[发明专利]减少或消除不带助焊剂施加的焊料中的空隙的镀覆方法

说明书

描述了一种用金镀覆铜基体的方法，该方法减少或消除了在金/铜基体的界面处的微空隙的出现。适当地，执行基体带电进入镀浴中，同时向浴施加外部电流，使得在未施加外部电流的情况下，基体的任何部分都不会暴露于浴中超过一秒钟。将用于金预镀的施加电流增加到金减少的质量转移极限实现了消除微空隙的全面的改进措施。

技术领域

分析焊点中的缺陷以确定为什么电镀铜焊点会经历失效。焊点(特别是印刷电路板(以下称为“PCB”)中的焊点)中的缺陷在制造和使用PCB的整个行业中都已广泛经历，但是在本公开之前尚未确定问题的根本原因。经过广泛的研究，本发明人发现，在铜上的镀覆金属的界面处存在微空隙是后来形成的焊点失效的原因。本发明人发现了一种对铜基体进行金属镀覆的工艺，该工艺消除了镀覆金属-基体界面处的微空隙的形成(这是随后的焊点失效的根本原因)。

背景技术

金属镀覆工艺由于在Paunovic和Schlesinger所著的书“Fundamentals ofElectrochemical Deposition”中被描述而广为人知。虽然书中没有直接说明如何设置金属镀覆工艺的实际参数，但是在其对沉积工艺的描述(从成核到生长)以及对哪些变量会影响这些工艺(从第一原则的角度来看)的描述中，能够对其有透彻的理解。通过作者使现代电化学沉积工艺中的许多内容变得众所周知。另外，从热力学角度来看的电化学的基础知识可以在John Newman的“Electrochemical Systems”中找到。热力学相互作用是理解工艺设置选择和消除缺陷根源的关键。已经通过商业产品的检验确认了缺陷的根本原因(板中的在镀覆金属/基体界面处的空隙)。Fundamentals of Electrochemical Deposition和Electrochemical Systems的文中的全部内容通过引用整体并入本文。IPC-A-610-D允许X射线图中的最大空隙面积不超过焊料润湿面积的25％。另一个文件(IPC-7095)提出了更为严格的要求，即单个空隙不能占据面积的4％以上。对于100×120微米的焊盘，这意味着最大直径为24微米。

在1943年4月20日公告的美国专利2,317,242中描述了在金属条上的一些金属电化学镀覆，特别地，在1993年8月17日公告的美国专利5,236,566中描述了垂直型流镀工艺，上述专利中的每一个通过引用并入本文中。在这些专利的相应公开之后，电镀基体上的焊点的失效很容易发生。

认识到缺陷的根本原因，本发明人制定了在基体上进行金属镀覆的方法，该方法不会在镀覆金属/基体界面处产生微空隙。完成消除这些微空隙的工艺之后，电镀金属/基体界面上的焊点失效大大减少。

发明内容

在基体上电镀金属的本发明的工艺避免了在镀覆金属/基体界面处产生微空隙。由于镀覆金属通常是金，但也可以是周期表的旧的IUPAC的第IB族(当前IUPAC第11族)的货币金属或镍族(当前IUPAC第10族)中的任何一种(包括铂、钯、银和金)，但是为了随后的公开容易性，将金作为镀覆金属的示例。基体也可以是任何金属，金可以镀覆在该其他金属上。在当前生产的PCB中，铜是被用作基体的主导金属，但是应该认识到，其他金属和金属复合材料也可以用作基体。

在一个实施例中，我们发现，在电镀工艺期间，镀覆的金/铜基体界面中的微空隙的存在或产生会导致随后的焊点失效，这不是因为焊料本身的缺陷，也不是因为焊料与助焊剂以及焊料的其他成分的组合，而是因为金/铜的界面处的微空隙。

在另一个实施例中，我们设计了一种垂直型镀覆工艺，其中将诸如铜的基体降低到包含电镀金属的浴中，该浴包括其他浴成分(诸如酸)，以将镀覆金属维持在溶解状态，其中将基体初始降低到包含酸的镀覆金属浴中不会在进入浴的基体上形成腐蚀或微空隙产生点。

在又一实施例中，我们采用垂直型镀覆工艺或“带电进入(live entry)”，其中将铜基体在镀覆金属的含酸浴中降低，其中将初始电流施加于基体(用作阴极)和浴中的阳极或用作浴的容器的至少一部分的阳极之间，使得不会在基体中形成腐蚀或产生微空隙的位点。