一种铜核球焊料层电镀液及其制备方法及电镀工艺方法与流程

本发明涉及电子产品封装，特别涉及一种铜核球焊料层电镀液及其制备方法及电镀工艺方法。

背景技术：

1、近年来，随着电子产品为满足轻量化、纤薄化和多功能化的需求，以堆叠封装pop为代表的3d封装技术应运而生，在3d封装过程中，其工艺过程需经过多次热制程，传统锡球在多次热制程过程中由于自身融化，无法保持稳定的结构，故采用铜球为核芯，外镀焊料层，代替传统bga焊球，以此来保证热制程中电子产品结构的稳定性及焊接的可靠性。

2、目前，常用的锡基焊料合金可分为锡铅焊料合金和锡基无铅焊料合金，锡铅焊料合金由于具有良好的使用性能被广泛用于微电子互连领域，但由于铅金属存在毒性以及对环境不友好，为顺应绿色环保的需求，必须限制焊料合金中铅元素的使用。

3、无铅焊料需满足润湿性好、熔点低的要求，同时必须与微型化的封装趋势相契合，以满足多功能和便携性的需求，低熔点锡铅共晶焊料的替代物中，目前广泛使用的是锡银铜三元焊料合金；就焊点可靠性而言，最接近锡铅焊料体系的是锡银铜共晶焊料合金；目前商用锡银铜焊料一般为sn-3ag-0.5cu。

4、ag+和cu2+的沉积电位分别为+0.7991v和+0.340v，远高于sn2+(- 0 .1375v)，使得sn-ag-cu合金共沉积困难；与此同时，三元合金镀液成分复杂，不同离子之间可能存在反应，例如银离子会与亚锡离子反应，生成4价锡离子与银，锡银铜合金的电沉积行为难以控制，且目前锡银铜焊料的电沉积工艺还在厘米尺度上，而铜核球尺度一般为0.1-0.5mm，这使得电镀效果往往不理想，存在镀层不平整、有机物夹杂多的问题，影响了焊点的可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种铜核球焊料层电镀液及其制备方法及电镀工艺方法，电镀液成分均一、镀层表面平整、有机物夹杂少、可焊性良好；镀液稳定，绿色环保，无废水处理问题。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、一种铜核球焊料层电镀液，包括甲基磺酸0.2-4mol/l、锡盐0.1-0.5mol/l、银盐0.0006-0.02mol/l、铜盐0.0005-0.01mol/l、添加剂5-40ml/l和络合剂0.1-10ml/l。

4、具体的，所述的锡盐为甲基磺酸锡溶液、硫酸亚锡或氧化亚锡固体。

5、具体的，所述的银盐为甲基磺酸银或氧化银。

6、具体的，所述的铜盐为甲基磺酸铜溶液或氧化铜固体。

7、具体的，所述的添加剂为苄叉丙酮、肉桂醛、苯乙烯基苯甲酮、对苯二酚、萘磺酸、肼、邻苯三酚、酚磺酸、甲酚磺酸、表面活性剂op-21、对，对1-二氨基二苯甲烷、抗坏血酸中的两种或两种以上。

8、具体的，所述的络合剂为柠檬酸铵、柠檬酸钠、n-羟乙基乙二胺三乙酸、焦磷酸钾、氨基磺酸、苯酚磺酸、硫脲、乙二胺四乙酸二钠、三乙醇胺中的一种或多种。

9、一种铜核球焊料层电镀液的制备方法，具体步骤为：在电解槽中加入规定体积30-35％的水，再加入甲基磺酸搅拌并冷却至30℃以下；再依次络合剂、银盐、铜盐、锡盐，补充纯水至规定体积后，加入添加剂。

10、一种基于铜核球焊料层电镀液的电镀工艺方法，具体流程包括除油-除锈-活化-镀镍-镀锡银铜-中和-烘干。

11、具体的，所述的镀锡银铜步骤中滚镀时电流密度为0.1-1a/dm2，挂镀时电流密度为1-10a/dm2，搅拌速度为0-300rpm/min，温度为20-40℃；阳极为纯锡材质或铂金钛网，阴极为待电镀铜核球工件；阳极面积∶阴极面积≥2∶1。

12、具体的，所述的镀锡银铜步骤中，甲基磺酸补充量通过滴定法检测，锡盐、银盐和铜盐的补充量通过aa原子吸收光谱仪或滴定法检测离子浓度；添加剂、络合剂通过霍尔槽实验调整。

13、由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

14、本发明所用添加剂会选择性地吸附在阴极高电流密度区域，在该处阻碍金属配离子的放电，使高电流密度区镀层生长缓慢，从而形成平整细致的镀层；添加剂可消耗镀液里的氧来延缓镀液氧化进程；络合剂主要作用为与主盐离子反应生成络合物，起到稳定作用，并降低沉积电位差；制备方法及电镀工艺方法采用较高的温度可以提高电流密度上限，搅拌可提高镀层平整度，并提高电流上限，获得均一的镀层；简单快捷，易操作，并可电镀较厚镀层，且表面均一、分散能力好、覆盖能力强，实用性强。

技术特征：

1.一种铜核球焊料层电镀液，其特征在于：包括甲基磺酸0.2-4mol/l、锡盐0.1-0.5mol/l、银盐0.0006-0.02mol/l、铜盐0.0005-0.01mol/l、添加剂5-40ml/l和络合剂0.1-10ml/l。

2.根据权利要求1所述的铜核球焊料层电镀液，其特征在于：所述的锡盐为甲基磺酸锡溶液、硫酸亚锡或氧化亚锡固体。

3.根据权利要求1所述的铜核球焊料层电镀液，其特征在于：所述的银盐为甲基磺酸银或氧化银。

4.根据权利要求1所述的铜核球焊料层电镀液，其特征在于：所述的铜盐为甲基磺酸铜溶液或氧化铜固体。

5.根据权利要求1所述的铜核球焊料层电镀液，其特征在于：所述的添加剂为苄叉丙酮、肉桂醛、苯乙烯基苯甲酮、对苯二酚、萘磺酸、肼、邻苯三酚、酚磺酸、甲酚磺酸、表面活性剂op-21、对，对1-二氨基二苯甲烷、抗坏血酸中的两种或两种以上混合。

6.根据权利要求1所述的铜核球焊料层电镀液，其特征在于：所述的络合剂为柠檬酸铵、柠檬酸钠、n-羟乙基乙二胺三乙酸、焦磷酸钾、氨基磺酸、苯酚磺酸、硫脲、乙二胺四乙酸二钠、三乙醇胺中的一种或多种。

7.一种如权利要求1所述的铜核球焊料层电镀液的制备方法，其特征在于：具体步骤为：首先在电解槽中加入规定体积30-35％的水，再加入甲基磺酸搅拌并冷却至30℃以下；再依次络合剂、银盐、铜盐、锡盐，补充纯水至规定体积后，加入添加剂。

8.一种基于权利要求7所述的铜核球焊料层电镀液的电镀工艺方法，其特征在于：具体流程包括除油-除锈-活化-镀镍-镀锡银铜-中和-烘干。

9.根据权利要求8所述的铜核球焊料层电镀液的电镀工艺方法，其特征在于：所述的镀锡银铜步骤中挂镀时电流密度为1-10a/dm2，滚镀时电流密度为0.1-1a/dm2，搅拌速度为0-300rpm/min，温度为20-40℃；阳极为纯锡材质或铂金钛网，阴极为待电镀铜核球工件；阳极面积∶阴极面积≥2∶1。

10.根据权利要求8所述的铜核球焊料层电镀液的电镀工艺方法，其特征在于：所述的镀锡银铜步骤中，甲基磺酸补充量通过滴定法检测，锡盐、银盐和铜盐的补充量通过aa原子吸收光谱仪或滴定法检测离子浓度；添加剂、络合剂通过霍尔槽实验调整。

技术总结本发明介绍了一种铜核球焊料层电镀液及其制备方法及电镀工艺方法，铜核球焊料层电镀液包括甲基磺酸、锡盐、银盐、铜盐、添加剂和络合剂。在电解槽中加入规定体积30‑35％的水，再加入甲基磺酸搅拌并冷却至30℃以下；再依次络合剂、银盐、铜盐、锡盐，补充纯水至规定体积后，加入添加剂。具体流程包括除油‑除锈‑活化‑镀镍‑镀锡银铜‑中和‑烘干。本发明简单快捷，易操作，并可电镀较厚镀层，且表面均一、分散能力好、覆盖能力强，实用性强。技术研发人员：李自强,闫焉服,顾天亮,爨帅文受保护的技术使用者：海普半导体（洛阳）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/4