[发明专利]一种无氰Au-Sn合金镀液及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种无氰Au-Sn合金镀液及其制备方法，以及利用该无氰Au-Sn合金镀液进行电镀的方法，属于电镀领域。

背景技术

Au-30at.％Sn共晶合金由于具有良好的导电性、导热性以及焊接可靠性，在光电子及微电子封装领域得到了广泛的应用。在微电子器件封装、芯片与基板的连接以及高可靠性电路气密封装中，Au-Sn共晶合金凸点具有其他无铅钎料凸点无法比拟的优点，Au-Sn共晶凸点在焊接时无需助焊剂，并且具有较高的抗蠕变性能。在大功率发光二极管的倒装芯片封装中，Au-30at.％Sn凸点体现出良好的散热性、导电性以及力学可靠性，从而提高了产品的使用寿命。

电镀技术作为一种经济有效的合金制备技术，已经成功应用于装饰以及功能性材料的制备中。相比于目前其他的制备方法：蒸镀、溅射、化学镀等，电镀制备Au-Sn合金钎料凸点技术具有成本低、生产效率高、镀层图形可控等突出的优点。Au-Sn合金电镀主要分为分层电镀以及共沉积电镀两种方式，分层电镀在电极转移到另一镀液过程中会存在锡镀层易氧化的问题，与此同时，电极在两种镀液中交替使用时会存在不可避免的干扰，从而污染镀液，另外，在回流时，Au/Sn/Au镀层之间原子扩散具有一定的阻碍，从而使得Au、Sn分布不均匀，部分区域达不到共晶化。Au-Sn共沉积是一种一步沉积的方法，Au、Sn离子同时还原，并且以一定的金属间化合物形式存在，Au、Sn原子均匀分布于整个镀层中，回流后得到均匀的共晶成分，是一种极具应用价值的Au-Sn合金制备方式。

早在20世纪70年代，科研工作者对Au-Sn合金电镀就有所研究，然而早期的Au-Sn合金镀液含有大量的氰根离子，金主盐采用氰化亚金盐或氰化金盐，这是由于氰根离子与金离子有很强的络合能力，形成络合物的络合稳定常数高，可以有效的提高镀液的稳定性。如美国专利US4634505与日本专利JPS575886中所公开的Au-Sn合金镀液中金主盐分别以[Au(CN)₂]^-和[Au(CN)₄]^-存在。氰化物作为一种剧毒性的物质，在生产、运输、使用过程中都会对人体健康以及环境产生巨大的威胁，使得人们将目光转向无毒、环保的无氰电镀液开发。长期以来，国内外学者对能够替代氰化物的Au-Sn合金镀液进行了广泛研究，并逐步开发出了氯金酸盐、亚硫酸盐Au-Sn合金电镀体系。美国专利US6245208提出了一种无氰Au-Sn共沉积镀液，镀液中金主盐为氯金酸钾(KAuCl₄)，锡主盐为氯化亚锡(SnCl₂)，金离子络合剂为柠檬酸铵，亚硫酸钠、L-抗坏血酸为镀液稳定剂以及氯化镍为晶粒细化剂，但是该镀液稳定性较差，工作状态以及室温下均会有黑色沉淀生成，室温下镀液最长放置2-3天，50℃加热即产生沉淀。因此，不能应用于实际的生产中。美国专利US20020063063发明的Au-Sn合金镀液中金主盐采用亚硫酸金钠(Na₃Au(SO₃)₂)，锡主盐为氯化亚锡(SnCl₂)和氯化锡(SnCl₄)，金离子络合剂为亚硫酸钠，葡萄糖酸盐为锡离子络合剂，同时加入阳离子型表面活性剂作为光亮剂。但是该镀液体系存在不稳定、易分解等问题。中国专利CN10264098公布了一种以一价金盐为金主盐、亚硫酸钠为络合剂的无氰Au-Sn合金电镀液。尽管获得了Au-Sn共晶镀层，但是镀液仍然存在稳定性差的问题，在室温下放置十天左右，镀液变浑浊，烧杯底部有大量黑色金沉淀生成。迄今为止，还没有成熟的无氰电镀Au-Sn合金镀液以及Au-Sn共晶合金电镀工艺可供选择，因此急需寻求一种新型、环保、稳定性良好的Au-Sn合金镀液配方以及电镀工艺来满足实际生产需要。

发明内容

鉴于目前含氰和无氰镀液体系各自存在的问题。本发明提供了一种稳定性良好、镀层成分长时间可控的新型无氰Au-Sn合金镀液以及合金电镀方法。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种无氰Au-Sn合金镀液，由下述原料组分制得：