无氰Au-Sn合金镀液稳定性研究与维护

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sangtian1
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为了提高取光率与散热性能,大功率LED的封装技术一般采取倒装封装结构,而倒装结构中凸点材料决定其封装结构的可靠性。Au-30at.%Sn共晶合金拥有良好的热力学性能和优异的机械性能,适合作为凸点材料。与制备Au-30at.%Sn共晶凸点的传统方法相比,电镀法具有成本低廉、工艺制作简单和凸点尺寸小等优点。但是,无氰金锡合金电镀液的稳定性较差,制约了无氰金锡合金电镀技术在实际中的应用。本论文主要研究了无氰Au-Sn合金镀液的稳定性,分析了镀液不能稳定电镀得到金锡共晶成分的原因,提出了相应的解决办法。主要结果如下:  (1)无氰Au-Sn合金镀液在温度为65℃的电镀过程中,电镀液能够保持澄清,没有沉淀生成,有利于实现高速电镀。在镀液的累计电镀过程中发现,镀层中Sn含量随着电镀时间的积累而逐渐降低。在60min内,能够电镀得到近共晶的Au–Sn共晶合金(28.95~31.53at.%Sn)并且镀层的表面致密平整;80min后,镀层Sn含量偏离Au–Sn共晶成分较大,镀层表面有大颗粒形成。  (2)采用电化学手段研究了邻苯二酚和锡主盐的氧化情况,发现120min内,锡主盐的氧化并不明显,而邻苯二酚氧化明显。邻苯二酚在金锡合金镀液中起到还原剂和光亮剂的作用。在电镀过程中,邻苯二酚由于氧化消耗,使镀液中邻苯二酚的浓度逐渐下降,导致了镀层中Sn含量随电镀时间的延长而不断减少。  (3)无氰Au-Sn合金电镀液每电镀20min后,在镀液中添加0.003mol/L的邻苯二酚能够维护镀液的稳定,并能稳定电镀得到近共晶成分的Au–Sn合金(29.2%~30.67at.%Sn)。抗坏血酸浓度对镀层表面形貌和镀层中Sn含量没有明显的影响,抗坏血酸能够作为还原剂替代邻苯二酚;在新Au-Sn合金镀液中进行累计电镀,发现金锡合金镀层中锡含量变化不明显,不超过1at.%,糖精钠可以作为光亮剂替代邻苯二酚。  (4)新合金镀液中金锡摩尔浓度比以1:3为最佳。糖精钠浓度对镀层表面形貌有较大的影响,当糖精钠浓度为0.01mol/L时,获得的镀层外貌质量最佳;当浓度进一步增加,镀层表面粗糙度增大。峰值电流密度低于10mA/cm2时,峰值电流密度的增加,镀层变得光滑;当峰值电流密度到达10mA/cm2后,峰值电流密度增加,镀层粗糙度增大。峰值电流密度增加的过程中,镀层中锡含量存在一个稳定值,当峰值电流密度小于15mA/cm2时,锡含量随峰值电流密度的增大而增加;当峰值电流密度到达15mA/cm2后,锡含量稳定在14at.%左右,不受峰值电流密度的影响。
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