專利名稱：沉積無鉛錫合金的方法
技術領域：
本發明涉及沉積無鉛錫合金的方法。更具體地說，本發明涉及抗非正常沉積和局部沉積的無鉛錫合金沉積方法。
背景技術：
JP61-194196公開了一種使用有機磺酸槽通過電鍍沉積錫鉛合金的方法。從中可得知，通過電解質組合物的電流的間歇中斷或反向會增強沉積物形成晶須的抵抗性。電流密度是2A/dm2。電流通過電解質組合物的周期部分不長于80秒，最好在20秒到50秒之間。其它周期部分不短于3秒，最好在5秒到20秒之間。
如上文所述，根據已知的電鍍方法，其它周期不短于3秒。如果在沉積錫鉍合金形式的無鉛錫合金時使用這一已知方法，就需要注意以下的不足。
晶須的形成已經成為而且將繼續成為一個越來越嚴重的問題。由一個和另一個周期部分組成的一個周期即一個工作-非工作周期太長，以至于不能有效抑制須狀晶須的形成(一個不足)。局部沉積已經成為而且將繼續成為一個越來越嚴重的問題。當電流中斷時，在陽極和陰極上或陽極和陰極周圍會發生鉍的無電沉積。當鉍無電沉積顯示出高電離傾向時，很難完成均勻的沉積過程(另一個不足)。
雖然不希望受到理論的限制，但晶須的形成被認為是基于枝晶長大。用無間斷電流電鍍的沉積物表面經常發現晶須的形成。晶體的結構、晶體增長的各向異性和陰極表面中的親和力會導致枝晶前體的出現。電鍍電流通過枝晶前體部分，導致在這些部分上產生高密度電流。暴露于高密度的電流下加速了這些部分的沉積，并導致了枝晶長大。眾所周知晶須是短路的主要原因，所以仍然需要一種方法可以沉積無鉛錫合金而不形成晶須，以生產高質量的產品。
陰極表面附近的金屬離子的密度在加速沉積期間降低，形成一個電偶層，導致從陰極表面分離的枝晶前體處的金屬離子密度的增加，導致電鍍沉積物的局部濃縮。

發明內容
本發明的目的在于防止在無鉛錫合金的電鍍沉積物表面形成晶須。因此，本發明的一個目的是提出一種不形成晶須和電鍍沉積物局部濃縮的沉積無鉛錫合金的方法。本發明的特定目的是提出一種在電鍍期間通過抑制電偶層形成而沉積無鉛錫合金的方法。
根據本發明的一個實施例，提供了一種在底基上沉積無鉛錫合金的方法，該方法包括使底基接觸用于沉積無鉛錫合金電解質組合物；在工作周期部分期間使電流沿第一方向周期地通過用于在底基上沉積無鉛錫合金的電解質組合物；和在非工作周期部分期間周期地阻止電流沿第一方向通過電解質組合物。


圖1是執行根據本發明的沉積無鉛錫合金方法的電鍍設備的部分截面圖。
圖2展示了隨著時間的改變表示通過電鍍組合物的電流的大小和方向的指令信號的圖表，展示了本發明的一個實施例。
圖3展示了隨著時間的改變表示通過電鍍組合物的電流的大小和方向的另一指令信號的圖表，展示了本發明的又一個實施例。
圖4是一個包含實驗結果的表格。
圖5繪出了實驗結果。
具體實施例方式
如在本說明書中所使用的，除非特殊說明，否則以下簡寫代表以下意思g＝克；L＝公升；mL＝毫升；℃＝攝氏溫度；A/dm2＝安培每平方分米。術語“沉積”和“電鍍”在說明書中可以互換。所有的數據范圍都包括。
市場上提供的任何類型的電鍍設備都可用來執行根據本發明的沉積無鉛錫合金的方法，而不需任何實質的改變或修改。參照圖1，標號1指示了一個包含用于在底基上沉積無鉛錫合金的電解質組合物2的電鍍槽。陽極3和陰極浸于電解質組合物2中，包括外伸部分5的半導體裝置4連接到陰極上。在這種情況下，外伸部分5作為陰極，且是被電鍍的底基。陽極3和陰極被連接到一個整流器6。響應指令信號(如圖2)，整流器6可以使電流沿一個方向周期地通過陽極3和陰極之間的電解質組合物2，以便在工作周期部分期間在外鉛部分5上沉積無鉛錫合金。當然，在非工作周期部分期間整流器6可以周期地阻止或抑制電流通過。
外伸部分5只是一個待電鍍的底基實例。底基可以是電子元件。電子元件可以是鉛框架、半導體包裝、連接器、接觸件、片形電容器或塑料。合適的塑料包括塑料層壓板，如印刷布線板，特別是包銅印刷布線板。
底基與電解質組合物可以本領域所熟知的任一種方式接觸。
根據本發明的一個實施例，制備烷醇磺酸槽的槽組分作為電鍍錫鉍合金的電解質組合物。電解質組合物包括濃度為200±25g/L的烷醇磺酸、濃度為45±5g/L的錫烷醇磺酸、濃度為1.1±0.6g/L的鉍烷醇磺酸，和PF-05M(化學產品商標名，由ISHIHARA CHEMICAL CO.，LTD提供)。電解質組合物維持在40±5℃。在工作周期部分，用于電鍍的電流密度不大于5A/dm2，優選在4.5A/dm2。根據本發明的一個實施例，具有以上密度的電流在工作周期部分內沿一個方向或第一方向周期地通過電解質組合物，以便在外伸部分上沉積錫鉍合金。為了抑制在陰極表面附近金屬離子密度的降低，通過在非工作周期部分期間周期地中斷通過電解質組合物的電流，從而在非工作周期部分期間周期地阻止電流沿第一方向通過。
參照圖2，工作-非工作周期由工作周期部分和隨后的非工作周期部分組成。頻率范圍從每秒1次到每秒5次。每個工作-非工作周期的非工作周期部分a與開它的工作周期部分b的比率，即a/b比率不小于0.2。為實現在合理的時間周期內進行電鍍，a/b比率優選為0.3。
圖3展示了本發明的另一個實施例。此實施例與以上所描述的實施例基本上相同，除了在非工作周期部分期間周期地阻止電流沿第一方向通過的方式不同。在本實施例中為了更有效地抑制在陰極表面附近金屬離子密度的降低，通過在非工作周期部分期間使電流沿與第一方向相反的第二方向周期地通過電解質組合物，而在非工作周期部分期間周期地阻止沿第一方向的電流。這可以通過在非工作周期部分內周期地建立反向電勢狀態，以便使通過電解質組合物的電流換向來實現。
用上述錫鉍(Sn-Bi)槽測試或評估圖2所示的電流控制過程中的十個樣本或實例。圖4和圖5中是電鍍的結果。
例#1開/關比率＝8/2，即a/b比率是2/8(0.25)；頻率＝每秒1次。電鍍結果非正常沉積的發生率＝0/10(＝0％)。
例#2開/關比率＝7/3，即a/b比率是3/7(0.43)；頻率＝5次每秒。電鍍結果非正常沉積的發生率＝0/10(＝0％)。
例#3開/關比率＝7/3，即a/b比率是3/7(0.43)；頻率＝每秒5次。電鍍結果非正常沉積的發生率＝0/10(＝0％)。
不優選的例#4開/關比率＝7/3，即a/b比率是3/7(0.43)；頻率＝每秒10次。電鍍結果非正常沉積的發生率＝1/10(＝10％)。
不優選的例#5開/關比率＝8/2，即a/b比率是2/8(＝0.25)；頻率＝每秒5次。電鍍結果非正常沉積的發生率＝3/10(＝30％)。
不優選的例#6開/關比率＝8/2，即a/b比率是2/8(＝0.25)；頻率＝每秒5次。電鍍結果非正常沉積的發生率＝3/10(＝30％)。
不優選的例#7開/關比率＝9/1，即a/b比率是1/9(0.11)；頻率＝每秒1次。電鍍結果非正常沉積的發生率＝3/10(＝30％)。
不優選的例#8開/關比率＝9/1，即a/b比率是1/9(0.11)；頻率＝每秒5次。電鍍結果非正常沉積的發生率＝3/10(＝30％)。
不優選的例#9開/關比率＝9/1，即a/b比率是1/9(0.11)；頻率＝每秒10次。電鍍結果非正常沉積的發生率＝2/10(＝20％)。
不優選的例#10開/關比率＝10/0，即a/b比率是0/10(＝0)；頻率＝每秒0次。電鍍結果非正常沉積的發生率＝6/10(＝60％)。
可以應用于本發明的無鉛錫合金不限于上述的錫鉍合金。無鉛錫合金包括從包括銅、銀和鋅的組中選出的第二金屬與錫的組合。
為電鍍錫-銅合金，使用烷醇磺酸槽進行錫-銅(Sn-Cu)電鍍。用于電鍍錫-銅合金的電解質組合物包括烷醇磺酸、錫烷醇磺酸、銅烷醇磺酸，和T-130CU(化學產品商標名，由石狩灣化學有限公司出品)。
為電鍍錫-銀合金，錫-銀(Sn-Ag)電鍍使用烷醇磺酸基的酸槽進行。用于電鍍錫銅合金的電解質組合物包括烷醇磺酸基的酸，錫烷醇磺酸基的酸，銀烷醇磺酸基的酸和HIS-008(化學產品商標名，由ISHIHARA CHEMICAL CO.，LTD生產)。
雖然已詳細描述本發明及其優點，但應該理解的是在不離開本發明的精神和范圍的前提下，可對本發明進行多種變化、替代和改變。
本發明要求于2002年12月25日提交的號為的日本專利申請的優先權，該申請在此被整個并入作為參考。
權利要求
1.一種在底基上沉積無鉛錫合金的方法，它包括使底基接觸用于沉積無鉛錫合金的電解質組合物；在工作周期部分期間使電流沿第一方向周期地通過電解質組合物，以便在底基上沉積無鉛錫合金；和在非工作周期部分期間周期地阻止電流沿第一方向通過電解質組合物。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，底基包括一個半導體裝置的外伸部分。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，周期地阻止包括在非工作周期部分期間周期地中斷提供到電解質組合物的電流。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，周期地阻止包括在非工作周期期間沿與第一方向相反的第二方向周期地使電流通過電解質組合物。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，每個周期的非工作周期部分與工作周期部分的比率不小于0.2。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，周期以從每秒1次到每秒5次范圍內的頻率重復。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，沿第一方向通過的電流的電流密度不大于5A/dm2。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，無鉛錫合金包括從包括鉍、銅、銀和鋅與錫的組中選出的第二金屬與錫的組合。
全文摘要
本發明提供了一種用于在底基上沉積無鉛錫合金的方法。底基包括半導體裝置的外伸部分。底基與用于沉積無鉛錫合金的電解質組合物接觸。在工作周期部分期間，電流沿第一方向周期地通過電解質組合物，以便在底基上沉積無鉛錫合金。在非工作周期部分期間，周期地阻止電流沿第一方向上通過電解質組合物。
文檔編號H01L23/48GK1510174SQ20031011302
公開日2004年7月7日 申請日期2003年12月25日 優先權日2002年12月25日
發明者松田元秋, 伊部雅博, 博 申請人:恩益禧電子股份有限公司