具有富锡沉积层的电子元件和沉积它的方法技术

本发明专利技术涉及在电接头零件上具有富Ｓｎ沉积层的电子元件，其中富Ｓｎ沉积层为由尺寸在垂直于沉积表面的方向上比在平行于沉积表面的方向上小的晶粒构成的细粒状富Ｓｎ沉积层。还涉及镀敷电子元件以便在电接头零件上形成富Ｓｎ沉积层的方法，包括步骤：调整其中包括启动剂和光亮剂的镀锡溶液的组成；使电子元件通过镀锡溶液，以便在电接头零件上形成富Ｓｎ沉积层。与现有技术相比，本发明专利技术能有效地抑制晶须生长，并具有低成本和可靠性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景本专利技术涉及电子元件，尤其涉及在电接头零件上具有富Sn沉积层的电子元件，和沉积它的方法。已知锡为具有优异耐腐蚀性的金属，并可与焊料形成良好的结合，因而可使用具有Sn沉积层的表面形成良好的焊接接头，而且Sn沉积层可为金属或金属合金表面提供优异的耐腐蚀性。因此，Sn或富Sn沉积层广泛用在电器设备或电子元件(例如半导体元件)的制造中。通常，将Sn或富Sn材料沉积在电子元件和衬底(例如电子元件母板)的电接头零件(例如引线)上，以便保持良好的可焊性和互连。但是，众所周知，Sn对晶须生长敏感。这种晶须生长主要由金属间化合物(IMC)如Cu6Sn5在Sn的晶粒边界中的生长引起。图1A为从现有技术中的Sn沉积层获取的切口微观结构照片。如图1A所示，Sn沉积层20被沉积在衬底10上。在Sn沉积层20中，在Sn晶粒40和衬底10之间的边界中形成金属间化合物30。图1B为如图1A所示照片的示意图。金属间化合物30的生长将引起体积变化并因此在Sn沉积层20中引入应力。除此以外，金属间化合物30的不规则生长还在Sn沉积层20中引起局部应力。这种压应力又导致晶须生长。晶须的存在和生长将负面影响电子元件的电学性能，因为如果晶须生长到足够的长度，则在电子元件的端子之间产生低的阻抗，或甚至引起电子元件或电气设备的电路短路和故障。尤其是随着集成电路封装中电子元件的密度不断增加，衬底中不同端子之间的距离和线路的间隔正变得越来越窄，晶须对电子元件电学性能的负面影响正变得更明显。为了抑制晶须的存在或生长，现有技术中采用的另一措施是在衬底和Sn沉积层之间增加阻挡层，如镍层。但是，该措施使电子元件的制造工艺更复杂并增加了它的成本。在用于防止或抑制晶须生长的另一种技术中，对电子元件进行热处理。利用这项技术，Sn沉积层和衬底之间边界中的金属间化合物将在较高温度下类似于体积扩散生长，从而晶须生长得到很大抑制。但是，这种技术的工艺也是复杂的，而-->且热处理有时会给电子元件带来负面影响。此外，有些电子元件不适于进行这种热处理。因此，需要提供一种Sn沉积的方法，其能防止或至少延缓Sn沉积层中的晶须生长。专利技术目的和概述本专利技术的一个目的是提供一种在电接头零件上具有富Sn沉积层的电子元件，其具有稳定的电学性质和低的制造成本。本专利技术的另一个目的是提供一种镀敷如上所述的电子元件以便在电接头零件上形成富Sn沉积层的方法，该方法具有制造工艺简单、可靠性高和成本低的优点。为达到本专利技术的目的，提供在电接头零件上具有富Sn沉积层的电子元件，其中富Sn沉积层为由尺寸在垂直于沉积表面的方向上比在平行于沉积表面的方向上小的晶粒构成的细粒状富Sn沉积层。因此，在本专利技术的解决方案中可看出，细粒状富Sn沉积层被直接沉积在电子元件电接头零件上(从而不需要增加阻挡层或进行随后的热处理)，并控制细粒状富Sn沉积层中的晶粒按如上所述的特定方式分布。按照这种方法，控制沉积层中的晶粒以所需方式排列以防止晶须，并因此优化了金属间化合物的形貌，从而通过简单的方法完全实现了有效防止或延缓晶须生长的目的。优选地，垂直于沉积表面的方向上的晶粒尺寸不超过2μm。优选地，晶粒在平行于沉积表面的方向上基本呈现相同的取向。优选地，晶粒在形状上是不规则的。优选地，富Sn沉积层的厚度为至少2μm。优选地，可在富Sn沉积层上形成一个附加沉积层或多个附加沉积层。优选地，附加沉积层和富Sn沉积层具有不同的晶粒结构。优选地，电接头零件由铜或铜合金制成。例如，零件可为铜或铜合金涂层。根据本专利技术的另一方面，提供一种制造如上所述的电子元件的富Sn沉积层的方法。具体地说，本专利技术提供一种镀敷电子元件以便在电接头零件上形成富Sn沉积层的方法，该方法包括步骤：调整包括启动-->剂(starter additive)和光亮剂的镀锡溶液的组成；使电子元件通过镀锡溶液，以便在电接头零件上形成富Sn沉积层，其中富Sn沉积层为由尺寸在垂直于沉积表面的方向上比在平行于沉积表面的方向上小的晶粒构成的细粒状富Sn沉积层。因此，可看出，通过加入一定量的有机添加剂(至少包括一些启动剂和光亮剂)并合理地控制镀敷过程中的不同参数，本专利技术的新方法可通过简单、可靠和节约成本的方式有效地形成富Sn沉积层。优选地，启动剂包括非离子润湿剂的水溶液，光亮剂选自乙氧基化萘酚磺酸、α-萘酚或α-萘酚磺酸。优选地，启动剂的浓度基本在40-100g/l的范围内，光亮剂的数量基本在3-9ml/l的范围内。优选地，光亮剂的溶剂包括异丙基乙二醇。优选地，镀锡溶液为甲基磺酸基镀锡溶液。优选地，该方法还包括控制镀敷条件的步骤，镀敷条件包括基本在25-30ASD范围内的电流密度和基本在18-45℃范围内的电解槽温度。或者，镀敷条件包括基本在5-25ASD范围内的电流密度和基本在18-35℃范围内的电解槽温度。除此以外，还包括控制镀敷时间使得细粒状富Sn沉积层的厚度为至少2μm的步骤。优选地，该方法还包括在细粒状富Sn沉积层上形成常规富Sn沉积层的步骤。附图简述从结合附图和各种实施方案进行的以下详细描述中将能更清楚本专利技术的上述和其它目的、特征和优点。在图中：图1A和1B显示了从现有技术的Sn沉积层获取的切口微观结构的照片和示意图；图2显示了在根据本专利技术一种实施方案的镀敷过程中使用的自动条带镀敷作业线的示意图；图3显示了规则改性雾锡(规则MMT)、不规则改性雾锡(不规则MMT)和规则雾锡(规则MT)中切口的表面形貌和形态；图4A-9B显示了根据本专利技术的几种实施方案和对比实施例在HTH(高温度和湿度)晶须试验后晶粒结构的照片和示意图；-->图10A和10B显示了本专利技术一种优选实施方案中“半体积扩散”IMC的照片和示意图；图11A和11B显示了本专利技术另一种优选实施方案中“半体积扩散”IMC的照片和示意图。在图中，相同的标记代表相同、类似或相应的特征或功能。专利技术详述为了简明，下文中将通过镀敷雾锡沉积层的例子详细描述本专利技术的方法和产品。但是，这不意味着对本专利技术申请的任何限制。对于本领域技术人员来说，能容易地理解本专利技术不仅可用在雾锡沉积层中，而且可用在其它富Sn沉积层中，如SnCu、SnBi、SnAg沉积层中。本专利技术的优选和对比实施例通过自动条带镀敷作业线或常规Hull电池来制备。自动条带镀敷作业线可在市场上得到，其结构的示意图显示在图2中。具体地说，图2显示了根据本专利技术一种实施方案的镀敷过程中使用的自动条带镀敷作业线200的示意图。自动条带镀敷作业线200包括槽11-15、用于将交流电转变成直流电并输送它到每个槽的整流器21-25、电解槽51、52和用于传送衬底的钢带4。自动条带镀敷作业线200还包括用于从底部喷射镀敷溶液的一些喷嘴31-35。根据本专利技术，在充满镀敷溶液的槽中，金属锡用作阳极，要被镀敷的产品用作阴极。根据典型的例子，要被镀敷的产品为SDIP(收缩双列直插式组件)64/24，SDIP64/24的引线框(L/F)为合金194(一种铜L/F，包括2.4％的Fe、0.03％的P、0.1％的Zn，余量为Cu)。两个电极分别电连接到直流电源的相应负极和正极上。镀敷溶液可为能从市场上得到的甲基磺酸基镀锡溶液，其包括数量为40g/l的甲基磺酸锡和数量为150g/l的甲基磺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在电接头零件上具有富Ｓｎ沉积层的电子元件，其中富Ｓｎ沉积层为由尺寸在垂直于沉积表面的方向上比在平行于沉积表面的方向上小的晶粒构成的细粒状富Ｓｎ沉积层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】CN 2004-7-7 200410063715.81.一种在电接头零件上具有富Sn沉积层的电子元件，其中富Sn沉积层为由尺寸在垂直于沉积表面的方向上比在平行于沉积表面的方向上小的晶粒构成的细粒状富Sn沉积层。2.根据权利要求1的电子元件，其中垂直于沉积表面的方向上的晶粒尺寸不超过2μm。3.根据权利要求1或2的电子元件，其中晶粒在平行于沉积表面的方向上基本呈现相同的取向。4.根据权利要求1或2的电子元件，其中晶粒在形状上是不规则的。5.根据权利要求1或2的电子元件，其中富Sn沉积层的厚度为至少2μm。6.根据权利要求1的电子元件，其中可在富Sn沉积层上形成附加沉积层。7.根据权利要求5的电子元件，其中附加沉积层和富Sn沉积层具有不同的晶粒结构。8.根据权利要求1的电子元件，其中电接头零件由铜或铜合金制成。9.一种镀敷电子元件以便在电接头零件上形成富Sn沉积层的方法，该方法包括步骤：调整包括启动剂和光亮剂的镀锡溶液的组成；使电子元件通过镀锡溶液，以便在电接头零件上形成富Sn沉积层，其中富Sn沉积层为由尺寸在垂直于沉积表面的方向上比在平行于沉积表面的方向上小的晶粒构成的细粒状富S...

【专利技术属性】
技术研发人员：C于，CC陈，P奥伯恩多夫，KC希，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]