電解錫鍍覆溶液和電解錫鍍覆方法

2023-09-19 23:45:10

專利名稱：電解錫鍍覆溶液和電解錫鍍覆方法
技術領域：
本發明涉及一種電解錫鍍覆溶液和電解錫鍍覆方法，進一步具體涉及一種用於芯 片組件的電解錫鍍覆溶液和電解錫鍍覆方法，所述溶液和方法用於鍍覆晶片組件，例如陶 瓷電容器等。
背景技術：
晶片組件每年都在變小，近年來安裝形式也發生了變化，即用於整體安裝(bulk mounting)系統的安裝形式變成了主流。整體安裝系統是有效的安裝系統，其中正在使用 的封裝材料進行再評估，並從再評估時提供晶片組件直到安裝。整體箱(bulk case)(用 於整體安裝系統的晶片組件封裝材料)用作封裝形式，並使用整體供料器，其具有使無規 取向的晶片組件排成一行以及向晶片安裝器提供晶片組件的功能。所述整體供料器(bulk feeder)是這樣一種設備，它使封裝在整體箱中的無規取向的組件排成一行，並向安裝器提 供組件，並且所述整體供料器可使用空氣系統、儲料器系統(hopper system)或旋轉鼓系統寸。所述晶片組件用金屬如錫或錫合金鍍覆，以使所述電極區域具有可焊接性。但 是，當已經用常規錫鍍覆溶液鍍覆的晶片用於整體安裝器時，在整體安裝過程中會由錫鍍 覆薄膜產生錫粉末，並且會在裝置中產生問題。作為一種對策，需要錫薄膜產生更少削屑 (shaving)的錫鍍覆溶液。JP2002-47593公開了一種pH值在3-10之間的錫鍍覆浴，其包含亞錫(stannous) 鹽；至少一種選自檸檬酸、葡萄糖酸、焦磷酸及其鹽或葡糖酸內酯(gluconolactone) 的絡合劑；芳香醛；脂肪醛，其中在所述錫鍍覆溶液中加入聚乙烯聚氧化亞丙基二醇 (polyethylene polyoxypropylene glycol)基表面活性劑作為非離子表面活性劑。但是， 當使用JP2002-47593的鍍覆溶液時，會產生錫削屑，並且在整體安裝時會產生問題，這將 在對比例中描述。此外，通常使用滾鍍進行晶片組件的錫鍍覆，但是在鍍覆過程中，會出現問題，即 所述晶片組件會耦合在一起，發生所謂的「粘連(sticking)」。當發生粘連時，產生鍍覆缺 陷，從而需要使「粘連」最小化的鍍覆溶液。另外，向低電流區域輸送(throw)電力和焊料 潤溼性也是晶片組件用鍍覆溶液所需的性質。

發明內容
因此，本發明的一個目的是提供一種用於晶片組件的電解錫鍍覆溶液和電解錫鍍 覆方法，它能夠提供一種錫鍍覆薄膜，在鍍覆的組件在一起摩擦，例如在整體安裝時，所述 錫鍍覆薄膜使錫削屑最少，並且使所述晶片組件在一起的粘連最少，同時其他特性也能滿 足要求。本申請的發明人經過努力研究達到了上述目的，發現上述問題可通過使用兩種特 定類型的非離子表面活性劑作為表面活性劑來解決，因此完成了本發明。
換句話說，本發明提供了一種用於晶片組件的電解錫鍍覆溶液，所述錫鍍覆溶液 包括⑴亞錫離子；(2)絡合劑；(3)非離子表面活性劑，和⑷抗氧化劑，其中所述非離子 表面活性劑包括由下述通式(A)表示的化合物和下述通式(B)表示的化合物。通式(A)R- (C6H4) -RO (CH2CH2O)nH其中R表示具有1-20個碳原子的直鏈或支鏈烷基，η表示1_10之間的整數。通式(B)HO- (C2H4O) r (C3H6O) m_ (C2H4O) n_H其中1表示1-10之間的整數，m表示1_10之間的整數，η表示1_10之間的整數。在本發明的一個方面中，在所述錫鍍覆溶液中，上述通式(A)表示的化合物濃度 和上述通式(B)表示的化合物濃度為0.05g/L或更高且小於2g/L。此外，在本發明的一個 方面中，上述絡合劑是葡萄糖酸鈉。另外，在本發明的一個方面中，上述抗氧化劑是對苯二 酚磺酸鹽。另外，本發明提供了一種晶片組件的錫鍍覆方法，其中使用上述電解錫鍍覆溶液 進行電解錫鍍覆。本發明的鍍覆溶液可提供這樣一種錫鍍覆薄膜，當晶片組件在一起摩擦時，所述 錫鍍覆薄膜可使錫削屑最小，並且使所述晶片組件粘連在一起最少，同時所述錫鍍覆薄膜 的其他特性也能滿足要求。因此，使用本發明錫鍍覆溶液鍍覆的晶片組件也可順利地安裝， 且即使在使用整體安裝時也沒有產生錫削屑。


圖1是陶瓷球的顯微照片，其評價值是3。圖2是陶瓷球的顯微照片，其評價值是2。圖3是陶瓷球的顯微照片，其評價值是1。圖4是陶瓷球的顯微照片，其評價值是0。
具體實施例方式除非另有說明，本說明書中所用的縮寫具有下述含義g =克；mg =毫克；°C=攝 氏度；min =分鐘；m =米；cm =釐米；L =升；mL =毫升；A =安培；dm2 =平方分米。所有 值的範圍包括邊界值，且可以任意順序組合。本說明書所用的術語「鍍覆溶液」和「鍍覆浴」 是可交換的，且具有相同的含義。本發明的電解錫鍍覆溶液提供了 一種用於晶片組件的電解錫鍍覆溶液，所述電解 錫鍍覆溶液包含(1)亞錫離子；(2)絡合劑；(3)非離子表面活性劑；和(4)抗氧化劑；其中 所述非離子表面活性劑包含下述通式(A)表示的化合物和下述通式(B)表示的化合物。通式(A)R- (C6H4) -RO (CH2CH2O)nH其中R表示具有1-20個碳原子的直鏈或支鏈烷基，η表示1_10之間的整數。通式(B)HO- (C2H4O) r (C3H6O) m_ (C2H4O) n_H
其中1表示1-10之間的整數，m表示1_10之間的整數，η表示1_10之間的整數。如上所述，本發明的鍍覆溶液包含上述兩種特定類型的非離子表面活性劑。本申 請的發明人評價了各種類型的非離子表面活性劑，並發現可通過同時使用通式(A)表示的 非離子表面活性劑和通式(B)表示的非離子表面活性劑提供這樣一種鍍覆薄膜，該鍍覆薄 膜使錫削屑最少，同時也能滿足其他鍍覆特性。通式(A)表示的非離子表面活性劑是聚氧 化亞乙基烷基苯基醚基表面活性劑。在該通式中，R表示具有1-20個碳原子的直鏈或支鏈 烷基。通式(A)表示的非離子表面活性劑可以是市售產品，其例子包括土厚化學品有限公 司(Toho Chemical Co.，Ltd)生產的 Nonal 214 ；米利肯化學公司(Milliken Chemicals) 生產的SYNFAC 8025U和ADEKA公司生產的Adekatol PC-8等，通式(A)表示的非離子表面 活性劑的用量較好是0. 05g/L或更高且小於2g/L。如果用量超過2g/L，粘連比例會上升， 這是不利的。通式(B)表示的非離子表面活性劑是聚氧化亞乙基聚氧化亞丙基二醇基表面活 性劑。請注意，1表示1-10之間的整數，m表示1-10之間的整數，且η表示1_10之間的 整數。通式(B)表示的非離子表面活性劑可以是市售產品，其例子包括ADEKA公司生產的 Adeka Pluronic L-64和Adeka Pluronic L-44等。通式(B)所表示的非離子表面活性劑 的用量較好是0. 5g/L或更高且小於2g/L。通式(A)表示的非離子表面活性劑的用量和通式(B)表示的非離子表面活性劑的 用量的比例較好在1 20到20 1之間，更好在1 10到10 1之間。本發明的鍍覆浴包含亞錫離子作為必要組成元素。亞錫離子是二價錫離子。可 使用能在所述鍍覆浴中提供亞錫離子的任何化合物。通常，無機酸和有機酸的錫鹽較好用 於所述鍍覆溶液中。無機酸的錫鹽例子包括硫酸或鹽酸的亞錫鹽，所述有機酸的錫鹽包括 取代或未取代的烷烴磺酸和烷醇磺酸的亞錫鹽，所述取代或未取代的烷烴磺酸和烷醇磺酸 如甲烷磺酸、乙烷磺酸、丙烷磺酸、2-羥基-乙基-磺酸、2-羥基丙烷-1-磺酸和1-羥基丙 烷-2-磺酸等。特別優選的亞錫離子源是硫酸亞錫(作為無機酸鹽)和甲烷磺酸亞錫(作 為有機酸鹽)。可提供這些離子的化合物可單獨使用，或者作為兩種或多種的組合使用。例如，在所述鍍覆浴中，亞錫離子是量在lg/L到150g/L之間的錫離子，較好在5g/ L到50g/L之間的錫離子，更好在8g/L到20g/L之間的錫離子，以錫離子計算。所述絡合劑可以是任意絡合劑，且沒有限制，只要所述鍍覆溶液中的PH可調節在 3-10之間。特定離子包括葡萄糖酸、葡萄糖酸鹽、檸檬酸、檸檬酸鹽、焦磷酸和焦磷酸鹽等。 其中，葡萄糖酸鈉和檸檬酸對本發明是優選的。所述鍍覆浴溶液中絡合劑的量較好大於所述鍍覆浴中二價錫離子的化學計量量。 例如，所述鍍覆浴中絡合劑的量在10g/L到500g/L之間，較好在30g/L到300g/L之間，更 好在50g/L到200g/L之間。本發明的鍍覆溶液包含抗氧化劑。所述抗氧化劑用於防止二價錫氧化成四價錫， 例如，可使用對苯二酚、兒茶酚、間苯二酚、間苯三酚(phloroglucin)、焦酚、對苯二酚磺酸 及其鹽。在所述鍍覆浴中，抗氧化劑的適當濃度例如可以是10mg/L或更高且100g/L或更 小，較好100mg/L或更高且50g/L或更小，更好0. 5g/L或更高且5g/L或更小。此外，如果需要的話，通常已知的添加劑例如光澤劑、光滑劑、傳導劑、陽極溶解劑等也可加入到本發明的鍍覆浴中。在製備所述鍍覆浴時，加入各種組分的順序並沒有具體限制，但是從穩定性上看， 首先加入水，然後加入酸，在充分混合後，加入錫鹽，充分溶解後，依次加入其他所需的化學 物質。用本發明的鍍覆溶液鍍覆的晶片組件的例子包括電子組件如無源組件(例如電 阻器、電容器、感應器(感應器轉換器)、可變電阻器和可變電容器)、功能組件(如石英晶 體振蕩器、LC過濾器、陶瓷過濾器、延遲線和SAW過濾器)和連接組件(如開關、連接器、延 遲保險絲)、光學連接器件和印刷線路板等。使用本發明的鍍覆溶液進行電解電鍍的方法可以是任何常用已知的鍍覆方法，例 如滾鍍、流過鍍覆裝置鍍覆(throw-through plater plating)等。所述鍍覆溶液的上述組 分(1)到(4)中每一個的濃度可根據各個組分的上述信息任意選擇。使用本發明鍍覆溶液的電鍍方法可在10°C到50°C之間的鍍覆浴溫度進行，較好 在15°C到30°C之間。此外，所述陰極電流密度適當選擇例如0.01-5A/dm2的範圍，較好 0. 05-3A/dm2的範圍。在所述鍍覆過程中，所述鍍覆浴可不進行攪拌，或者也可使用例如攪 拌器等進行攪拌或者用泵進行循環的方法。實施方式1-12製備具有下述組成的溶液作為主要浴(A)甲烷磺酸亞錫(作為錫離子)15g/L(B)甲烷磺酸(作為游離酸)115g/L(C)葡萄糖酸鈉125g/L(D)對苯二酚磺酸鉀2g/L(E)氫氧化鈉(pH調節劑): 4. Og/L(F)蒸餾水餘量下表1中所列的各種非離子表面活性劑以表2所列的濃度加入到主要浴中，以制 備實施方式1-12的錫鍍覆溶液。在下述條件使用IL的各錫鍍覆溶液進行薄膜電池測試， 並評價外觀。所得結果列在表2中。薄膜測試條件電流密度0. 2A時間10分鐘混合4m/min浴溫30°CpH 4. 0表 1
表面活性 劑類型表面活性劑1羥乙基纖維素 表2 另外，使用螢光X射線微厚度計(minute thickness meter)，從薄膜電池板的左 邊Icm且下部Icm的地方開始間隔Icm的九個位置總體測試錫膜厚度，所述薄膜電池板已 經進行薄膜電池測試。薄膜厚度分布結果列在表3中。表3 實施方式13-20將各種非離子表面活性劑加入與上述實施方式1-12所用的相同的主要浴中，，其 比例列在下表4中，以製備實施方式13-20的鍍覆溶液。此外，使用用於晶片組件的常規錫 鍍覆浴作為對比。表4 用於錫削屑產生測試的樣品 表中所示表面活性劑的編號表示表1所列表面活性劑所用的編號。測試方法根據下述鍍覆條件和鍍覆方法進行錫鍍覆，各種鍍覆溶液包含各種表面活性劑。 鍍覆後，進行旋轉測試以評價從所述錫膜形成削屑的容易度。鍍覆條件電流密度0. 2ASD時間40分鐘鍍覆溶液中錫的濃度(作為錫離子):15g/LpH 4溫度30°C基層鎳厚度2微米錫鍍覆厚度6微米(4-8微米)鍍覆物體(晶片電阻器，尺寸1608) :5g/桶(barrel)虛球(Dummyball) (IKK 點有限公司(IKK Shot Co. ,Ltd)生產的 SS-80S) :200g/ 桶桶裝置迷你型桶型號I-B (Mini-barrel Model 1_B)〔山本MS有限公司 (Yamamoto MS Co.，Ltd.)〕旋轉速度IOrpm表5 鍍覆方法 使用埃斯王公司(As One Corporation)生產的混合轉子可變VMR-3R旋轉裝置， 根據所述旋轉測試條件進行所述旋轉測試方法。旋轉測試條件旋轉速度IOOrpm時間3小時旋轉測試樣品在30mL螺旋管中與4mm直徑陶瓷球混合的錫鍍覆晶片組件陶瓷球40g鍍覆的晶片電阻器(1608) =Ig旋轉測試後，在顯微鏡中觀察附著有錫削屑的陶瓷球，以確定附著的錫的含量。此 外，將附著在所述表面上的錫削屑溶解在30%王水(aqua regalis)中，通過原子吸收方法 對錫進行定量分析，計算和比較陶瓷球的每單位表面積(m2)上附著的錫的量(mg)。進行等 級評定，其中錫削屑沒有附著到陶瓷球表面上的樣品(錫的量小於30mg/m2)的樣品評價為 3，錫削屑最少(錫為30mg/m2或更高，但小於50mg/m2)的樣品評價為2，具有明顯數量削屑 (錫為50mg/m2或更高，但小於100mg/m2)的樣品評價為1，具有許多削屑(錫高於IOOmg/ m2)的樣品評價為0。評價值在3-0之間的陶瓷球的纖維照片列在表1-4中。旋轉測試結果列在下表6中。表6 旋轉測試結果
10 所述旋轉測試結果證實，如果使用表面活性劑3 (聚氧化亞乙基烷基苯基醚)和表 面活性劑4 (聚氧化亞乙基聚氧化亞丙基二醇)的組合的話，所述錫鍍覆膜可產生最少量的 錫削屑。實施方式21-29通過將各種表面活性劑以表7所示的濃度加入到與上述實施方式1-12所用相同 的主要浴中製備實施方式21-29的錫鍍覆浴，用與實施方式1-12所示相同的方法評價所述 鍍覆膜的外觀和膜厚度分布。結果列在表8和9中。表7 表8:薄膜電池外觀 表9 使用薄膜電池測試的膜厚度分布 此外，使用實施方式21-29的鍍覆溶液，用與實施方式13-19類似的方式進行旋轉 測試，以確定產生錫削屑的容易性。另外，錫鍍覆後，也可確認樣品的粘連度。通過計算粘 連在一起的晶片組件與晶片組件的總數之比來確認粘連。旋轉測試和粘連確認的結果列在 下表10中。表10 錫削屑和粘連確認 通過概括實施方式21-29的評價結果製作下表11。表1權利要求
一種用於晶片組件的電解錫鍍覆溶液，所述電解錫鍍覆溶液包括(1)亞錫離子；(2)絡合劑；(3)非離子表面活性劑；和(4)抗氧化劑；所述非離子表面活性劑包含下述通式(A)表示的化合物和下述通式(B)表示的化合物通式(A)R (C6H4) RO(CH2CH2O)nH式中R表示具有1 20個碳原子的直鏈或支鏈烷基，n表示1 10的整數，通式(B)HO (C2H4O)l (C3H6O)m (C2H4O)n H式中l表示1 10的整數，m表示1 10的整數，n表示1 10的整數。
2.如權利要求1所述的用於晶片組件的電解錫鍍覆溶液，其特徵在於，在所述錫鍍覆 溶液中，上述通式(A)表示的化合物的濃度和上述通式(B)表示的化合物的濃度為0. 05g/ L或更高且小於2g/L。
3.如權利要求1或2所述的用於晶片組件的電解錫鍍覆溶液，其特徵在於，所述絡合劑 是葡萄糖酸鈉。
4.如權利要求1-3中任一項所述的用於晶片組件的電解錫鍍覆溶液，其特徵在於，所 述抗氧化劑是對苯二酚磺酸鹽。
5.一種晶片組件錫鍍覆方法，所述方法包括用權利要求1-4中任一項所述的電解錫鍍 覆溶液電解錫鍍覆的步驟。
全文摘要
一種用於晶片組件的電解錫鍍覆溶液和電解錫鍍覆方法，當鍍覆的組件相互摩擦例如在整體安裝時使錫削屑最少。這也使所述晶片組件的一起粘連最少。所述錫鍍覆溶液包括(1)亞錫離子；(2)絡合劑；(3)非離子表面活性劑；和(4)抗氧化劑；所述非離子表面活性劑包含通式(A)表示的化合物和通式(B)表示的化合物，通式(A)R-(C6H4)-RO(CH2CH2O)nH，式中R表示具有1-20個碳原子的直鏈或支鏈烷基，n表示1-10的整數，通式(B)HO-(C2H4O)l-(C3H6O)m-(C2H4O)n-H，式中l表示1-10的整數，m表示1-10的整數，n表示1-10的整數。
文檔編號C25D3/32GK101899685SQ201010002880
公開日2010年12月1日 申請日期2010年1月18日 優先權日2009年1月16日
發明者折橋正典 申請人:羅門哈斯電子材料有限公司