用于鍍錫銻的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于鍍錫銻的系統(tǒng)和方法
[0001]背景
[0002]本公開內(nèi)容一般涉及鍍金屬，具體涉及鍍錫。
[0003]向無鉛電子設(shè)備的過渡導(dǎo)致電子元件供應(yīng)商將生產(chǎn)線從錫/鉛處理劑(finish)轉(zhuǎn)化為無鉛處理劑。供應(yīng)商經(jīng)常使用純電鍍錫作為無鉛處理劑。然而，純鍍錫具有形成錫須的傾向。例如，在一系列環(huán)境條件下，錫須已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)形成在多種多樣的鍍錫元件類型上。這些晶須由幾乎純的錫組成，并因此是導(dǎo)電的，并可引起電子設(shè)備短路。晶須的生長已經(jīng)引起和持續(xù)引起使用鍍錫元件的電子系統(tǒng)的可靠性問題，其包括例如高可靠性系統(tǒng)的制造商和政府用戶。而且，錫須引起的商務(wù)失敗可能花費上百萬美元并導(dǎo)致顧客不滿。
[0004]引起錫須生長的因素沒有被充分理解，盡管電鍍中的應(yīng)力被認(rèn)為是一個關(guān)鍵因素。已經(jīng)研宄了電鍍工藝參數(shù)例如電流密度、溫度、襯底制備、襯底材料和電鍍液組分的影響。此外，已經(jīng)探索了鍍層厚度、底層、電鍍后退火、鍍層結(jié)構(gòu)和合金化劑對晶須生長的影響。也已經(jīng)研宄了錫須的晶體結(jié)構(gòu)。
[0005]因此，關(guān)于錫須生長的問題，雖然期望從電子系統(tǒng)中去除純錫，但是電子元件供應(yīng)商使用錫的增加和高可靠性系統(tǒng)中使用COTS(商用貨架產(chǎn)品)元件的增加使這樣的去除難以實施。
[0006]另一個方法包括將所有鍍錫元件引線在熔化的錫/鉛中浸漬(直至元件主體)。然而，這會損壞元件包裝，允許水分侵入包裝。此外，浸漬操作是昂貴的。
[0007]因此，控制錫須生長的已知方法難以實施和/或可導(dǎo)致副作用。
[0008]概述
[0009]根據(jù)本公開內(nèi)容的一個方面，提供了電鍍方法。該方法包括向鍍錫(Sn)溶液摻雜銻(Sb)和使用摻銻的鍍錫電鍍元件。有利地，摻銻的鍍錫包含約1%和約3%之間的銻。有利地，摻銻的鍍錫包含約2%和約3%之間的銻。有利地，摻銻的鍍錫包含小于約3%的銻。有利地，摻鋪的鍍錫減少電鍍后錫須形成。有利地，摻鋪的鍍錫包含97.6%的錫和2.4%的鋪。
[0010]根據(jù)本公開內(nèi)容的進(jìn)一步的方面，提供了元件鍍錫的方法。該方法包括生產(chǎn)電解液，其通過:在去離子水中溶解硫酸亞錫，過濾硫酸亞錫溶液獲得清澈溶液，其在放置后變渾濁，向渾濁溶液攪拌入一定數(shù)量的硫酸以提供清澈的溶液，將表面活性劑攪拌進(jìn)溶液，將甲醛溶液攪拌進(jìn)溶液，將芐醇攪拌進(jìn)溶液以獲得清澈、無色的溶液，并在水浴中加熱溶液至約75°c。該方法還包括:通過在硫酸中伴隨加熱和攪拌溶解一定量的銻粉制備銻溶液，和向維持在約75°C的電解液中添加一定量的該銻溶液。
[0011 ] 有利地，銻溶液包含三硫酸化二銻。有利地，鍍錫銻由包含約I %和約3 %之間的銻的電解液形成。有利地，鍍錫銻由包含約2%和約3%之間的銻的電解液形成。有利地，鍍錫銻由包含小于約3%的銻的電解液形成。有利地，鍍錫銻由包含97.6%的錫和2.4%的銻的電解液形成。有利地，電解液形成的鍍錫銻減少了電鍍后錫須形成。有利地，該方法包括:在30毫升去離子水中溶解1.50克硫酸亞錫(II) (99.6% )，和通過濾紙過濾獲得清澈的溶液，其在放置后變渾濁，向渾濁溶液伴隨攪拌添加1.30克濃硫酸(98% )以獲得清澈的電解溶液，在電解溶液中伴隨攪拌溶解0.0609克表面活性劑，在電解溶液中伴隨攪拌溶解0.198克37%的甲醛溶液，和在電解溶液中伴隨大力攪拌溶解0.182克芐醇以獲得清澈、無色的溶液。
[0012]根據(jù)本公開內(nèi)容的進(jìn)一步的方面，提供了摻雜約1%和約3%之間的銻(Sb)的鍍錫(Sn)。有利地，通過向鍍錫(Sn)溶液摻雜銻和用摻銻的鍍錫電鍍元件形成鍍層。有利地，鍍層具有97.6%的錫和2.4%的銻。有利地，鍍層由電鍍浴形成，該電鍍浴包括:1.50克硫酸亞錫(II) (99.6%),其溶解在30毫升去離子水中并通過濾紙過濾以獲得清澈的溶液，其在放置后變渾濁，1.30克濃硫酸(98% )，其伴隨攪拌添加進(jìn)渾濁溶液以獲得清澈的電解溶液，0.0609克表面活性劑，其伴隨攪拌溶解在電解溶液中，0.198克37 %的甲醛溶液，其伴隨攪拌溶解在電解溶液中，和0.182克芐醇，其伴隨大力攪拌溶解在電解溶液中以獲得清澈、無色的溶液，以及在水浴中加熱溶液至約75°C。有利地，摻雜減少了電鍍后的錫須形成。有利地，鍍層通過以下形成:在硫酸中伴隨加熱和攪拌溶解一定量的銻粉制備銻溶液，并向維持在約75°C的電解液中添加一定量的銻溶液。
[0013]討論的特征、功能和優(yōu)勢可在各種實施方式中獨立完成，或可在還其它的實施方式中結(jié)合，根據(jù)下列說明和附圖，可見其進(jìn)一步細(xì)節(jié)。
[0014]附圖簡述
[0015]圖1A和IB是由提供鍍錫的各種實施方式執(zhí)行的操作的說明。
[0016]圖2是依照各種實施方式的鍍層結(jié)果的表格。
[0017]圖3和4是說明顯不晶須和球粒的鍛錫的圖像。
[0018]圖5是依照一個實施方式的不顯示晶須或球粒的錫銻鍍層的圖像。
[0019]圖6是說明錫須的圖像。
[0020]圖7是可在一個實施方式中使用的電鍍浴的說明。
[0021]詳述
[0022]當(dāng)與附圖結(jié)合閱讀時，下列某些實施方式的詳述將更好理解。應(yīng)當(dāng)理解，各種實施方式不限于附圖所示的安排和工具。
[0023]如這里使用的，以單數(shù)敘述和詞“一個(a) ”或“一個(an) ”修飾的元件或步驟應(yīng)當(dāng)被理解為不排除復(fù)數(shù)的所述元件和步驟，除非這樣的排除是明確表述的。此外，提及“一個實施方式(one embodiment) ”并非意欲被理解為排除也包含敘述特征的額外實施方式的存在。而且，除非明確相反表述，“包括(comprising) ”或“具有(having) ”具有特定性質(zhì)的一個元件或幾個元件的實施方式可包括不具有那種性質(zhì)的額外的這樣的元件。
[0024]這里描述和/或說明的各種實施方式提供的鍍錫系統(tǒng)和方法可用于例如電子設(shè)備，并減少或阻止電鍍后錫須生長。一些實施方式包括向純鍍錫中添加銻以抑制晶須生長。各種實施方式可用于例如不同應(yīng)用的電子設(shè)備，例如陸地、天空、海洋和太空應(yīng)用(例如航天或商業(yè)電子設(shè)備)。例如，一個或多個實施方式可用于醫(yī)學(xué)應(yīng)用(例如心臟起搏器)、軍事應(yīng)用(例如雷達(dá)系統(tǒng)或?qū)?、空間應(yīng)用(例如衛(wèi)星)或能源應(yīng)用(例如核能系統(tǒng))。然而，各種實施方式可用于包括鍍錫元件(例如，電氣元件如繼電器)的其它應(yīng)用。
[0025]應(yīng)當(dāng)注意的是，盡管各種實施方式包括使用具體參數(shù)的方法和過程，例如具體的溫度、鍍層厚度、使用的材料數(shù)量、定時以及其它參數(shù)，但是這些參數(shù)可被改變。
[0026]各種實施方式提供了生產(chǎn)包含錫(Sn)和銻(Sb)的電鍍層的方法。例如，這里描述的一些實施方式向錫中摻雜銻，例如將銻放入錫中以減少或阻止錫銻鍍層中的晶須形成。在一個實施方式中，電鍍層包含的銻可以是1%至3%之間的任何值或值范圍。例如，在一個具體的實施方式中，電鍍層可包含97.6%的錫和2.4%的銻。在另一個實施方式中，銻含量可以是至多5 %的任何值或值范圍。在還另一個的實施方式中，銻含量可在I %以下和5%以上改變。在仍其它的實施方式中，銻含量小于約3%。因此，雖然下面描述了不同的實例，但這些實例是以非限制的為進(jìn)一步說明各種實施方式目的而呈現(xiàn)。
[0027]各種實施方式提供了如圖1A和IB中說明的電鍍方法100。電鍍方法100可用于向鍍錫中摻雜例如約1%至約3%的銻。然而，方法100可被修改為生產(chǎn)含有或多或少銻含量的鍍層。此外，方法100可使用所討論的不同實施方式的結(jié)構(gòu)或方面。在各種實施方式中，某些步驟可省略或增加，某些步驟可結(jié)合，某些步驟可同時或并行執(zhí)行，某些步驟可被分為多個步驟，某些步驟可以不同的順序執(zhí)行，或某些步驟或一系列步驟可以重復(fù)的方式重新執(zhí)行。
[0028]在一個實施方式中，方法100提供了用于鍍錫的電鍍浴，其產(chǎn)生電解液。方法100一般包括在102在去離子水中溶解硫酸亞錫。例如在一個實施方式中，將1.50克硫酸亞錫(II)(例如99.6%，可得自Alfa Aesar)溶解在30毫升去離子水中。在其它實施方式中，硫酸亞錫的數(shù)量可增加或減少以具有高于或低于約1.50克的值或值范圍，例如I至3克之間。在仍其它的實施方式中，硫酸亞錫具有高至5克的值或值范圍。在還其它的實施方式中，可使用低于I克和高于5克的或高或低的量或量范圍的硫酸亞錫。此外，去離子水的數(shù)量可大于或小于約30毫升。應(yīng)當(dāng)注意的是，可使用本領(lǐng)域的任何適當(dāng)工藝執(zhí)行硫酸亞錫的溶解。
[0029]方法100還包括在104過濾硫酸亞