一種碲化鉍基體的鍍錫加工方法及一種補充劑的製作方法
2023-07-18 23:30:06
一種碲化鉍基體的鍍錫加工方法及一種補充劑的製作方法
【專利摘要】本發明涉及材料表面加工領域。本發明提出一種碲化鉍基體的鍍錫加工方法，包括如下步驟：A,進行超聲波鹼性脫脂的步驟；B,進行硫酸中和與活化的步驟；C,進行電鍍底鎳的步驟；D,進行電鍍錫的步驟；E,進行錫層保護處理的步驟。本發明還提出一種補充劑，各組分的質量比是：丙炔醇0.15±0.01%、雙苯磺醯亞胺0.15±0.01%、丁炔二醇0.12±0.02%、十二烷基硫酸鈉0.35±0.03%、糖精0.02±0.01%、丁炔二醇0.12±0.02%、餘量為去離子水。本發明用於對碲化鉍基體進行表面處理，進行鍍錫加工，形成一個用於與基板焊接的焊接錫表面層。
【專利說明】一種碲化鉍基體的鍍錫加工方法及一種補充劑
【技術領域】
[0001]本發明涉及材料表面加工領域，尤其涉及一種碲化鉍基體的鍍錫加工方法及提出一種用於電鍍的補充劑。
【背景技術】
[0002]碲化鉍(Bi2Te3)是生產半導體的重要材料，具有較好的溫差致冷性，但導電性較差。碲化鉍即可允許電子在室溫條件下無能耗地在其表面運動，這將給晶片的運行速度帶來飛躍，甚至可大大提高計算機晶片的運行速度和工作效率。但是Bi2Te3不能直接電鍍錫合金，需要預先在其表面進行金屬化處理。為了使碲化鉍片能與基板連接，必須在其表面覆上一層金屬焊接層；通常是表面鍍錫或者鍍金，但是碲化鉍本身是半導體，不能直接鍍錫和鍍金；因此，設法在表面鍍上一層底層鎳。以往的方法選擇化學鍍鎳，但是碲化鉍對於化學鎳藥水來說，是一種毒性物質，會影響藥水的性能，採用的改進工藝是對半導體Bi2Te3先進行除油、敏化、活化及還原等處理，然後進行化學鍍鎳。
[0003]這種半導體碲化鉍片的化學鍍鎳的具體工藝流程為:洗滌劑除油一水洗一鹼性除油一水洗一敏化一水洗一活化一水洗一還原一化學鍍鎳一水洗一電鍍錫-水洗-錫保護-水洗-烘乾。由此可見，現有技術採用化學鍍鎳的方法在半導體Bi2Te3表面實現金屬化的化學鍍鎳工藝繁瑣，維護困難，生產成本高，另外還存在化學鍍鎳層與電鍍錫層的結合力差的缺陷。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的化學鍍鎳工藝存在的上述不足，本案發明人經過大量研究實驗後，提出一種對半導體Bi2Te3基體直接進行電鍍鎳的工藝。
[0005]本發明採用如下技術方案實現:
本發明提出一種碲化鉍基體的鍍錫加工方法，包括如下步驟:
A,進行超聲波脫脂的步驟:將碲化鉍基體置於溶有超聲波脫脂劑的溶液A中進行超聲波脫脂；
B,進行硫酸中和與活化的步驟:將碲化鉍基體置於硫酸溶液B裡進行酸洗；
C，進行鍍底鎳的步驟:碲化鉍基體在溫度為55±5°C的溶液C中進行電鍍鎳，所述溶液C各組份的含量具體是:氨基磺酸鎳200±50g/L、氯化鎳40±5g/L、硼酸50±10g/L、補充劑5±2ml/L，所述補充劑中的各組分的質量比是:丙炔醇0.15±0.01%、雙苯磺醯亞胺
0.15±0.01%、丁炔二醇 0.12±0.02%、十二烷基硫酸鈉 0.35 ± 0.03%、糖精 0.02 ± 0.01%、丁炔二醇0.12±0.02%、餘量為去離子水；
D,進行電鍍錫的步驟:碲化鉍基體在溫度為55±5°C的溶液D中進行電鍍錫，所述溶液D各組份的含量具體是:甲基磺酸120±20g/L、甲基磺酸錫150g±50/L ；
E,進行錫層保護處理的步驟:將碲化鉍基體置於磷酸鈉溶液E中進行鈍化處理，浸泡是60±30S，該磷酸鈉溶液E的濃度是55±5g/L。
[0006]本發明還提出一種補充劑，各組分的質量比是:丙炔醇0.15±0.01%、雙苯磺醯亞胺 0.15 ± 0.01%、丁炔二醇 0.12 ± 0.02%、十二烷基硫酸鈉 0.35 ± 0.03%、糖精 0.02 ± 0.01%、丁炔二醇0.12±0.02%、餘量為去離子水。
[0007]本發明採用如上技術方案，實現了一種對半導體Bi2Te3基體進行直接電鍍鎳的工藝:超聲波鹼性脫脂一水洗一中和與活化一水洗一電鍍底鎳一水洗一電鍍錫_水洗_錫層保護-水洗-烘乾，本發明的電鍍鎳工藝相比於現有技術的化學鍍鎳工藝具有更加簡單，操控性好，生產成本低的優點。同時，對採用本發明的電鍍鎳工藝處理的半導體Bi2Te3基體的鍍層進行烘烤試驗，以檢驗鍍層的結合力，結果表明本發明處理後的產品表面鍍層結合力好於現有技術的化學鍍鎳工藝的對比產品。
【具體實施方式】
[0008]本發明提出一種碲化鉍基體(如碲化鉍溫差致冷晶片)的鍍錫加工方法，是一種直接電鍍鎳的工藝，包括如下步驟:
A,進行超聲波鹼性脫脂的步驟:將碲化鉍基體置於溶有超聲波脫脂劑的溶液A中進行超聲波脫脂，以除去基體表面的油脂。超聲波脫脂是利用物理特性脫脂，清潔效果好且不會引入過多化學清潔劑的雜質幹擾，避免影響後續電鍍工序。其中，超聲波脫脂處理技術是現有技術常用的脫脂清潔技術，超聲波脫脂劑也可以選用常用的組分、其溫度、濃度也可以根據需要進行調整，超聲波脫脂時間也可根據需要進行調整。例如，本案發明人的對碲化鉍溫差致冷晶片處理的一個實施例中，採用溫度為50±5°C (攝氏度)，超聲波脫脂劑溶度為75±5g/L (克每升)，超聲波脫脂時間600±60S (秒)。
[0009]B,進行硫酸中和與活化的步驟:將碲化鉍基體置於硫酸溶液B裡進行酸洗，以中和除去基體表面鹼性物質(超聲波脫脂劑)並對基體表面的氧化層進行活化。其中，該步驟選用的硫酸溶液的溶度和進行酸洗的時間均可根據實際需要進行靈活調整。例如，本案發明人的對碲化鉍溫差致冷晶片處理的一個實施例中，硫酸溶液濃度是30±5g/L，酸洗時間是 180±60S。
[0010]C，進行電鍍底鎳的步驟:碲化鉍基體在溫度為55±5°C的溶液C中進行電鍍鎳，以獲取一個表面良好的鍍鎳底層，為電鍍錫層做準備。
[0011]所述溶液C的各組份的含量如下:
氨基磺酸鎳200±50g/L，
氯化鎳40±5g/L，
硼酸50±10g/L，
補充劑5±2ml/L;
其中，該步驟進行電鍍鎳的電鍍時間及電鍍的電流密度的選擇是可以由本領域技術人員根據基體上所要電鍍鎳層的厚度、強度等條件進行適應性調整的。例如，本案發明人的對碲化鉍溫差致冷晶片處理的一個實施例中，電鍍時間是600±60S，電鍍電流密度是
1.5±0.5A/dm2 (安培/平方分米)。
[0012]需要重點說明的是，該步驟所用的補充劑是本案發明人經過大量研發試驗後發明的一種能夠有效提高電鍍效果的補充劑。該補充劑的各組分的質量比具體是:丙炔醇0.15±0.01%、雙苯磺醯亞胺0.15±0.01%、丁炔二醇0.12±0.02%、十二烷基硫酸鈉0.35±0.03%、糖精0.02±0.01%、丁炔二醇0.12±0.02%、餘量為去離子水。優選的質量比是:丙炔醇0.15%、雙苯磺醯亞胺0.15%、丁炔二醇0.12%、十二烷基硫酸鈉0.35%、糖精
0.01%、丁炔二醇0.12%、餘量為去離子水。經實際測試後，該補充劑作為氨基磺酸鎳的唯一添加劑，可以獲取良好鎳層，使鍍鎳層的結晶更細緻，大大提高錫鎳鍍層的結合力，從而使得本發明的直接電鍍鎳的工藝可以實現。
[0013]D,進行電鍍錫的步驟:碲化鉍基體在溫度為55±5°C的溶液D中進行電鍍錫，使該碲化鉍基體在上述的底鎳層上形成一層錫層。所述溶液D各組份的含量具體是:
甲基磺酸120±20g/L，
甲基磺酸錫150g±50/L;
其中，該步驟進行電鍍錫的電鍍時間及電鍍的電流密度的選擇是可以由本領域技術人員根據基體上所要電鍍錫層的厚度、強度等條件進行適應性調整的。例如，本案發明人的對碲化鉍溫差致冷晶片處理的一個實施例中，電鍍時間是600±60S，電鍍電流密度是5±2A/dm2。
[0014]E,進行錫層保護處理的步驟:將碲化鉍基體置於磷酸鈉溶液E中進行鈍化處理，浸泡是60±30S，該磷酸鈉溶液E的濃度是55±5g/L，以獲取碲化鉍基體良好的錫層表面層。
[0015]另外，為了保證每個步驟處理後不對下一個步驟的操作產生影響和雜質幹擾，上述的步驟A、B、C、D、E之後均還進行水洗的步驟，本案發明人的對碲化鉍溫差致冷晶片處理的一個實施例中，可將處理後碲化鉍溫差致冷晶片置於離子水中清洗30S左右。優選的，在步驟E的進行錫層保護處理的步驟後，將處理後碲化鉍溫差致冷晶片置於離子水中清洗30S後，再將碲化鉍溫差致冷晶片放入55°C的熱純水中1S來進一步清潔。
[0016]同時，由於水洗後的碲化鉍基體的表面上會存在水分，為了使碲化鉍基體的表面乾燥，本發明優選還包括步驟F進行烘乾處理的步驟，將殘留在碲化鉍基體表面的去離子水去除乾淨，進入烘乾機烘乾，以確保碲化鉍基體表面的鍍錫層乾燥潔淨。
[0017]綜上可見，本發明的碲化鉍基體的鍍錫加工方法相比於現有技術具有如下優點:
(I)、現有技術的化學鍍鎳的工藝流程為:洗滌劑除油一水洗一鹼性除油一水洗一敏化一7K洗一活化一水洗一還原一化學鍍鎳一7K洗一電鍍錫-水洗-錫保護-水洗-烘乾；本發明的工藝流程為:超聲波鹼性脫脂一水洗一中和與活化一水洗一電鍍底鎳一水洗一電鍍錫-水洗-錫層保護-水洗-烘乾。現有技術的化學鍍鎳前處理工藝複雜，其中粗化敏化活化很難控制，經常得不到設計的效果，操作控制範圍小，藥水維護成本高；而本發明工藝簡單，操控性好，生產成本低。
[0018](2)、本發明將原有的化學鍍鎳工藝為電鍍鎳工藝，與原有工藝相比:原有的舊工藝用化學鍍鎳獲取鎳底層，採用硫酸鎳作為主鹽，補充一些有機絡合劑，鎳層與電鍍錫層的結合力不好，經常有滑錫的質量問題出現。本發明的新工藝，直接在碲化鉍基體上電鍍鎳，需要添加補充劑，改善電鍍鎳藥水的活性，促進鎳離子在碲化鉍基體的表面沉積出來，不添加主光劑、走位水和溼潤劑，從而減少有機物的用量，大大的降低了添加劑的含碳量帶入鍍層裡；因為碲化鉍基體有良好的鍍鎳底層，使得錫層與鎳的結合力更好，保證表面錫層的可焊性。
[0019](3)、本發明的電鍍層附著力好，鍍鎳C溶液採用新的補充劑，工藝上由化學鍍鎳變成電鍍底鎳，改善鍍層厚度的可控性，同時亞光的底鎳表面也更利於錫鍍層結合，大大的提聞了鎮錫之間的結合力。
[0020](4)、本發明的氨基磺酸鍍層結晶更細緻，步驟C中的鍍鎳C溶液採用新藥水整理劑工藝，由於沒有添加主光劑、走位水和溼潤劑，降低了鍍鎳層中夾雜的含碳量，並且改善高低電流密度區的鍍層均勻性，使鍍層結晶更為細緻。
[0021]儘管結合優選實施方案具體展示和介紹了本發明，但所屬領域的技術人員應該明白，在不脫離所附權利要求書所限定的本發明的精神和範圍內，在形式上和細節上可以對本發明做出各種變化，均為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種碲化鉍基體的鍍錫加工方法，其特徵在於，包括如下步驟: A,進行超聲波鹼性脫脂的步驟:將碲化鉍基體置於溶有超聲波脫脂劑的溶液A中進行超聲波脫脂； B,進行硫酸中和與活化的步驟:將碲化鉍基體置於硫酸溶液B裡進行酸洗； C，進行電鍍底鎳的步驟:碲化鉍基體在溫度為55±5°C的溶液C中進行電鍍鎳，所述溶液C各組份的含量具體是:氨基磺酸鎳200±50g/L、氯化鎳40±5g/L、硼酸50±10g/L、補充劑5±2ml/L，所述補充劑中的各組分的質量比是:丙炔醇0.15±0.01%、雙苯磺醯亞胺0.15±0.01%、丁炔二醇 0.12±0.02%、十二烷基硫酸鈉 0.35 ± 0.03%、糖精 0.02 ± 0.01%、丁炔二醇0.12±0.02%、餘量為去離子水； D,進行電鍍錫的步驟:碲化鉍基體在溫度為55±5°C的溶液D中進行電鍍錫，所述溶液D各組份的含量具體是:甲基磺酸120±20g/L、甲基磺酸錫150g±50/L ； E,進行錫層保護處理的步驟:將碲化鉍基體置於磷酸鈉溶液E中進行鈍化處理，浸泡是60±30S，該磷酸鈉溶液E的濃度是55±5g/L。
2.根據權利要求1所述的碲化鉍基體的鍍錫加工方法，其特徵在於:所述的步驟A、B、C、D、E之後均還進行水洗的步驟。
3.根據權利要求2所述的碲化鉍基體的鍍錫加工方法，其特徵在於:以及包括步驟F，進行烘乾處理的步驟。
4.一種補充劑，其特徵在於，各組分的質量比是:丙炔醇0.15±0.01%、雙苯磺醯亞胺0.15±0.01%、丁炔二醇 0.12±0.02%、十二烷基硫酸鈉 0.35 ± 0.03%、糖精 0.02 ± 0.01%、丁炔二醇0.12±0.02%、餘量為去離子水。
5.根據權利要求4所述的補充劑，其特徵在於，各組分的質量比是:丙炔醇0.15%、雙苯磺醯亞胺0.15%、丁炔二醇0.12%、十二烷基硫酸鈉0.35%、糖精0.01%、丁炔二醇0.12%、餘量為去離子水。
【文檔編號】C25D7/12GK104451797SQ201410704298
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】李南生, 陳天順, 周創舉, 張現福 申請人:鵬南電子科技（廈門）有限公司