银和锡合金的电镀浴的制作方法_2

文档序号:9731647阅读:来源:国知局
组成和操作条件。一般来说,锡盐可介于lg/L到100g/L、通常5g/L到SOg/Ι范围 内。当合金富锡时,锡盐通常介于30g/L到100g/L范围内。当锡是两种金属中较少的那种时, 银离子与锡离子的重量比如以上所描述。
[0029] 银和锡合金电镀浴包括具有下式的一或多种化合物:
[0030] X-S-Y(I)
[0031] 其中X和Y可以是被取代或未被取代的酚基、H0-R-或-1?'-5-1?〃-0!1,其条件是当父和 Y相同时其是被取代或未被取代的酚基,否则X和Y不同,并且其中R、R'和R〃相同或不同并且 是具有1到20个碳原子的直链或支链亚烷基。酚上的取代基包括(但不限于)直链或支链 (&-C5)烷基。一般来说此类化合物以0.1g/L到25g/L,通常0.5g/L到10g/L的量包括于浴中。 [0032] 变量X和Y是酚基的化合物的实例是4,4'_硫代二酚和4,4'_硫双(2-甲基-6-第三 丁基酚)。优选地化合物是4,4 硫代二酚。
[0033] 当X和Y不同时化合物优选地具有以下通式:
[0034] H〇-R-S-R,-S-R"-〇H(II)
[0035] 其中R、R'和R 〃相同或不同并且是具有1到20个碳原子、优选的是1到10个碳原子的 直链或支链亚烷基,更优选的是R和R 〃具有2到10个碳原子并且R'具有2个碳原子。此类化合 物称为二羟基双硫化物化合物。优选地二双硫化物化合物在含有酚化合物上包括于合金浴 中。
[0036] 此类二羟基双硫化物化合物的实例是2,4-二硫杂-1,5-戊二醇、2,5-二硫杂-1,6-己^醇、2,6 -二硫杂_1,7-庚 二醇、2,7-二硫杂 _1,8-辛 二醇、2,8-二硫杂_1,9-壬 二醇、2,9-二硫杂-1,10-癸二醇、2,11-二硫杂-1,12-十二烷二醇、5,8-二硫杂-1,12-十二烷二醇、2, 15-二硫杂-1,16-十六烷二醇、2,21-二硫杂-1,22-二十二烷二醇、3,5-二硫杂-1,7-庚二 醇、3,6 -二硫杂 _1,8-辛 二醇、3,8-二硫杂 _1,10_ 癸 ^醇、3,10-二硫杂 _1,8-十 二烧二醇、3, 13-二硫杂-1,15-十五烧 二醇、3,18-二硫杂-1,20-二十烧^醇、4,6 -二硫杂_1,9-壬 二醇、 4,7-二硫杂_1,10_ 癸 ^醇、4,11- 二硫杂_1,14-十四烧 二醇、4,15-二硫杂_1,18-十八烧 _. 醇、4,19-二硫杂-1,22-十 二烧二醇、5,7-二硫杂_1,11_十一烧^醇、5,9 -二硫杂_1,13-十 三烷二醇、5,13-二硫杂-1,17-十七烷二醇、5,17-二硫杂-1,21-二^^一烷二醇和1,8-二甲 基 _3,6-二硫杂_1,8-辛二醇。
[0037] 银和锡合金浴还包括具有下式的巯基四唑化合物:
[0038]
[0039] 其中Μ是氢、NH4、钠或钾,并且Ri是被取代或未被取代的直链或支链(C2-C2Q)烷基, 被取代或未被取代(C 6-C1Q)芳基,优选的是被取代或未被取代的直链或支链(C2-C1Q)烷基和 被取代或未被取代(C 6)芳基,更优选的是被取代或未被取代的直链或支链(C2-C1Q)烷基。取 代基包括(但不限于)烷氧基、苯氧基、卤素、硝基、氨基、取代氨基、磺酸基、氨磺酰基、取代 氨磺酰基、磺酰基苯基、磺酰基-烷基、氟磺酰基、磺酸基氨基苯基、磺酰胺-烷基、羧基、羧酸 酯、脲基氨甲酰基、氨甲酰基-苯基、氨甲酰基烷基、羰基烷基和羰基苯基。优选取代基包括 氨基和取代氨基。巯基四唑的实例是1 - (2-二乙氨基乙基)-5-巯基-1,2,3,4-四唑、1 - (3-脲 基苯基)-5-巯基四唑、1-((3-Ν-乙基乙二酰胺)苯基)-5-巯基四唑、1-(4-乙酰氨基苯基)-5_巯基-四唑和1 - (4-羟基苯基)-5-巯基四唑。一般来说,式(III)巯基四唑化合物以1 g/L到 200g/L、通常5g/L到150g/L的量包括于浴中。
[0040] -或多种式(I)和式(II)的化合物与一或多种式(III)巯基四唑化合物的组合在 存储期间或在电镀期间对合金浴提供稳定性以及在可应用电流密度范围内的稳定的合金 组成,使得硬、光亮、富银的银/锡合金可作为硬金的替代物沉积;或富锡的锡/银合金可被 沉积以提供具有良好形态、减少或不含结节焊料凸点,并且在回焊后减少或没有空隙。另 外,银和锡合金沉积物比银在具有更大的抗蚀性。一般来说,式(III)化合物与式(I)化合物 的重量比是3-300。当式(I)的变量X和Y相同时,式(III)巯基四唑与式(I)化合物的重量比 是25-300,优选的是25-150。当式(II)化合物包括于浴中时,巯基四唑与式(II)化合物的重 量比是3-30,优选的是3-15。
[0041] 可使用任何水溶性酸,其不以其他方式不利地影响浴。合适的酸包括(但不限于) 芳基磺酸、烷磺酸(诸如甲磺酸、乙磺酸和丙磺酸)、芳基磺酸(诸如苯磺酸和甲苯基磺酸)和 无机酸,诸如硫酸、氨基磺酸、盐酸、氢溴酸和氟硼酸。通常,所述酸是烷磺酸和芳基磺酸。尽 管可使用酸的混合物,但典型地使用单酸。酸一般可商购或可通过文献中已知的方法制备。
[0042] 在取决于所需合金组成和操作条件时,在电解质组合物中酸的量可在0.01到 500g/L或诸如10到400g/L或诸如100到300g/L范围内。当银离子和锡离子来自金属卤化物 时,可需要使用相对应的酸。举例而言,当使用氯化锡或氯化银中的一或多者时,可需要使 用盐酸作为酸组分。还可使用酸的混合物。
[0043] 任选地,一或多种抑制剂可包括于浴中。通常其以0.5到15g/L或诸如1到10g/L的 量使用。此类抑制剂包括(但不限于)烷醇胺、聚乙二亚胺和烷氧基化芳香族醇。合适的烷醇 胺包括(但不限于)被取代或未被取代的甲氧基化胺、乙氧基化胺和丙氧基化胺,例如四(2-羟丙基)乙二胺、2-{[2-(二甲基氨基)乙基]-甲基氨基}乙醇、N,N'_双(2-羟基乙基)-乙二 胺、2-(2-氨基乙基胺)-乙醇和其组合。
[0044]合适的聚乙二亚胺包括(但不限于)分子量是800-750,000的被取代或未被取代的 直链或分支链聚乙二亚胺或其混合物。合适的取代基包括例如羧基烷基,例如羧基甲基、羧 基乙基。
[0045] 适用的烷氧基化芳香族醇包括(但不限于)乙氧基化双酚、乙氧基化β萘酚和乙氧 基化壬基酸。
[0046] 任选地,一或多种还原剂可添加至浴中以辅助锡保持可溶性、二价状态。合适的还 原剂包含(但不限于)氢醌、氢醌磺酸、钾盐和羟基化芳香族化合物,诸如间苯二酚和儿茶 酚。当用于组合物中时,此类还原剂以0.01到20g/L或诸如0.1到5g/L的量存在。
[0047] 对于需要良好湿润能力的应用,一或多种表面活性剂可包括于浴中。合适的表面 活性剂为熟习此项技术者已知,并且包括得到具有良好焊接性、良好无光泽或有光泽的修 整面层沉积物(其中所需、令人满意的晶粒细化)的任何表面活性剂,并且在酸性电镀浴中 稳定。优选地,使用起泡表面活性剂。可使用常规量。
[0048]任选地,可包括一或多种光亮剂。此类光亮剂为熟习此项技术者所熟知。合适的光 亮剂包含(但不限于)芳香族醛,诸如氯苯甲醛或其衍生物,诸如亚苄基丙酮。合适的光亮剂 的量为熟习此项技术者已知。
[0049] 其它任选的化合物可添加至浴中以提供进一步的晶粒细化。此类化合物包含(但 不限于):诸如聚乙氧基化胺吉夫胺(JEFFAMINE)T-403或曲拉通(Triton)RW的烷氧基化物 或诸如曲拉通QS-15的硫酸化烷基乙氧基化物和明胶或明胶衍生物。还可包括烷氧基化胺 氧化物。尽管已知各种烷氧基化胺氧化物表面活性剂,但优选地,使用低起泡胺氧化物。此 类优选烷氧基化胺氧化物表面活性剂使用具有#2轴的布洛克菲尔德(Br 〇〇kfield)LVT黏度 计测量的粘度小于5000cps。通常在环境温度下测定此粘度。可使用常规量的此类晶粒细化 剂。通常其以〇. 5g/L到20g/L的量包括于浴中。
[0050] 黄酮化合物还可包括于浴中作为晶粒细化剂。此类黄酮化合物包含(但不限于)五 羟基黄酮、桑色素、白杨素、槲皮素、非瑟酮、杨梅素、芸香苷和栎素。黄酮化合物可以1到 200mg/L、通常10到100mg/L、更通常25到85mg/L的量存在。
[0051] 通常通过向容器中添加一或多种酸、一或多种式(I)、式(II)的化合物和一或多种 式(III)化合物,随后添加一或多种溶液可溶性的银和锡化合物、一或多种任选添加剂和平 衡水制备电镀浴。优选地,在溶液可溶性的银和锡化合物之前,将式(I )、式(II)和式(III) 的化合物添加至容器中。制备水性浴时,可去除不当材料,诸如通过过滤并且接着通常添加 水以调节浴的最终体积。可通过诸如搅动、抽吸或再循环的任何已知方法搅拌浴以提高镀 敷速度。浴是酸性的,pH值小于7,通常小于1,更通常小于或等于1到2。
[0052] 浴适用于多种镀敷法,其中银和锡合金是所需的并且低起泡的。镀敷方法包含(但 不限于)水平或垂直晶片镀敷、机筒镀敷、机架镀敷和高速镀敷,诸如卷轴到卷轴和喷射镀 敷。银和锡合金可通过使衬底与浴接触并且传送电流通过浴以将银和锡合金沉积于衬底上 的步骤沉积于衬底上。可被镀敷的衬底包含(但不限于)铜、铜合金、镍、镍合金、含有黄铜的 材料、电子组件(诸如电连接器)和半导体晶片(诸如硅晶片)。浴可用于诸如电连接器、珠 宝、装饰品的电镀电子组件,和互连凸点镀敷应用。衬底可以此项技术中已知的任何方式与 浴接触。
[0053] 用以镀敷银和锡合金的电流密度取决于特殊的镀敷方法。一般来说,电流密度是 0.05A/dm2或大于0.05A/dm 2或诸如1到25A/dm2。通常较低的电流密度介于0.05A/dm2到10A/ dm2范围内
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