Электролит для осаждения покрытий из сплава олово-кадмий Советский патент 1981 года по МПК C25D3/60 

- . i. : Изобретение относится к гальваностегии, в частности к электролитическому осаждению покрытий иэ сплава олово-кадмий на печатные платы, и может быть использовано в производстве гибридных интегральных микросхем в качестве припоя. Для производства гибридных интегральных микросхем требуется сплав с низкой температурой плавления и малым температурным интервалом кристаллизации. Этим требованиям отвечает спла олово-кадмий с составом близким к эвтектическому, т.е. содержание кадмия должно составлять 35%. Температура плавления эвтектического сплава равна . Покрытия, сплавом эвтектического состава, имеют следующие преимущества в процессе пайки: точно заданная самая низкая температура плав- ления, низкий температурный интервал кристаллизации, возможность многоступенчатой пайки, невозможность образования соеданений с температурой плавления ниже температуры пайки. Наиболее близким к предпагаемсч4у изобретен) является электролит для осаждения покрытий из сплава оловокадмий (25% олова), содержавшей хлориды йпова и кадмия, фторид аммония, клей и органическую добавку, например фенол Го Однако уже на вторЫ день из электролита начинает выпадать осадок адсорбирующий коллоидные добавки. Содержание олова в покрытии после суточного хранения раствора в темноте уменьшилось на 20%. Работа ванны нарушается в связи с умен1Д1ением концентрации олова и клея. Кроме того, частицы осадка включаются в покрытие, придаг. вая ему шероховатость. Таким образом, хлорид-фторид« 1й электролит в исходном составе не стабилен и не позволяет получать осадки сплава эвтекти-гческого состава, при этом температура плавления сплава составляет . 3 Цель изобретения - обеспечеьгае способности покрытий к пайке за счет получелшя сплава эвтектического сост ва и повышение стабильности электролита. Поставленная цепь достигается тем, что электролит, содержащий хлориды олова и кадмия, фторид.аммония, клей и органическую добавку, в качес ве органической добавки содерясит фенидон (-фенилпиразолидон) при . следующем соотношении компонентов, г/л: Хлорид олова30-35 Хлорид кадмия.10-15 Фторид аммония 45-55 Клей -2 Фенидон1-3 Процесс осаждения рекомендуют про дить при рН 3-5, температуре и плотности тока 1-5 А/дм с использованием анодов из сплава олово-кадмий эвтектического состава, Для приготовления электролита используют хлорид олова lyiapKH ч ГОСТ 36-68, хлорид кадмия марки чда rOQT 4330-50, фтористый аммоний марк осч ТУ 6-09-827-71, фенидон марки ч МРТУ 6-09-5932-69. На чертеже показана графическая зависимость осаждения сплава. Электролит готовят следующим образом. Хлорид олова растворяют в дистиллированной воде, подкисленной соляно кислотой, затем вводят соль кадмия и фтористый аммоний. После просветления электролита добавляют фенидон Навеску клея предварительно растворяют на водяной бане и вводят в последнюю очередь, Хлорида.1 олова и кадмия являются источниками ионов разряжающихся на катоде, Комплексообразователь (фтори тый аммоний) сближает потенциалы выделения металлов. При введении в электролит клея структура сплава ст новится мельче и образование дендри тов сводится к минимуму, вслеяствие избирательной адсорбции клея на наи более развитых элементах растущих кристаллов. Фенидон своеобразно вли ет на адсорбпчо коллоидов, а сам ве дет себя как IAB, не вступая в какую либо связь с ионами Sn , и не оказы вая влияния на потенциал их разряда Присутстви фенидона важно с точки зрения благоприятного влияния его на структуру и качество покрытий. а также на устойчивость электролита и предохранение его от окисления и гидролиза (электролит устойчив не менее трех недель). Устойчивость раствора практически не меняется со временем, электролит прозрачный. Осадки светлые, матовые, плотные мелкокристаллические, дендритов нет. Фенол фактически не обладаг ет стабилизирующим действием. После недельного хранения раствора в темноте олово в покрытии фактически отсутствует, В присутствии гидрохинона стремление ванны к образованию осадков выражено гораздо слабее. Однако качество покрытия в этом случае неудовлетворительно. Уже из свежего электролита по краям наблюдаются дендриты и раствор слегка мутнеет. После десятидневного хранения в электролите выпадает осадок, раствор желтеет. Качество покрытий ухудшается. Выбор оптимальной концентрации электролита и режимов электролиза обусловлен следующим, С уменьшением концентрации хлорида олова Е электролите, увеличивается содержание кадмия в покрытии, а следовательно не получается сплав эвтектического состава, увеличение же содержания улорида олова приводит к ухудшению качества покрытий, Указанное содержание хлорида кадмия способствует получению сплава эвтектического состава. При концентрации фторида аммония ниже 45 г/л происходит быстрьй выход электролита из строя и ухудшение качества покрытия, так как не все олово связано в комплекс, верхний предел кощентрации фторида аммония ограничен его растворимостью в электролите. При концентрации клея ниже 1 г/л ухудшается качество покрытий - растут дендриты, вьше 2 г/д наблюдается его включение в покрытие. При концентрации фенидона менее 1 г/л, электролит теряет устойчивость увеличение его концентрации более 3 г/л не усиливает стабилизирующего действия, а качество осадка заметно не yлyчшaeтdя, При рН электролита меньше 2 резко ухудшается качество покрытия (осадки темные, рыхлые с дендритами), при рН больше 5 происходит защелачивание

электролита, приводящее к потери его устойчивости.

Использование плотности тока меньше 1 А/дм снижает скорость осаждения, больше 5 А/дм состав сплава меняется по сравнению с эвтектическим, ухудшается и качество покрытий.

С увеличением температуры электролита вьше уменьшается толщина покрытия, использование температуры ниже 20°С усложняет устройство ванны.

Изобретение .иллюстрируется несколькими примерами, представленными в таблице.

Состав электролита, г/л Хлорид олова .30

кадмия 0

Фторид аммония

Клей

Фенидон рН

Температура, С Плотность тока, А/дм Температура плавления, С Содержание кадмия в сплаве. Стабильность электролита

Изобретение имеет важное значение применительно к условиям производства гибридНых интегральных микросхем, так как обеспечивает стабильное осаждение легкоплавкого сплава эвтектического состава при хорошем качестве покрытия и позволяет перейти к бесприпойной сборке микросхем, что упрощает технологию и повьпиает надежность микроэлектроники со специальными свойствами ,

Предлагаемый электролит доступен, прост в приготовлении, не требует специальной доработки, долго сохраняет свою работоспособность, а получае я 1е покрытия устойчивы к окислению и имеют хорошее сцепление с основой.

Формула изобретения

Электролит для осаждения покрытий из сплава олово-кадмий, содержащий

32,5

35 15 12,5

55

47,5

2

1,5

3

2

4

5

22

25

3

5

V75

175

35

35

В течение месяца олово в осадок не вьтадает и содержание его в покрытии не меняется

хлориды олова и кадмия фторид аммония, клей и органическую добавку,отличающийся тем, что, с целью обеспечения способности покрытий к пайке за счет получения . сплава эвтектического состава и повьшения стабильности электролита, в качестве органической добавют он (Содержит фенидои (1-фенилпиразолидо Iпри следующем соотношении компонентов, г/л;

Хлорид олова , 30-35 Хлорид кадмия10-15

Фторид аммония45-55

Клей1-2

Фенидон1-3

Источники информации, принятие во внимание при экспертизе 1. Вячеславов П.М. Новые электрохимические покрытия. Лениздат, 1972, с.138.

IS

se

Фенол

Iff

ФекаЗон

2S

20