抗磨损和晶须的涂覆系统和方法技术方案

一种有涂层的导电衬底（２６），包括多根密集地间隔开的导线（１０），并且锡晶须可形成短路。衬底（２６）包括引线框、接线脚和电路迹线。导电衬底（２６）具有以距离（１４）隔开的多根导线（１６），距离（１４）能够被锡晶须搭接；覆盖至少一个表面的银或银基合金层（２８）；直接覆盖银层的精细颗粒锡或锡基合金层（３０）。另一种有涂层的导电衬底（２６）比如在接插件中具有特殊性能，其中摩擦磨损产生的碎片氧化而使衬底的电阻率增大。在导电衬底（２６）上沉积隔离层（３２）。随后沉积的层包括沉积在隔离层（３２）上用于和锡形成金属间化合物的牺牲层（３４）、低电阻率氧化物金属层（４０）和锡或锡基合金的最外层（３６）。隔离层（３２）优选为镍或镍基合金，低电阻率氧化物金属层（４０）优选为银或银基合金。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于涂覆导电衬底的系统和方法，特别是涉及用于涂覆导电 衬底的多层系统和方法。
技术介绍
在本专利申请中，用于限定某种合金的"基"是指该合金至少含有重量 百分比为50%的所限定元素，例如，"铜基合金"是指在这种合金中铜的 重量百分比大于50%。在电气与电子工业中，铜和铜基合金(在下文中统 称为铜)被广泛用于制作接线器、电线、印刷电路板、球栅阵列(ball grid arrays)、引线框(leadframe )、多芯片组件等等。虽然铜具有良好的导电 性，但是当铜被暴露在高温、潮湿或化学环境中时，极易被氧化和生锈。铜 的氧化和生锈通常会使铜的接触电阻升高，因此会降低电学器件的性能。另 外，铜的氧化和生锈也会降低焊接可湿性，使焊接过程出现问题。避免或减少铜的氧化和生锈的方法之一是在铜衬底上镀上锡或锡基合 金(以下统称为锡)涂层。这种锡涂层起到防止或减少铜氧化的作用，因此 可以保持铜衬底的电学性能。然而，用锡作为导电衬底的涂层仍然存在很多 问题。在室温下(通常为25。C)，锡涂层和铜衬底会互相扩散而生成铜-锡 金属间化合物(IMC)。这些铜-锡金属间化合物使锡涂层厚度減小，导致 铜衬底接触电阻升高，焊接性降低，并且锡涂层与铜衬底之间的这种扩散的 速度在高温下会更快。示例性的热变化过程包括，在引线接合或封装在聚合物中的过程需要在5250。C持续几秒钟，回流处理需要在300。C持续几秒钟，为了降低摩擦而控 制锡涂层厚度减小，需要在150。C下持续8到168小时。一种用于降低铜-锡金属间化合物形成的效应、并保持低接触电阻的方 法是增加锡涂层的厚度。然而，这种方法不仅会增加部件的成本，也会对功 能造成影响。当在电连接器使用锡涂层时，厚的软锡涂层会使摩擦增大，进 而增大连接器插入时所需要的力，使电连接器的插拔变得困难。对于电子器 件而言，既然其发展趋势是超薄化和超小化，那么厚的锡或锡合金涂层也是 不理想的。另外，在电子器件的导线(lead)上使用锡涂层的情况下，厚的 锡涂层会使导线的共面和粗细的界定出现问题。另 一种降低铜-锡金属间化合物形成的效应的方法是在铜衬底和锡涂层 之间增加过渡隔离层，以阻止铜-锡金属间化合物的形成。例如，美国专利 No. 4,441,118报道了使用镍的含量在15%至30%之间的铜-镍合金衬底，可 以实现铜-锡金属间化合物低速率形成。在另一个实例中，P丄Kay和C.A.Mackay讨论了各种金属作为过渡隔离 层的用途，该文章发表在1979年的"Transactions of the Institute of Metal Finishing"的第51期，169页。文章的一个实施例描述了 一种厚度为1樣吏米 的银隔离层。然而，这个例子被证明是不理想的，因为银过渡隔离层不能够 真正降低铜和锡之间的扩散速度。Schatzberg的美国专利No. 4,756,467公开 了一种可焊接连接器，该连接器包括铜衬底、薄银层、银-锡合金层以及最 外面的锡层。其中，银-锡合金层通过扩散退火形成。Furukawa电气有限公 司的日本专利No. 2670348 (出版号为02-301573 )公开了一种铜衬底，该铜 衬底上涂覆镍或钴的隔离层，隔离层上面是银层，银层上是锡或锡合金的熔 化-固化(melt-solidified )层。本申请人所拥有的、于2004年10月31号递交的序列号为10/930,316 的美国专利申请，是序列号为09/657,794的美国专利申请的延续，该申请公 开了 一种设置在铜衬底和锡涂层之间的薄的抗锈蚀层。所公开的可以作为抗 锈蚀层的金属有锌、铬、铟、磷、锰、硼、铊、4丐、银、金、柏、钇以及这些金属的组合物和合金。本申请人所拥有的Fister等的美国专利No. 5,780,172和5,916,695还公开了其它隔离层。利用锡作为导电衬底的涂层会引起的另外一个问题是锡易于产生摩擦 腐蚀。摩擦腐蚀是接触面的氧化，这种氧化是由两个匹配接触面之间的相对 移动(摩擦)引起的。这种摩擦引起的氧化可能会导致接触电阻的不可接受 的增大。某些金属，比如银，已知具有极好的抗摩擦腐蚀性。然而，由于空 气中存在二氧化硫，银在空气中容易产生锈蚀，在银表面生成银硫化物。这 种锈蚀不仅在审美方面是不可接受的，也可能会降低银的电接触性能。利用锡或者其它金属，比如锌、铟、锑或钙，作为导电衬底的涂层还存 在另一个问题是，锡或者上述的其它金属易于产生晶须。随着锡老化，会形 成晶须，并且在锡或锡/金属间化合物(IMC)的界面上开始产生应力。晶须 形成的另外一个原因是由于电镀过程中产生的内应力。为了释放这些应力， 锡单晶从表面成核，形成晶须。每一个晶须持续生长直到内应力被全部释放掉。晶须可能会引起许多不同的问题，包括缩短相邻电接触表面的距离。减 少晶须生长的通用方式是在锡涂层中增加少量的铅(Pb),形成合金。然而， 考虑到健康和环境的原因，许多工业生产中被要求减少或者禁止使用铅。这样，专利技术一种在摩擦和热暴露后仍然能够保持低的接触电阻和良好的 焊接性的涂覆系统是必要的，同时这种涂覆系统还具备更低的摩擦系数和/ 或减少锡晶须生长的特性。
技术实现思路
依据本专利技术的第一具体实施方式，本专利技术提供一种具有特殊性能的涂覆 的导电衬底，这种衬底具有多个密集地间隔开的部件和易于形成短路的锡晶 须。这种衬底包括引线框、接线脚、在印刷电路板和软电路上的电路迹线 (circuit trace),所述部件包括导线、线^各和电路迹线。这种导电衬底具有 多根以一定距离隔开的导线，这个距离能够被锡晶须搭接，导电衬底还具有覆盖这多根导线中至少 一根的至少 一个表面的银或银基合金层，直接覆盖在所述银层上的精细颗粒锡或锡基合金层。根据本专利技术的第二具体实施方式，本专利技术提供一种一种具有特殊性能的有涂层的导电衬底，这种衬底专门用于摩擦磨损碎片氧化和电阻率增大的地方，比如在接插件中。这种导电衬底上沉积有隔离层，用于阻止衬底向多个后续沉积的层扩散。这些后续沉积的层包括牺牲层，用于和锡生成金属间化合物；沉积在所述牺牲层上、能够生成低电阻率氧化物的金属层(这里称为低电阻率氧化物金属层)；直接沉积在低电阻率氧化物金属层上的锡或锡基合金最外侧。在第二个具体实施方式中，隔离层优选是镍或镍基合金，低电阻率氧化物金属层优选是银或银基合金。当第二个具体实施方式中所述有涂层的衬底被加热时，会生成一种特殊的结构，该结构具有铜或铜合金衬底，由包括铜和锡的金属混合物形成的中介层，以及由包含相和富银相的铜锡金属间化合物的混合物形成的最外层。富银相被认为可以使摩擦磨损碎片氧化而引起电阻率的增大达到最小。在以下的附图和详细说明中给出了本专利技术的 一个或多个具体实施例方式的具体描述。本专利技术的其它特性、目的以及有益效果将在具体描述、附图以及权利要求中给出。附图说明从下面对于本专利技术的详细描述以及附图中，可以对本专利技术有更加全面的了解。在附图中，相同的元件用相同的标号表示，其中，图1为根据本专利技术第一具体实施方式的引线框在封装和涂覆前的俯视平面图2为根据本专利技术第一具体实施方式的图l所示引线框在封装后和涂覆前的侧面平面图3为根据本专利技术第一具体实施方式的图l所示引线框在封装和涂覆后的横截面图4为根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导电元件，包括：　多个以距离（２４）隔开的部件（１０），所述距离（２４）能够被锡晶须搭接；　银或银基合金层（２８），该层覆盖所述多个部件（１０）中的至少一个部件的至少一个表面；　精细颗粒锡或锡基合金层（３０），该层直接 覆盖所述银层（２８）。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯祖凯恩F陈，尼科尔A拉修克，约翰E吉芬，彼得W罗宾逊，埃彼德A卡恩，
申请(专利权)人：奥林公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]