Электролит для осаждения покрытий из сплава олово-кадмий

 

А.К.Кривцов, В.А. Хамаев, Л.А. Павельева, Г. -И. Грязи<>ва и Ю.В, Карабинов (72) Авторы изобретения

II

Ивановский химико-технологический инстн 1 ут-— (7l) Заявитель

54 ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ HGKPbfXMA

ИЗ СПЛАВА ОЛОВО-КАЦИИЙ

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 нроизводства гибридных интегральных микросхем требуется сплав с низкой температурой плавления и малым

10 температурным интервалом кристаллизации. Этим требованиям отвечает сплав олово-кадмий с составом близким к эвтектическому, т.е. содержание кадмия

15 должно составлять 35Х. Температура плавления эвтектнческого сплава равна 173оС. 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 соединений с температурой плавления ниже температуры пайки.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является электролит для осаждения покрытий из сплава оловокадмий (25X снова), содержащий хлориды алова. и кадмия, фторнд аммония, клей и органическую добавку, напри» мер фенол Я.

Однако уже на второй день иэ электролита начинает выпадать осадок адсорбирующнй коллоидные добавки. Содержание олова в покрытии после суточного хранения раствора в темноте уменьшилось íà 20Х. Работа ванны нарушается в связи с уменьшением концентрации олова и клея. Кроме того, частицы осадка включаются в покрытие, прида"., вая ему шероховатость. Таким образом, хлорид-фторид1в1й электролит в исходном составе не стабилен и не позволяет получать осадки сплава эвтекти-.ческого состава, при этом температура плавления сплава составляет 262 С.

865996

30

50

Цель изобретения — обеспечение способности покрытий к пайке за счет получения сплава эвтектического состава и повышение стабильности электролита. 5

Поставленная цель достигается тем, что электролит, содержащий хлоркды олова и кадмия, фторид аммония, клей и органическую добавку, в качестве органической добавки содержит 10 фенидон (1-фенилпиразолидон) при следующем соотношении компонентов, г/л:

Хлорид олова 30-35

Хлорид кадмия. 10-15

Фторид аммония 45-55

Клей 1-2

Фенидон 1-3

Процесс осаждения рекомендуют проводить при рН 3-5, температуре 20-25 С 20 и плотности тока 1-5 A/дм с использованием анодов из сплава олово-кадмий эвтектического состава.

Для приготовления электролита используют хлорид олова марки ч 25

ГОСТ 36-68, хлорид кадмия марки чда

ГО1 Т 4330-50 фтористый аммоний марки 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 соляной кислотой, затем вводят соль кадмия

35 и фтористый аммоний, После просветления электролита добавляют фенидон.

Навеску клея предварительно растворяют на водяной бане и вводят в последнюю очередь.

Хлориды олова и кадмия являются источниками ионов разряжающихся на катоде. Комплексообразователь (фтористый аммоний) сближает потенциалы выделения металлов. При введении в электролит клея структура сплава становится мельче и образование дендритов сводится к минимуму, вследствие избирательной адсорбции клея на наи-, более развитых элементах растущих кристаллов. Фенидон своеобразно влияет на адсорбптго коллоидов, а сам ведет себя как 1АВ, не вступая в какуюлибо связь г ионами Sn и не оказывая влияния на потенциал их разряда.

Присутствие 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 мелкокрйсталлические, дендритов нет. Фенол фактически не облада-. ет стабилизирующим действием. После недельного хранения раствора в темно" те 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 а электролите, увеличивается содержание кадмия в покрытии, а следовательно не получается сплав эвтектического состава, увеличение же содержания хлорида олова приводит к ухудшению качества покрытий.

Указанное содержание хлорида кадмия способствует получению сплава эвтектического состава.

При концентрации фторида аммония ниже 45 г/л происходит быстрщЪ выход электролита из строя и ухудшение качества покрытия, так как не все олово связано в комплекс, верхний предел концентрации фторида аммония ограничен его растворимостью в электролите.

При концентрации клея ниже 1 r/ë ухудшается качество покрытий — растут дендриты, выше 2 г/л наблюдается его включение в покрытие.

При концентрации фенндона менее

1 г/л, электролит теряет устойчивость увеличение его концентрации более

3 г/л не усиливает стабилизирующего действия, а качество осадка заметно не улучшается.

При рН электролита меньше 2 резко ухудшается качество покрытия (осадки темные, рыхлые с дендрнтами), при рН больше 5 происходит защелачивание

865996

Хлорид олова

Хлорид кадмия

32,5

15

Фторид аммония

1,5

Фенидон рН

25

Формула изобретения 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, Состав электролита, г/л

Температура, оС

Плотность тока, А/дм

Температура плавления, С

Содержание кадмия в сплаве, .Х

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 повышает надежность микроэлектроники со специальными свойствами.

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

Электролит для осаждения покрытий из сплава олово-кадмий. содержащий

С увеличением температуры электролита выше 25 С уменьшается толщина покрытия, использование температуры ниже 20 С усложняет устройство ванны.

Изобретение, иллюстрируется несколькими примерами, представленными в таблице.

45 55 47,5

1 5 3

175 175 175

35 35 35

В течение месяца олово в осадок не выпа- дает 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 повышения стабильности электролита, в качестве органической добавки он содержит фенидон (1-фенилпираэолидон) нри следующем соотношении компонен4> тов, г/л:

Хлорид олова 30-35

Хлорид кадмия 10-15

Фторид аммония 45-55

Клей I-2

50 Фенидон 1-3

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Вячеславов П.И. Новые электрохимические покрытия. Лениздат, ss 1972, с.138.

865996

Составитель В. Бобок

Редактор Н. Рогулич Техред И.Асталощ, Корректор М. Коста

Эаказ 8011 43 Тираж 07 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, %-35, Раушская наб., д. 4/S

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4