用于镀锡锑的系统和方法
【专利说明】用于镀锡锑的系统和方法
[0001]背景
[0002]本公开内容一般涉及镀金属，具体涉及镀锡。
[0003]向无铅电子设备的过渡导致电子元件供应商将生产线从锡/铅处理剂(finish)转化为无铅处理剂。供应商经常使用纯电镀锡作为无铅处理剂。然而，纯镀锡具有形成锡须的倾向。例如，在一系列环境条件下，锡须已经被发现形成在多种多样的镀锡元件类型上。这些晶须由几乎纯的锡组成，并因此是导电的，并可引起电子设备短路。晶须的生长已经引起和持续引起使用镀锡元件的电子系统的可靠性问题，其包括例如高可靠性系统的制造商和政府用户。而且，锡须引起的商务失败可能花费上百万美元并导致顾客不满。
[0004]引起锡须生长的因素没有被充分理解，尽管电镀中的应力被认为是一个关键因素。已经研宄了电镀工艺参数例如电流密度、温度、衬底制备、衬底材料和电镀液组分的影响。此外，已经探索了镀层厚度、底层、电镀后退火、镀层结构和合金化剂对晶须生长的影响。也已经研宄了锡须的晶体结构。
[0005]因此，关于锡须生长的问题，虽然期望从电子系统中去除纯锡，但是电子元件供应商使用锡的增加和高可靠性系统中使用COTS(商用货架产品)元件的增加使这样的去除难以实施。
[0006]另一个方法包括将所有镀锡元件引线在熔化的锡/铅中浸渍(直至元件主体)。然而，这会损坏元件包装，允许水分侵入包装。此外，浸渍操作是昂贵的。
[0007]因此，控制锡须生长的已知方法难以实施和/或可导致副作用。
[0008]概述
[0009]根据本公开内容的一个方面，提供了电镀方法。该方法包括向镀锡(Sn)溶液掺杂锑(Sb)和使用掺锑的镀锡电镀元件。有利地，掺锑的镀锡包含约1%和约3%之间的锑。有利地，掺锑的镀锡包含约2%和约3%之间的锑。有利地，掺锑的镀锡包含小于约3%的锑。有利地，掺铺的镀锡减少电镀后锡须形成。有利地，掺铺的镀锡包含97.6%的锡和2.4%的铺。
[0010]根据本公开内容的进一步的方面，提供了元件镀锡的方法。该方法包括生产电解液，其通过:在去离子水中溶解硫酸亚锡，过滤硫酸亚锡溶液获得清澈溶液，其在放置后变浑浊，向浑浊溶液搅拌入一定数量的硫酸以提供清澈的溶液，将表面活性剂搅拌进溶液，将甲醛溶液搅拌进溶液，将苄醇搅拌进溶液以获得清澈、无色的溶液，并在水浴中加热溶液至约75°c。该方法还包括:通过在硫酸中伴随加热和搅拌溶解一定量的锑粉制备锑溶液，和向维持在约75°C的电解液中添加一定量的该锑溶液。
[0011 ] 有利地，锑溶液包含三硫酸化二锑。有利地，镀锡锑由包含约I %和约3 %之间的锑的电解液形成。有利地，镀锡锑由包含约2%和约3%之间的锑的电解液形成。有利地，镀锡锑由包含小于约3%的锑的电解液形成。有利地，镀锡锑由包含97.6%的锡和2.4%的锑的电解液形成。有利地，电解液形成的镀锡锑减少了电镀后锡须形成。有利地，该方法包括:在30毫升去离子水中溶解1.50克硫酸亚锡(II) (99.6% )，和通过滤纸过滤获得清澈的溶液，其在放置后变浑浊，向浑浊溶液伴随搅拌添加1.30克浓硫酸(98% )以获得清澈的电解溶液，在电解溶液中伴随搅拌溶解0.0609克表面活性剂，在电解溶液中伴随搅拌溶解0.198克37%的甲醛溶液，和在电解溶液中伴随大力搅拌溶解0.182克苄醇以获得清澈、无色的溶液。
[0012]根据本公开内容的进一步的方面，提供了掺杂约1%和约3%之间的锑(Sb)的镀锡(Sn)。有利地，通过向镀锡(Sn)溶液掺杂锑和用掺锑的镀锡电镀元件形成镀层。有利地，镀层具有97.6%的锡和2.4%的锑。有利地，镀层由电镀浴形成，该电镀浴包括:1.50克硫酸亚锡(II) (99.6%),其溶解在30毫升去离子水中并通过滤纸过滤以获得清澈的溶液，其在放置后变浑浊，1.30克浓硫酸(98% )，其伴随搅拌添加进浑浊溶液以获得清澈的电解溶液，0.0609克表面活性剂，其伴随搅拌溶解在电解溶液中，0.198克37 %的甲醛溶液，其伴随搅拌溶解在电解溶液中，和0.182克苄醇，其伴随大力搅拌溶解在电解溶液中以获得清澈、无色的溶液，以及在水浴中加热溶液至约75°C。有利地，掺杂减少了电镀后的锡须形成。有利地，镀层通过以下形成:在硫酸中伴随加热和搅拌溶解一定量的锑粉制备锑溶液，并向维持在约75°C的电解液中添加一定量的锑溶液。
[0013]讨论的特征、功能和优势可在各种实施方式中独立完成，或可在还其它的实施方式中结合，根据下列说明和附图，可见其进一步细节。
[0014]附图简述
[0015]图1A和IB是由提供镀锡的各种实施方式执行的操作的说明。
[0016]图2是依照各种实施方式的镀层结果的表格。
[0017]图3和4是说明显不晶须和球粒的锻锡的图像。
[0018]图5是依照一个实施方式的不显示晶须或球粒的锡锑镀层的图像。
[0019]图6是说明锡须的图像。
[0020]图7是可在一个实施方式中使用的电镀浴的说明。
[0021]详述
[0022]当与附图结合阅读时，下列某些实施方式的详述将更好理解。应当理解，各种实施方式不限于附图所示的安排和工具。
[0023]如这里使用的，以单数叙述和词“一个(a) ”或“一个(an) ”修饰的元件或步骤应当被理解为不排除复数的所述元件和步骤，除非这样的排除是明确表述的。此外，提及“一个实施方式(one embodiment) ”并非意欲被理解为排除也包含叙述特征的额外实施方式的存在。而且，除非明确相反表述，“包括(comprising) ”或“具有(having) ”具有特定性质的一个元件或几个元件的实施方式可包括不具有那种性质的额外的这样的元件。
[0024]这里描述和/或说明的各种实施方式提供的镀锡系统和方法可用于例如电子设备，并减少或阻止电镀后锡须生长。一些实施方式包括向纯镀锡中添加锑以抑制晶须生长。各种实施方式可用于例如不同应用的电子设备，例如陆地、天空、海洋和太空应用(例如航天或商业电子设备)。例如，一个或多个实施方式可用于医学应用(例如心脏起搏器)、军事应用(例如雷达系统或导弹)、空间应用(例如卫星)或能源应用(例如核能系统)。然而，各种实施方式可用于包括镀锡元件(例如，电气元件如继电器)的其它应用。
[0025]应当注意的是，尽管各种实施方式包括使用具体参数的方法和过程，例如具体的温度、镀层厚度、使用的材料数量、定时以及其它参数，但是这些参数可被改变。
[0026]各种实施方式提供了生产包含锡(Sn)和锑(Sb)的电镀层的方法。例如，这里描述的一些实施方式向锡中掺杂锑，例如将锑放入锡中以减少或阻止锡锑镀层中的晶须形成。在一个实施方式中，电镀层包含的锑可以是1%至3%之间的任何值或值范围。例如，在一个具体的实施方式中，电镀层可包含97.6%的锡和2.4%的锑。在另一个实施方式中，锑含量可以是至多5 %的任何值或值范围。在还另一个的实施方式中，锑含量可在I %以下和5%以上改变。在仍其它的实施方式中，锑含量小于约3%。因此，虽然下面描述了不同的实例，但这些实例是以非限制的为进一步说明各种实施方式目的而呈现。
[0027]各种实施方式提供了如图1A和IB中说明的电镀方法100。电镀方法100可用于向镀锡中掺杂例如约1%至约3%的锑。然而，方法100可被修改为生产含有或多或少锑含量的镀层。此外，方法100可使用所讨论的不同实施方式的结构或方面。在各种实施方式中，某些步骤可省略或增加，某些步骤可结合，某些步骤可同时或并行执行，某些步骤可被分为多个步骤，某些步骤可以不同的顺序执行，或某些步骤或一系列步骤可以重复的方式重新执行。
[0028]在一个实施方式中，方法100提供了用于镀锡的电镀浴，其产生电解液。方法100一般包括在102在去离子水中溶解硫酸亚锡。例如在一个实施方式中，将1.50克硫酸亚锡(II)(例如99.6%，可得自Alfa Aesar)溶解在30毫升去离子水中。在其它实施方式中，硫酸亚锡的数量可增加或减少以具有高于或低于约1.50克的值或值范围，例如I至3克之间。在仍其它的实施方式中，硫酸亚锡具有高至5克的值或值范围。在还其它的实施方式中，可使用低于I克和高于5克的或高或低的量或量范围的硫酸亚锡。此外，去离子水的数量可大于或小于约30毫升。应当注意的是，可使用本领域的任何适当工艺执行硫酸亚锡的溶解。
[0029]方法100还包括在104过滤硫酸亚