品锡A和锡B，也示出在超过60分钟之后电化学阻抗的倒数随时间的变化。
图4示出与图3相同的样品的电化学阻抗随时间的变化。
实际上，在本发明的意义上，为了评测晶须出现的风险，使用电化学阻抗和电化学阻抗的倒数没有区别.
对于锡A退火样品，应提到的是在沉积金属沉积物之后，在150℃±0.5℃的温度下干燥气氛中的烘箱中开始对金属沉积物进行1小时的热中和或者退火处理，也称为消化。实际上，目前认可的是，已经经过这种热处理的这些纯锡金属沉积物产生晶须的风险非常低。一旦完成热消化处理，就将样品恢复至环境温度，以进行第一次测量，如前面所述。然后，将样品放置在50℃±0.5温度下干燥气氛中的烘箱中保持60分钟，接着进行第二次测量，也如前面所述。这两次测量的结果在图3和图4的坐标图中示出。
另外，发明人成功指出第一次和第二测量之间电化学阻抗变化很高，对应于出现晶须的风险指数高。因此，将锡A样品确定为出现晶须的风险指数非常高或特别高，并且通过也沉积金属沉积物的一系列孔对样品的区域4进行的光学测试表明在14小时的时间内在这些孔中的至少一个孔中出现晶须。应注意在不进行热处理并保持在环境温度下时，在十五天的时间内出现晶须。
另一方面，假定坐标图的小斜坡代表测试间隔开始与结束之间的电化学阻抗的倒数，则样品锡B测试2确定为出现晶须的风险指数较低，而锡A AN或者锡A退火样品确定为出现晶须的风险指数较低。在光学评测的情况下也证实了该评测结果，在50℃±0.5℃的温度下保持时间超过1600小时之后在每个样品的区域4的任何孔中没有出现晶须。
在长度可变的给定时间间隔上，利用确定待评测沉积物的电化学阻抗的变化来评测出现晶须风险的方法可单独使用，也可与通过光学观测评测出现晶须风险的方法组合使用。因此，对于样品锡A、锡A测试2、锡A 10μm、锡B测试2和锡A AN，图5和图6的坐标图表示首先，在60分钟的测试间隔中，图5的电化学阻抗的倒数变化或者图6的电化学阻抗的变化；其次，在基板的至少一个孔5中出现晶须的时间。
在证明沉积物的电化学阻抗值与出现晶须的风险之间的关系时，发明人发展了另一种使用本发明的电化学阻抗测量的方式，以评测出现晶须的风险。根据该另一种方法的实施，首先，使用先前描述的方法对待测沉积物的电化学阻抗Z0进行第一次测量。第一次测量Z0是在环境温度以及3Hz的频率下进行的，而且待测沉积物没有经过热处理。接着，对待测沉积物进行先前描述的中和或消化处理，即在150℃的温度下在干燥气氛中进行时间为1小时的退火。在冷却之后，对待测沉积物的电化学阻抗Z(1h00，150℃)进行第二次测量。该第二次测量Z(1h00，150℃)是在与第一次测量相同的条件下进行的。然后，将第一次测量值与第二次测量值进行比较，该第二次测量值对应于参考值。这里，该比较是通过相减进行的，并且Z(1h00，150℃)-Z0的平均值被记录在图7中，其示出样品锡A、锡A10μm、锡B和锡B10μm的比较结果的坐标图。该图表明差最大的样品是出现晶须的风险最高的样品。因此，那些差大于3250ohm/cm2的样品出现晶须的风险指数高。
图8示出样品锡A和锡B以及锡铅合金沉积物样品的差Z(1h00，150℃)-Z0的平均值的坐标图，该锡铅合金由重量百分比为90％的锡A和10％的铅构成。应注意该合金的差Z(1h00，150℃)-Z0的平均值小于3250ohm/cm2，从而根据本发明，可认为该合金出现晶须的风险低。这实际上符合已知的、即已普遍接受的观点，减少铅的存或消除出现晶须的风险。
图9示出样品锡A和锡B的差Z(1h00，150℃)-Z0的平均值的坐标图，首先对先前所述的基板执行测量，其次对由Olin Corporation，501 Merritt Seven，Norwalk，CT 06856-4500 USA出售的标号为Olin C151的基板执行测量。
应注意根据本发明，第一次测量也可以在对待测沉积物进行热处理之后执行。因此，图10示出与图7相同的沉积物的坐标图，并且第一次测量Z(3h00/50℃)是在50℃的温度下在干燥气氛中对待测沉积物进行时间为3小时的热处理之后进行的。从而，在图10中示出差Z(1h00，150℃)-Z(3h00/50℃)的平均值。这里，同样，差最大的那些沉积物是出现晶须的风险最高的沉积物。
此外，无论是单独使用，还是组合使用，这些根据本发明的评测方法可应用于不同的确定方法中。
因此，这些方法可用于例如比较分析。
例如，可以使用这些方法来比较不同样品与参考样品的电化学阻抗的变化。由于样品电化学阻抗变化的函数与在相同的测试时间间隔中参考样品的电化学阻抗变化有关。那么对于与参考样品相比的样品而言，可以认为电化学阻抗值的变化远远大于参考样品的电化学阻抗变化的样品可视为出现晶须的风险指数高，例如参考样品可视为代表出现晶须的风险非常低。当然，测量参考样品和待比较样品的过程相同。
在另一种方法的实施中，通过确定纯金属或者金属合金的金属沉积物的电化学阻抗变化来评测出现晶须风险的方法也可以用于分析电解镀液和相关的电沉积方式随时间的变化，以用于评测金属沉积物。因此，在开始使用电解镀液时，然后在固定间隔之后，将参考沉积物沉积于将要评测出现晶须风险的控制沉积物。因此，对于相同长度的测试间隔，控制沉积物的电化学阻抗比参考沉积物的电化学阻抗改变得更多，可以认为电解镀液的变化引起出现晶须的风险高，或者至少在产生电解沉积物时，不再提供与初始沉积物相同的保证。
最终，通过确定沉积物的电化学阻抗的变化来确定出现晶须风险的方法可用于确定电化学阻抗变化的本质，其中，例如可以认为当经过测试间隔沉积物的电化学阻抗的倒数变化的绝对值减小一定值时，该值大于2×10-5，那么沉积物出现晶须的风险高。
此外，本发明的不同方法可单独使用或者组合使用，首先确定或者预选出现晶须风险较低的镀液和电沉积方法，然后在制造期间监控这些电沉积方法和电解镀液的使用。
当然，在不脱离本发明范围的情况下，可以对本发明进行各种其它修改。
权利要求
1.一种测评基板上的金属沉积物表面出现晶须风险的方法，其中该金属沉积物为纯金属或者合金沉积物，该方法是测量该金属沉积物的电化学阻抗。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少包括测量沉积物电化学阻抗的步骤以及将测量步骤中所获得的值与参考值进行比较的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，至少包括-测量该沉积物的电化学阻抗的第一步骤，-测量该沉积物的电化学阻抗的第二步骤，该第二步骤发生在给定的、称为测试间隔的时间间隔之后，以及比较步骤，在该步骤中将第二测量步骤所获得的值作为参考值，确定该沉积物的电化学阻抗在经过测试间隔之后的变化。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于采用该沉积物的电化学阻抗的倒数值来确定该沉积物的电化学阻抗的变化。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，至少在该测试间隔的开始和结束测量的沉积物的电化学阻抗值的倒数绝对值，其减小量大于2×10-5时，确定为测试的沉积物出现晶须的风险指数较高。
6.根据权利要求3至5之一所述的方法，其特征在于，包括在该测试间隔期间对待测沉积物的热处理步骤。
7.根据权利要求6所述的过程，其特征在于，包括在高于45℃的温度下对待测沉积物的烘箱处理步骤。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，包括在介于50℃与150℃之间的温度下对待测沉积物的烘箱处理的步骤。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，包括在不低于150℃的温度下对待测沉积物的烘箱处理的步骤，以消化(中和)该沉积物。
10.根据权利要求6至9之一所述的方法，其特征在于，包括以下连续步骤-选择持续介于20分钟与120分钟之间的测试间隔，-在热处理之前，测量待测沉积物的电化学阻抗，-在测试间隔期间，烘箱处理待测沉积物，-在热处理之后，测量待测沉积物的电化学阻抗，-计算在热处理之前进行的测量与热处理之后进行的测量之间的待测沉积物的电化学阻抗的倒数的相对变化。
11.根据权利要求3至10之一所述的方法，其特征在于，包括-将参考金属沉积物沉积于基板，并在进行或不进行热处理的情况下，确定在经过测试间隔之后该参考金属沉积物的电化学阻抗的变化的步骤，-将待测金属沉积物沉积于与该参考沉积物的基板具有相同性质的基板，并确定在经过与该参考沉积物相同的测试间隔之后该金属沉积物的电化学阻抗的变化的步骤，以及-比较该参考沉积物与该待测沉积物的电化学阻抗的变化值。
12.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将消化后的参考沉积物的电化学阻抗值或消化后的待测沉积物的电化学阻抗值确定为参考值。
13.根据权利要求2或12所述的方法，其特征在于，该测量步骤是在待测沉积物的热处理之后进行的。
14.根据权利要求1至13之一所述的方法，其特征在于，包括通过施加正弦电位差来测量待测沉积物的电化学阻抗的步骤，该正弦电位差的频率介于10mHz与100kHz之间，优选1Hz与10Hz之间。
15.根据权利要求1至14之一所述的方法，其特征在于，包括-具有一系列孔(5)的基板(2)，-以及在上述孔处观测任何晶须的出现。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于使用具有坚固区(3)和穿孔区(4)的基板，该坚固区用于进行电化学阻抗测量，该穿孔区包括一系列观测任何晶须出现的孔(5)。
17.根据权利要求5或16所述的方法，其特征在于，所述孔的直径介于0.3与1.2mm之间。
18.根据权利要求15至17之一的方法，其特征在于，该基板包括至少50个孔。
19.一种测评电解镀液和电沉积方式的方法，其中通过电解镀液和电沉积方式的结合使金属或合金的沉积物沉积于基板上，通过所述镀液的所述电沉积方式来确定在沉积物表面出现晶须的风险，其特征在于，包括以下步骤通过待测评的电解镀液和电沉积方式将金属或焊接合金的沉积物沉积于基板上，以及通过权利要求1至18所述的测评方法之一，测评该沉积物表面出现晶须的风险。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，金属或合金的沉积物的电化学阻抗值被用来作为参考值，其中，该金属或合金的沉积物为初始沉积物，该初始沉积物是在上述电解镀液未被使用之前，采用电沉积方式由该电解镀液产生的。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，采用消化后的初始沉积物的电化学阻抗值作为参考值。
22.根据权利要求19至21之一所述的方法，其特征在于，采用导电材料板作为基板。
23.根据权利要求19至22之一所述的方法，其特征在于，在电沉积处理之后的120分钟时间内，通过根据权利要求1至18所述的方法之一，对沉积于基板上的沉积物进行测评。
24.一种用于权利要求1至18所述的方法之一的基板，其特征在于，包括板(2)，该板首先具有坚固区(3)，其次具有穿孔区(4)，该坚固区用于进行电化学阻抗的测量，该穿孔区包括一系列孔(5)。
25.根据权利要求24所述的基板，其特征在于，所述孔(5)的直径介于0.3mm与1.2mm之间。
26.根据权利要求24或25所述的基板，其特征在于，该穿孔区(4)的孔(5)的数量超过50个。
27.根据权利要去24至26之一所述的基板，其特征在于，至少该基板的表面为导电的。
全文摘要
本发明涉及一种评测基板上的金属沉积物表面出现晶须风险的方法，其中该金属沉积物为纯金属沉积物或者合金沉积物，该方法是测量该金属沉积物的电化学阻抗。
文档编号C25D21/00GK1965227SQ200580011226
公开日2007年5月16日 申请日期2005年4月14日 优先权日2004年4月15日
发明者大卫·芒雄, 斯蒂文·梅纳尔 申请人:微脉冲电镀概念公司