Au-Sn共晶合金无氰共沉积镀液及工艺优化

发布时间：2017-03-20 11:01

  本文关键词：Au-Sn共晶合金无氰共沉积镀液及工艺优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：Au-30 at.%Sn共晶合金具有高强度、优良的润湿性、高热导率、高蠕变抗力和良好的抗热疲劳性能等优点。使其非常适合应用于高可靠性封装中,尤其是大功率LED倒装芯片的封装。相对于非电镀法制备Au-30 at.%Sn共晶合金凸点来说电镀法具有成本低、工艺简单、高度一致等优点。但是环保无氰的Au-30 at.%Sn共晶合金镀液研究困难,尤其是镀液稳定性方面,因此本论文配制了一种稳定良好的镀液,并系统的研究了镀液组成与电镀工艺参数对镀层的影响,优化镀液与工艺获得了Au-30 at.%Sn共晶合金。本论文主要结论如下：(1)由Au(DMH)4-、亚硫酸钠、柠檬酸铵、焦磷酸亚锡、焦磷酸钾以及邻苯二酚配制成的镀液中,Au离子与Sn2+离子得到了充分的络合,镀液配制方法简单,在较高温度施镀仍然保持无色透明,室温下放置近20天仍然无沉淀产生,镀液稳定性良好。(2)在镀液成分中：邻苯二酚浓度对镀层质量有改善作用,对镀层锡含量影响非常大,适宜浓度在0.02 M-0.04 M之间。Sn2+离子浓度对镀层形貌与成分影响都很大,对镀层Sn含量起着至关重要的作用,适宜的Sn2+浓度为0.02 M(与Au离子浓度的比值为2)。亚硫酸钠浓度对镀层形貌与成分基本没有影响,亚硫酸钠浓度大于或等于0.12M(与Au离子的比值大于或等于12)即可。柠檬酸铵浓度对镀层形貌影响较大,对镀层成分基本没有影响,适宜浓度范围在0.20 M-0.24M之间(与Au离子的比值在20-24之间)。焦磷酸根浓度对镀层形貌影响很大,对镀层成分影响较小,适宜的浓度范围在0.24 M-0.32 M之间(与亚Sn离子的比值在6-8之间)。镀液pH值对镀层形貌与成分影响都较小,从镀液稳定性及应用环境考虑适宜取值范围在7-8之间。(3)在电镀工艺参数中：峰值电流密度对镀层形貌影响很大,对镀层成分影响不是很大,适宜的取值范围在10-20mA/cm2之间。导通时间对镀层形貌与成分影响都很大,适宜取值范围在3 ms以内。关断时间对镀层形貌与成分影响也很大,适宜取值范围在3ms及以上。搅拌速度对镀层质量影响较大,搅速过大时还会使镀层内应力增加造成镀层脱落,对镀层成分基本没有影响,适宜的取值范围在250-300 rpm之间。施镀温度对镀层形貌与镀层成分影响都很大,适宜的温度取值在45℃左右。(4)通过正交实验及稳健参数设计实验,优化出峰值电流密度取15 mA/cm2,导通时间取1.5 ms,关断时间取5 ms,邻苯二酚浓度在0.028 M时能够得到镀层致密,表面光亮呈银白色的Au-30 at.%Sn共晶,镀速可达12 μm/h。
【关键词】：Au-30 at.%Sn 无氰共沉积 电镀工艺 正交实验 稳健参数设计
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN405;TQ153.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-23
• 1.1 微电子封装技术简介9
• 1.2 微电子封装中的钎焊技术及钎料9-13
• 1.2.1 微电子封装中的钎焊技术10-11
• 1.2.2 微电子封装中的钎料11-13
• 1.3 LED发展应用及LED封装13-16
• 1.3.1 LED发展应用13-14
• 1.3.2 LED封装14-16
• 1.4 Au-Sn共晶合金微凸点的制备16-22
• 1.4.1 非电镀沉积法制备Au-Sn共晶钎料微凸点16-19
• 1.4.2 电镀沉积法制备Au-Sn共晶钎料微凸点19-22
• 1.5 本论文研究目的与内容22-23
• 2 实验材料与方法23-27
• 2.1 实验材料23-25
• 2.1.1 实验药品23
• 2.1.2 电极材料23-24
• 2.1.3 实验设备24-25
• 2.2 实验方法25-27
• 2.2.1 Au-Sn共沉积无氰镀液的配制25
• 2.2.2 Au-Sn共沉积工艺流程25-26
• 2.2.3 Au-Sn镀层形貌表征与成分检测26-27
• 3 Au-Sn共沉积镀液成分与工艺参数的影响27-54
• 3.1 Au-Sn镀液的配制及工艺参数初步确定27-29
• 3.2 Au-Sn共沉积镀液成分的影响29-41
• 3.2.1 邻苯二酚浓度对Au-Sn镀层形貌与成分的影响29-32
• 3.2.2 亚锡离子浓度对Au-Sn镀层形貌与成分的影响32-33
• 3.2.3 亚硫酸钠浓度对Au-Sn镀层形貌与成分的影响33-36
• 3.2.4 柠檬酸铵浓度对Au-Sn镀层形貌与成分的影响36-37
• 3.2.5 焦磷酸根浓度对Au-Sn镀层形貌与成分的影响37-39
• 3.2.6 镀液pH值对Au-Sn镀层形貌与成分的影响39-41
• 3.3 Au-Sn共沉积脉冲电镀工艺参数的影响41-52
• 3.3.1 脉冲电流峰值电流密度对Au-Sn镀层形貌与成分的影响42-44
• 3.3.2 脉冲电流导通时间对Au-Sn镀层形貌与成分的影响44-46
• 3.3.3 脉冲电流关断时间对Au-Sn镀层形貌与成分的影响46-48
• 3.3.4 搅拌速度对Au-Sn镀层形貌与成分的影响48-50
• 3.3.5 施镀温度对Au-Sn镀层形貌与成分的影响50-52
• 3.4 本章小结52-54
• 4 正交与稳健实验优化获得Au-30 at.%Sn共晶钎料54-66
• 4.1 正交实验54-58
• 4.1.1 正交实验设计54-56
• 4.1.2 正交实验结果56-58
• 4.2 稳健参数设计实验58-65
• 4.2.1 稳健参数设计实验简介58-60
• 4.2.2 稳健参数实验设计60-62
• 4.2.3 稳健参数实验结果62-65
• 4.3 本章小结65-66
• 结论66-68
• 参考文献68-72
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况72-73
• 致谢73-74

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