一种铜球表面化学镀锡的方法技术

本发明专利技术公开了一种铜球表面化学镀锡的方法，属于材料的制备与连接技术领域。所述铜球表面化学镀锡方法的步骤包括：先利用盐酸乙醇溶液对铜球表面进行酸洗并酸化，然后除去铜球表面的盐酸乙醇溶液，再对铜球表面进行化学镀锡。本发明专利技术基于铜球与锡基焊料的结合较差的问题，通过先对铜球表面进行化学镀锡，其关键步骤在于铜球表面的酸洗并酸化，该操作可以改善铜球与锡镀层的结合性能，进一步以锡镀层为过渡，解决了铜球与锡基焊料结合较差的问题。本发明专利技术提供的制备方法工艺简单，成本低廉，可制作出镀敷材料厚度可控的镀锡铜球。作出镀敷材料厚度可控的镀锡铜球。作出镀敷材料厚度可控的镀锡铜球。

【技术实现步骤摘要】
一种铜球表面化学镀锡的方法


[0001]本专利技术属于材料的制备与连接
，具体涉及一种铜球表面化学镀锡的方法。

技术介绍

[0002]焊点在微电子互连中起到机械连接和电信号传输的作用。目前，随着微电子封装内部空间减小，元器件数量增多，元器件产热加剧；造成焊点所承受的电流密度不断增加，在热力学和动力学因素的驱动下，焊料中形成的IMCs会生长或溶解，造成焊点的失效，从而影响电子产品的使用寿命和可靠性。
[0003]微电子封装中，由于外层封装材料与PCB板之间存在热膨胀系数不匹配的问题，所以当环境温度过高容易造成焊点失效。增加焊点高度能够有效的释放积累的热应力，从而改善这一问题，然而对应焊点的电学性能会随着焊点尺寸的增加而下降。通过用焊料包裹一个硬质的核形成核壳复合焊点能够兼顾上述两种性能。传统核壳焊点有两种：塑料核和铜核。但由于塑料不能导电，在大电流的情况下容易导致包裹的焊料电流过大，造成电迁移失效。并且，铜核相对于塑料核具有更加优良的电导率、热导率和机械强度。此外，铜的熔点远高于传统锡基焊料，所以在焊接过程中保持固态，作为间隔物保证焊点的高度以及芯片与基板的共面性，从而提高其热疲劳寿命。因此，通过采用锡基铜核焊球作为球栅阵列封装材料是十分必要的。然而，由于锡在铜球表面的润湿性较差，锡基铜核焊球难以通过传统手段直接将铜核与锡基焊料结合。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种铜球表面化学镀锡的方法。通过化学镀的方法将铜球表面镀锡来解决铜球与锡基焊料结合较差的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0006]本专利技术技术方案之一：提供一种铜球表面化学镀锡的方法，包括以下步骤：
[0007]先利用盐酸乙醇溶液对铜球表面进行酸洗并酸化，然后除去铜球表面的盐酸乙醇溶液，再对铜球表面进行化学镀锡。
[0008]本专利技术通过对铜球表面进行酸洗并酸化，为铜球提供表面活性，使Sn盐溶液中的Sn能够在铜球表面以单质析出。
[0009]优选地，所述盐酸乙醇溶液由盐酸、乙醇和乙二醇混合得到，其中盐酸、乙醇和乙二醇的用量比为1mL:19mL:0.1g。
[0010]优选地，所述酸洗并酸化具体为：将所述铜球置于所述盐酸乙醇溶液中超声，完成酸洗并酸化的过程；更优选地，酸洗并酸化的时间为10min。
[0011]优选地，所述化学镀锡所用锡镀液的配制步骤包括：将亚磷酸钠、硫脲、对苯二酚和乙二胺四乙酸溶于水中，再加入甲烷磺酸和乙二醇，得到溶液A；将甲基烷酸锡溶解于盐酸中，得到溶液B；将所述溶液A与溶液B混合，得到锡镀液。
[0012]本专利技术为保证溶液A中的溶质充分溶解，可以对溶液A进行加热，优选温度为80℃。
[0013]更优选地，所述亚磷酸钠、硫脲、对苯二酚、乙二胺四乙酸与水的质量体积比为3.5g:5g:0.01g:0.04g:100mL；所述甲烷磺酸、乙二醇与水的体积比为0.4:1.7:100；所述甲基烷酸锡、盐酸与水的体积比为5:3:100。
[0014]优选的，所述化学镀锡在25℃下进行；时间优选为15min。
[0015]本专利技术可以通过控制化学镀锡的时间，以获得镀锡厚度不同的镀锡铜球。
[0016]本专利技术技术方案之二：提供一种根据上述铜球表面化学镀锡的方法制得的镀锡铜球。
[0017]本专利技术技术方案之三：提供一种锡基铜核焊球的制备方法，包括以下步骤：将上述镀锡铜球的锡镀层均匀化，然后与锡基焊料加热重溶，得到锡基铜核焊球。
[0018]本专利技术加热重溶的温度控制在铜球的熔点以下，可通过控制锡基焊料的加入量以获得不同锡层厚度的锡基铜核焊球。
[0019]优选地，使镀锡铜球的锡镀层均匀化的操作为将所述镀锡铜球研磨、抛光，完成锡镀层的均匀化。
[0020]优选地，加热重溶后还包括研磨和抛光步骤，以获得锡层均匀的锡基铜核焊球。
[0021]本专利技术技术方案之四：提供一种根据上述锡基铜核焊球的制备方法制得的锡基铜核焊球。
[0022]本专利技术的有益技术效果如下：
[0023]本专利技术基于铜球与锡基焊料的结合较差的问题，通过先对铜球表面进行化学镀锡，其关键步骤在于铜球表面的酸洗并酸化，该操作可以改善铜球与锡镀层的结合性能，进一步以锡镀层为过渡，解决了铜球与锡基焊料结合较差的问题。本专利技术可通过SEM技术测定铜球表面镀敷材料的厚度，且通过EDS技术确定了铜球表面镀敷材料的成分为锡。
[0024]本专利技术提供的制备方法工艺简单，成本低廉，可制作出镀敷材料厚度可控的镀锡铜球。
附图说明
[0025]图1为实施例1中镀锡铜球SEM图片。
[0026]图2为实施例1中镀锡铜球EDS图片。
[0027]图3为实施例1所制得锡基铜核焊球SEM图片。
[0028]图4为对比例1所制得锡基铜核焊球的金相照片。
具体实施方式
[0029]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。
[0030]另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
[0031]除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本专利技术所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本专利技术仅描述了优选的方法和材料，但是在本专利技术的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。
[0032]关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
[0033]实施例1
[0034]锡基铜核焊球的制备：
[0035](1)称取3.5g亚磷酸钠、5g硫脲、0.01g对苯二酚和0.04g乙二胺四乙酸加入到100ml去离子水中，电磁搅拌至溶解，转速100rpm；再滴入0.4mL甲烷磺酸和0.7mL乙二醇溶液，80℃水浴加热，并且电磁搅拌，转速为100rpm，得到溶液A；
[0036](2)制备20mL盐酸
‑
乙醇溶液(体积比＝1:19)，称取0.1g乙二醇加入到盐酸
‑
乙醇溶液中，搅拌至溶解备用；
[0037](3)称取4g直径为250μm的铜球，使用(2)中溶液在超声清洗机中清洗并酸化10min；
[0038](4)将清洗后的铜球用去离子水在超声清洗机中反复清洗5次；
[0039](5)称量5mL甲基烷酸锡加入至3mL盐酸中，搅拌至溶解，得到溶液B；
[0040](6)将溶液B倒入溶液A中，保持电磁搅拌，转速100rpm，将水浴温度降低至25℃，得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜球表面化学镀锡的方法，其特征在于，包括以下步骤：先利用盐酸乙醇溶液对铜球表面进行酸洗并酸化，然后除去铜球表面的盐酸乙醇溶液，再对铜球表面进行化学镀锡。2.根据权利要求1所述的铜球表面化学镀锡的方法，其特征在于，所述盐酸乙醇溶液由盐酸、乙醇和乙二醇混合得到，其中盐酸、乙醇和乙二醇的用量比为1mL:19mL:0.1g。3.根据权利要求1所述的铜球表面化学镀锡的方法，其特征在于，所述酸洗并酸化具体为：将所述铜球置于所述盐酸乙醇溶液中超声，完成酸洗并酸化的过程。4.根据权利要求1所述的铜球表面化学镀锡的方法，其特征在于，所述化学镀锡所用锡镀液的配制步骤包括：将亚磷酸钠、硫脲、对苯二酚和乙二胺四乙酸溶于水中，再加入甲烷磺酸和乙二醇，得到溶液A；将甲基烷酸锡溶解于盐酸中，得到溶液B；将所述溶液A与溶液B混合，得到锡镀液。5.根据权利要求4所述的铜球表面化学镀锡的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉晶，李腾，孟洲，晋学轮，郭福，马立民，王乙舒，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：