Способ золочения металлических изделий Советский патент 1992 года по МПК B22F7/04 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к способам золочения металллических поверхностей деталей радиоэлектронной аппаратуры . (транзисторов, светодиодов, корпусов ИС и т.п.) при получении золоченых зон под монтаж кристалла кремния и разварку проволочных выводов.

Известен метод химической металлизации радиоэлектронных деталей, заключающийся в осаждении золотого покрытия из электролита, включающего соль золота и восстановитель, при скорости процесса, составляющей в зависимости от металла основы и режима

3

процесса 0, мкм/ч и температуре 70-80°С..

Недостатками метода химической металлизации являются низкое качество покрытия, обусловленное трудностью контроля толщины наносимого покрытия вследствие постоянного снижения скорости процесса, большой расход золота вследствие использования растворов одноразового действия и дорогих химикатов.

Известен также способ локального гальванического золочения радиоэлектронных деталей, включающий предварительную подготовку деталей, нанесние на них защитного маскирующего покрытия, помещение в гальваническую ванну с электролитом и последующее удаление маски

К недостаткам метода относятся низкое качество покрытия, обусловленное неравномерностью толщин покрытий, особенно для сложнопрофильньх изделий, и низкой рассеивающей способностью электролита.

Наиболее близким к предлагаемому является способ золочения металлических поверхнодтей преимущественно медьсодержащих сплавов, включающий нанесение золотосодержащей; пасты, состоящей из 60-95 мас.%, неорганической фазы, включающей, масД: мелкодисперсный порошок золота с размером частиц 0,1-5 мкм 65-97, сплав кадмий/сурьма 3-25J медь 0-2 и серебро 0-30 и мас.% органической фазы, последующее вжигание в инертной атмосфере с выдержкой при пиковой температуре 650°С в течение 5 мин с общим временем цикла 5мин..

Недостатки метода - низкое качество покрытия (пористое, хрупкое), обусловленное высокой вязкостью пас указанного состава, что не обеспечивает, в конечном итоге, надежного крепления кристаллов кремния на золотокремниевую эвтектику и снижае выход годных. Кроме того, наличие значительных количеств Cd/Sb приводит к тому, что состав пасты менее способен к образованию эвтектического спая при монтаже кристалла кремния о

Цель изобретения - повышение качества покрытия.

15

72 WO6

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу золочения металлических изделий, включающему 5 смешивание мелкодисперсного порошка золота и нанесение полученной пасты на поверхность изделия и термообработку, в смесь дополнительно вводят порошок стекла при следующем соот- 0 ношении компонентов в смеси, мэс.%:

Мелкодисперсный

порошок золота

Порошок стекла 0,1-3,0

Органическое

связующее20-50

термообработку проводят в две стадии: при 80-200°С в течение 10- 30 мин и при 500-б20°С в течение 5 20 15 мин„

При этом вторую стадию термообработки проводят в восстановительной атмосфере.

Нанесение на металлические изде- 25 лил слоя пасты, содержащей мелкодисперсный порошок золота, порошок стекла и органическое связующее проведение первой стадии термообработки в течение 10-30 мин при 80-200°С и вто- 30 рой стадии термообработки в восстановительной или инертной атмосфере при максимальной температуре 500- 6206С в течение мин, приводят к получению на металлической поверх

ности в зоне монтажа кристалла кремния и на траверсах выводов локального золотого покрытия высокого качества, обеспечивающего качественную посадку кристалла на золотокремние- ВУК эвтектику и разварку проволочных выводов с более высоким выходом годных по сравнению с известным способом.

Паста при указанных соотношениях

компонентов содержит, кроме мелкодисперсного порошка золота, лишь минимально необходимое количество неорганического компонента - порошка

стекла, обеспечивающего смачивание металлической поверхности при расплавлении стекла в процессе второй стадии термообработки и, следовательно улучшение адгезии золотого покрытия к основанию. Органическая фаза пасты, удаляемая в процессе термооб-; работки, обеспечивает нужную консистенцию композиции на стадии нанесения ее на поверхность изделия. При

от, что пр иво- покрытия,

различных комбинациях состава динамическая вязкость пасты должна находиться в пределах 2-7 Па-с, так как в этом случае образуется равномерный слой пасты на изделии, после второй стадии термообработки которого получается золотое покрытие хорошего качества толщиной 3-10 мкм.

При вязкости пасты менее 2 Па с трудно получить отпечаток нужного размера вследствие значительного растекания пасты на поверхности основы при использовании пасты с вязкостью более 7. Па.с образуется плотный печаток, плохо сохнущий дит к снижению качества вспучиванию и отслоению золотого слоя при вжигании.

Первая стадия термообработки пасты при 80-200°С в течение 10-30 ми обеспечивает удаление легколетучих компонентов органической фазы, что приводит к уплотнению слоя пасты Введение первой стадии термообработки пасты позволяет получить в дальнейшем плотное золотое покрытие хорошего качества и с хорошей адгезией к материалу подложки. Проведение термообработки при температуре менее 80°С не позволяет удалить большую часть растворителей, что приводит в дальнейшем к снижению качества золотого покрытия (вздутию). Проведение первой стадии термообработки при температуре, более 200 С вызывает резкое испарение растворителей, входящих в состав пасты, что также приводит к снижению качества покрытия (образованию очень пористого слоя с низкой адгезией к основе).

Проведение второй стадии термообработки при 500-б20°С в течение 5 15 мин обеспечивает удаление органического связующего и спекание частиц золота, приводящее к формированию качественного золотого слоя. При этом происходит расплавление порошка стекла, что способствует равномерном распределению частиц золота в слое, улучшает адгезию к материалу основы и качество покрытия. Проведение термообработки в восстановительной или . инертной атмосфере позволяет избежать окисления материала основы при повышенных температурах, что обеспечивает высокое качество выполнения последующих операций по сборке

15

20

25

. ,

н .

у 50 ..

изделий: облуживонис выводоп, герметизация приборов и др.

Проведение второй стадии термообработки пасты при температуре ниже 500°С не обеспечивает спекания мас- тиц золота, в результате чего образуется рыхлое, губчатое покрытие с низкой адгезией к основе. Повышение Ю температуры термообработки выше 6/0 С приводит к ухудшению качества золотого слоя вследствие .повышенной диффузии материала основы в слой золота, что отрицательно сказывается при последующем монтаже кристаллов кремния.

Пример 1. Готовят золотосодержащую пасту с вязкостью 4,5 Па-с при 20°С, для чего берут 72 мае Л порошка золота, 0,5 масД порошка стекла и 27,5 масД органического связующего состава, масД: этилцел- люлоза 1,3, терпинеол 10,3, дибутил- фталат 75,, канифоль 0,5.

Приготовленную пэсту гомогенизируют, после чего тонким слоем с помощью профилированного инструмента наносят в зону монтажа кристалла кремния для получения отпечатка требуемых размеров, Таким же образом с помощью инструмента пасту наносят на траверсы выводов.

Полученную пасту наносят на ножки Я.53395.002 с покрытием никель- бор, используемые в производстве транзисторов.

Ножки с нанесенной пастой подвергают термообработке, заключающейся в выдержке при 110°С в течение 20 мин. После первой стадии термообработки осуществляют вторую стадию термообработки, для чего ножки пропускают через конвейерную секционную печь с температурой в наиболее горячей зоне 600+10°С и выдержкой в ней в течение 8 мин при общем времени цикла 50 мин.

Вторую стадию термообработки проводят в инертной атмосфере, например, азота. Контроль золотого покрытия осуществляют визуально на наличие вздутий и шелушения, расчетным методом определяют коэффициент, учитывающий пористость. Посадку кристаллов на золотое покрытие проводят на установке Молния. Толщина слоя золота в зоне монтажа составляет 3 6 мкм. Разварку проволочных выводов на золоченые траверсы выводов про30

35

40

45

55

водят методом термокомпрессии на установке НПВ-1А. Контроль собранно ножки проводят, оценивая качество монтажа кристалла, по усилию сдвига кристалла и по прочности крепления проволочных выводов (по нормативу усилие отрыва не менее 3 г). Испытанию подвергалась выборка из 10 изделий Выход годных на стадии сборки ножки составляет 9/,5%- Далее проводят операции герметизации, об- луживания выводов и контроля готовых транзисторов, выход годных приборов составляет 8А%. .

Пример 2. Золочение проводят аналогично примеру 1, при этом вторую стадию термообработки проводят в восстановительной атмосфере, например, водорода при. расходе 200 л/ч в водородной печи .

Выход годных на стадии сборки ноки составляет . Выход годных пборов 92%.

Остальные примеры осуществления способа приведены в таблице.

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с известным повышение качества покрытия (увеличение адгезии по усилию сдвига, кристалла прочности на отрыв проволочных выводов, снижение пористости) , что позволяет увеличить выход годных на стадии сборки ножки

172М 1 08

до 9,5% и на стадии выхода годных приборов до 92%.

Кроме того, при зональном золочении ножки Я 53.395.002 с помощью предлагаемой золотосодержащей пасты расход золота на 1000 ноиек снижается с 26,kk до 1,5 г ( в 18 раз).

10 Формула изобретения

0

1. Способ золочения металлических изделий, включающий смешивание мелкодисперсного порошка золота и органического связующего, нанесение полученной пасты на поверхность изделия и термообработку, отличающийся тем, что, с целью повышения качества покрытия, в смесь дополнительно вводят порошок стекла при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:

Золото.

Стекло . 0,1-3,0

Органическое

связующее 20-50 а термообработку проводят в две стадии: при 80-200°С в течение 10- , 30 мин и при 500-620°С в течениез --. - мин„:

2„ Способ поп.1,отличаю- щ и и с я тем, что вторую стадию термообработки проводят в восстановительной атмосфере.

5

0

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для покрытия деталей радиоэлектронной аппаратуры. Цель - повышение качества покрытия. Смешивают масД мелкодисперсного порошка золота, 20-50 мас.% органического связующего и 0,1-3,0 м ас.% порошка стекла, полученную пасту наносят на поверхность изделия, которое подвергают термообработке в две стадии: при 80-200°С в течение 10-30 мин, при 500-620°С в течение мин. Термообработку на последней стадии можно проводить в восстановительной атмосфере. 1 з.п.ф-лы, 1 таблз (Л К) 44- Јъ О