Электролит для осаждения покрытий из сплава олово-индий

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii 865997

Союз Советсиик

Социапистичесиик

Республик (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Зая влеио 18. 01. 80 (21) 2896104/2202 (51) М. Кл. с присоединением заявки,%— (23) Приоритет

С 25 0 3/60

1Ьеудврстеенньй квинтет

СССР пв двлеи нзобретеннй н открытий

Опубликовано 23. 09 . 81 ° Бюллетень № 35

Дата опубликования описания 25.09 ° 8 (53} У@К621. 357. . 7:669.6> 872 (088.8) А.К. Кривцов, В.А. Камаев„ Г.И. Грязнова, Л.А. Павельева и Ю.В. Карабинов (22) Авторы изобретения

Ивановский химико-технологический "институт

I "" (71) Заявитель

154) ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ИЗ

СПЛАВА ОЛОВО-ИНДИЙ

Изобретение относится к гальваностегин, в частности к электролитическому осаждению покрытий нз сплава оловоиндий на печатные платы,и может быть использовано в производстве гибридных интегральных микросхем в качестве

5 припоя.

Для производства микроэлектроники требуется сплав с температурой плавления 100-126 С, обладающий малым темо, 10 пературным интервалом кристаллизации, Этим требованиям отвечает сплав оловоиндий с составом, близким к эвтектическому, т.е. содержание индия долж-.

1S но составлять 25-40Х температура плавления эвтектики 117 С. Покрытия сплавом эвтектического состава имеет следующие преимущества в процессе пайки: точно заданная, самая низкая температура плавления, возможность многоступенчатой пайки, низкий температурный интервал кристаллизации, невозможность образования соединений с температурой плавления ниже температуры пайки.

Известен борфтористоводородный электролит для осаждения покрытий из сплава олово-индий с содержанием олова 8-18Х используемый в машиностроении для получения антифрикционного и антикоррозионного покрытия на деталях, работающих в минеральных маслах и щелочных средах (13.

Однако для производства гибридных интегральных микросхем этот электролит неподходнт, так как содержание олова в покрытии мало, состав сплава отличен от эвтектического и, следовательнот температура плавления и температурный интервал кристаллизации легкоплавкого покрытия (припоя) че имеет требуемого минимального значения.

Опытным путем установлено, что получить покрытия хорошего качества эвтектинеского состава из названного электролита невозможно. При попытке

86 599 7

25 увеличить содержание олова в покрытии осадки сплава получаются черными, совершенно несцепленными с основой.

Кроме того, отсутствие в электролите поверхностно-активных и стабилизирую— щих добавок делает его неустойчивым по ионам олова.

Иаиболее близ ким к пр едлагаемому изобретению является электролит для осаждения покрытий из сплава оловоиндий (88,17 индия), содержащий перхлораты олова и индия Г21.

Однако при использовании в качестве солей перхлоратов олова и индия наблюдается неустойчивость раствора вследствие гидролиэа. Электролит не содержит добавок и легко поддается окислению. Со временем (через трое суток) в нем выпадает студенистый осадок, что сказывается на содержании металла, который теряется в осадке, При осаждении покрытий образуются дендриты, осадки сплава крупнокристаллические, некомпактные, имеют плохую адгезию к основе. Время электролиза ограничено, получить покрытия удовлетворительного качества, толще

2-3 мкм не удается, На всех указанных режгмах состав сплава отличен от эвтектического, Цель изобретения — обеспечение способности покрытий к пайке за счет получения сплава эвтектического состава и повышение стабильности электролита, Поставленная цель достигается тем, что электролит, содержащий соли олова и индия, дополнительно содер-. жит пептон, а в качестве солей олова и индия — соответственно сульфамат олова и сульфамат индия при следующем соотношении компонентов, г/л:

Сульфамат олова 6-8

Сульфамат индия 120-1 40

Пептон 2-3

Для приг отовления электролита используют индий металлический (чистота 99,9997), олово сернокислое марки чда ТУ-6-09-1502-75, сульфаминовая кислота марки хч ТУ 6-09-2437, серная кислота марки ч ГОСТ 4207-77, нептон ферментативный в порошке.

Электролит готовят следующим образом.

Металлический индий медленно при нагревании растворяют в небольшом количестве разбавленной серной кислоты, раствор сульфамата олова готовят растворением сульфата олова в

t0

55 насыщенном растворе сульфаминовой кислоты. Второй раствор приливают к первому, добавляют пелтон и доводят водой до метки, На дне должны присутствовать избыточные кристаллы сульфаминовой кислоты.

Сульфаматные соли олова и индия являются источниками ионов, разряжающихся на катоде. Раствор сульфаминовой кислоты делается насыщенным с тем, чтобы полностью закомплексовать ионы олова. Кроме того, повышенная концентрация сульфаминовой кислоты препятствует гидролизу сульфаматных солей олова и индия.

Пептон является коллоидной добавкой. Без пептона из этого электролита получаются крупнокристаллические осадки, состоящие практически из одного олова. Одновременно присутствие пептона положительно сказывается на устойчивости электролита — в течение двух недель и больше осадок в электролите не выпадает.

Процесс осаждения рекомендуют проводить при pH=O 3-0,5 комнатной температуре (20-25OC) и плотности тока

1-2 А/дм в течение 30-60 мин с

1 использованием платиновых анодов.

В указанных режимах осаждаются плотные, ровные, светло-серые мелкокристаллнческие покрытия эвтектического состава толщиной 5-8 мкм, хорошо сцепленные с основой, устойчивые к окислению.

При концентрации компонентов электролита ниже или выше указанных пределов качество покрытий ухудшается и со временем в электролите выпадает осадок.

При рН, температуре и плотности тока ниже и выше указанных пределов также ухудшается качество покрытий и стабильность работы ванны, снижаются скорость осаждения и выход по току.

При повышенном, по сравнению с эвтектическим, содержании индия в покрытии растягивается интервал температур между началом и концом кристаллизации, что приводит к ликвидации и неоднородности структуры, увеличивается температура плавления, становится возможным образование соединений с температурой плавления ниже температуры пайки. Все это очень нежелательно для процесса пайки.

Изобретение иллюстрируется несколькими примерами, представленными в таблице.

865997

Примеры

Показатели

120

130

140

Сульфамат индия

Пептон

0,3

2 5

0,4

0,5 рН

Температура, С

Плотность тока, А/дм

25

2,0

60

l9

6-8

6-8

l l9

119

Выход по току,7

Не менее

Не менее

Не менее

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 8011/43 Тираж 707 Подписное

Филиал ППП "Патент,r.ужгород,ул.Проектная,4

Состав электролита, г/л:

Сульфамат олова

Продолжительность, мин

Содержание индия в сплаве,7

Толщина, мкм

Температура плавления сплава, С

Устойчивость электролита, недели

Таким образом, данный электролит позволяет получать покрытия хорошего качества, устойчивые к окислению и имеющие состав, близкий к эвтектическому (необходимый в производстве

ГБИС), в то время как осадки сплава из известного электролита на всех режимах индия содержат гораздо больше, чем делает известный электролит непригодным для покрытия микросхем 35 вследствие возможного местного замыкания выводов на крупнокристаллическом покрытии. Тонкие, некомпактные, покрытые сверху темным налетом покрытия из известного электролита не отве- 40 чают требованиям бесприпойной сборки для производства печатных плат и микросхем.

Существенным преимуществом нового электролита является также его 45 стабильность в работе и устойчивость во времени.

Электролит легко доступен, прост в приготовлении, не требует никакой специальной доработки, позволяет провести отработку технологии бесприпойной сборки применительно к требованиям изготовления гибридных интегральных микросхем. Применение изобретения дОлжно дать эффект в пОВьппении технологичности и надежности иэделий микроэлектроники со снециалыжми свойствами.

Электролит для осаждения покрытий из сплава олово-индий, содержащий соли олова и индия, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью обеспечения способности покрытий к пайке за счет получения сплава эвтектического состава и повышения стабильности электролита, он дополнительно содержит пептон а в качестве солей олова и индия - соответственно сульфамат алова и сульфамат индия при следующем соотношении компонентов,г/л

Сульфамат олова 6-8

Сульфамат индия )120-140

Пептон 2-3

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Авторское свидетельство СССР

Ф 420704, кл. С 25 0 3/56, 1972.

2. Фаличева А.И. и др. Исследование условий совместного электроосаждвния индия и олова из перхлоратных электролитов. Сб. трудов кафедр физической и общей химии Воронежского политехнического института "Физическая химия. неорганических пленок и покрытий". Воронеж, 1973, с.85.