1724440 - Способ золочения металлических изделий

Способ золочения металлических изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для покрытия деталей радиоэлектронной аппаратуры. Цель - повышение качества покрытия. Смешивают масД мелкодисперсного порошка золота, 20-50 мас.% органического связующего и 0,1-3,0 м ас.% порошка стекла, полученную пасту наносят на поверхность изделия, которое подвергают термообработке в две стадии: при 80-200°С в течение 10-30 мин, при 500-620°С в течение мин. Термообработку на последней стадии можно проводить в восстановительной атмосфере. 1 з.п.ф-лы, 1 таблз (Л К) 44- Јъ О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИС -ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (gg)g B 22 F 7/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОИ:НОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4866699/02 (22) 26.06.90 (46) 07.04,92. Бюл. и 13 (71) Научно-исследовательский институт материаловедения им.А.Ю.Малинина (72) В.А.Тукмачев, А.В.Агафонов, H Н.Чигонин, А.В.Кощиенко

Н.А.Абдуллин, В.Н.Никитин, Г,Б.Тяпнин, Г.В,Зарицкий, А.Н.Богда-, нов, В.И.Руденко, В.А. Боровков и Ю.Т,Колосов (53) 621 79(088.8) (56) Курноскин Г.А., флеров В.Н., Шульпин Г.П. Химическое золочение в электронной технике.- Обзоры по электронной технике. сер.7, Технология, органиэация производства и оборудование.- М.: ЦНИИЭлектроника, 1985, вып.12, с.40.

Курноскин Г.А., Флеров В.Н.

Оптимизация анодного режима в кислых цианоуратных электролитах эолочения.- Защита металлов, 1977, Р 2, с.243-245.

Патент Великобритании У 2130248, кл. С 7 О 1983.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к способам золочения металллических поверхностей деталей радиоэлектронной аппаратуры (транзисторов, светодиодов, корпусов

ИС и т.п,) при получении золоченых зон под монтаж кристалла кремния и разварку проволочных выводов.

„„SU„„1724440 А 1

2 (54) СПОСОБ ЗОЛОЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ

ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для покрытия деталей радиоэлектронной аппаратуры. Цель повышение качества покрытия. Смешивают 47-80 мас.4 мелкодисперсного порошка золота, 20-50 мас.3 органического связующего и 0,1-3,0 мас.> порошка стекла, полученную пасту наносят на поверхность изделия, которое подвергают термообработке в две стадии: при 80-200 C в течение

10-30 мин, при 500-620 С в течение

5-15 мин. Термообработку на послед9 ней стадии можно проводить в восстаноеителиной атмосфере. 1 а.л.ф-лы, (/)

1 табл.

Известен метод химической металлизации радиоэлектронных деталей, заключающийся в осаждении золотого покрытия из электролита, включающего соль золота и восстановитель, при скорости процесса, составляющей в зависимости от металла основы и режима

1724440

55 процесса 0,5-5 мкм/ч и температуре

70-80 С.

Недостатками метода химической металлизации являются низкое качество покрытия, обусловленное трудностью контроля толщины наносимого покрытия вследствие постоянного снижения скорости процесса, большой расход золота вследствие использования растворов одноразового дейст.вия и дорогих химикатов.

Известен также способ локального гальванического золочения радиоэлектронных деталей, включающий предварительную подготовку деталей, нанесение на них защитного маскирующего покрытия, помещение в гальваническую ванну с электролитом и последующее удаление маски.

К недостаткам метода относятся низкое качество покрытия, обусловленное неравномерностью толщин покрытий, особенно для сложнопрофильнь:х изделий, и низкой рассеивающей способностью электролита.

Наиболее близким к предлагаемому является способ золочения металлических поверхностей преимущественно медьсодержащих сплавов, включающий нанесение золотосодержащей: пасты, состоящей из 60- 95 мас.Ф, неорганической фазы, включающей, мас.Й:" мелкодисперсный порошок золота с размером частиц 0,1-5 мкм 65-. 97; сплав кадмий/сурьма 3-25, .медь 0-2 и серебро 0-30 и 5-40 мас.ь органической фазы, последующее вжигание в инертной атмосфере с выдержкой при . пиковой температуре 650 С в течение

5 мин с общим временем цикла 45мин..

Недостатки: метода - низкое качество покрытия (пористое, хрупкое), обусловленное высокой вязкостью паст указанного состава, что не обеспечивает, в конечном итоге, надежного крепления кристаллов кремния на золотокремниевую эвтектику и снижает выход годных. Кроме того, наличие значительных количеств Cd/Sb приводит к тому, что состав пасты менее способен к образованию эвтектического спая при монтаже кристалла коемния.

Цель изобретения - повышение качества покрытия.

Э5

Поставленная цель достигается тем, что согласйо способу золочения металлических изделий, включающему смешивание мелкодисперсного порошка золота и нанесение полученной пасты на поверхность изделия и термообработку, в смесь дополнительно вводят порошок стекла при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.4:

Иелкодисперсный порошок золота 47-80

Порошок стекла 0,1-3,0

Органическое связующее 20-50 термообработку проводят в две стадии: при 80-200 С в течение 1030 мин и при 500-620 С в течение 515 мин.

При этом вторую стадию термообработки проводят в восстановительной атмосфере.

Нанесение на металлические изделия слоя пасты, содержащей мелкодисперсный порошок золота, порошок стекла и органическое связующее проведение первой стадии термообработки в течение 10-30 мин при 80-?00 С и второй стадии термообработки в восстановительной или инертной атмосфере при максимальной температуре 500620 С в течение 5-15 мин, приводят к получению на металлической поверхности в зоне монтажа кристалла кремния и на траверсах выводов локального золотого покрытия высокого качества, обеспечивающего качественную посадку кристалла на золотокремниевую эвтектику и разварку проволочных выводов с более высоким выходом годных по сравнению с известным способом.

Паста при указанных соотношениях компонентов содержит, кроме мелкодисперсного порошка золота, лишь минимально необходимое количество неорганического компонента - порошка стекла, обеспечивающего смачивание металлической поверхности при расплавлении стекла в процессе второй стадии термообработки и, следовательно улучшение адгезии золотого покрытия к основанию. Органическая фаза пасты, удаляемая в процессе термооб-. работки, обеспечивает нужную консис. тенцию композиции на стадии нанесения ее на поверхность изделия. При

О изделий: облужи в. 1 в1е выводов . ге рметизация приборов и др.

Проведение второй стадии чермообработки пасты при температуре ниже

500 С не обеспечивает спекания частиц .золота, в результате чего образуется рыхлое, губчатое покрытие с низкой адгезией к основе. Повышение о. температуры термообработки выше 6" .0 С приводит к ухудшению качества золотого слоя вследствие повышенной диффузии материала основы в слой золота, что.отрицательно сказывается припоследующем монтаже кристаллов кремния.

Пример 1. Готовят золотосодержащую пасту с вязкостью 4,5 Па.с при ?О"Г для чего берут 72 мас l порошка золота, 0,5 мас Д порошка стекла и 27,5 мас.l органического связующего состава, мас.<: этилцеллюлоза 1,3; терпинеол 10,3; дибутилфталат .75,4, канифоль 0,5.

Приготовленную пасту гомогенизируют,после чего тонким слоем с помощью профилированного инструмента наносят в зону монтажа кристалла кремния для получения отпечатка требуемых размеров. Таким же образом с помощью инструмента пасту наносят на траверсы выводов.

Полученную пасту наносят на ножки Я.53 395.002 с покрытием никельбор, используемые в производстве транзисторов.

Ножки с нанесенной пастой подвергают термообработке, заключающейся в выдержке при 110 Г в течение 20 мин.

После первой стадии термообработки осуществляют вторую стадию термообработки, для чего ножки пропускают через конвейерную секционную печь с температурой в наиболее горячей зоне

600+10- С и выдержкой в ней в течение

8 мин при общем времени цикла 50 мин.

Вторую стадию термообработки проводят в инертной атмосфере, например, азота. Контроль золотого покрытия осуществляют визуально на наличие вздутий и шелушения, расчетным методом определяют коэффициент, учитывающий пористость. Посадку кристаллов на золотое покрытие проводят на установке "Молния", Толщина слоя золота в зоне монтажа составляет 36 мкм. Разварку проволочных выводов на золоченые траверсы выводов про5

172444 разлиЧных комбинациях состава динамическая вязкость пасты должна находиться в пределах 2-7 Па ° с, так как в этом случае образуется равномерный слой пасты на изделии, после второй стадии термообработки которого получается золотое покрытие хорошего качества толщиной 3-10 мкм.

При вязкости пасты менее 2 Па.с 10 трудно получить отпечаток нужного размера вследствие значительного растекания пасты на поверхности основы, при использовании пасты с вязкостью более 7 Па с образуется плотный отпечаток, плохо сохнущий, что приводит к снижению качества покрытия, вспучиванию и отслоению золотого слоя при вжигании.

Первая стадия термообработки пасты при 80-200 С в течение 10-30 мин обеспечивает удаление легколетучих компонентов органической фазы, . что приводит к уплотнению слоя пасты.

Введение первой стадии термообработки пасты позволяет получить в дальнейшем плотное золотое покрытие хорошего качества и с хорошей адгезией к материалу подложки. Проведение термообработки при температуре менее 80 С не позволяет удалить большую часть растворителей, что приводит в дальнейшем к снижению качества золотого покрытия (вздутию) .

Проведение первой стадии термообра35 ботки при температуре более 200 С вызывает резкое испарение растворителей, входящих в состав пасты, что также приводит к снижению качества 40 покрытия (образованию очень пористо" го слоя с низкой адгезией к основе) °

Проведение второй стадии термообо работки при 500-620 С в течение 515 мин обеспечивает удаление органи- 4> ческого связующего и спекание частиц золота, приводящее к формированию качественного золотого слоя. При этом происходит расплавление порошка стекла, что способствует равномерному 50 распределению частиц золота в слое, улучшает адгезию к материалу основы и качество покрытия. Проведение термообработки в восстановительной или . инертной атмосфере позволяет избежать окисления материала основы при повышенных температурах, что обеспечивает высокое качество выполнения последующих операций по сборке

17244чО до 94,Я и на стадии выхода годных приборов до 926.

Кроме того, при зональном золочении ножки Я 53.395.002 с помощью предлагаемой золотосодержащей пасты расход золота на 1000 ножек снижается с 26,44 до 1,5 r (в 18 раз).

ТемпеВреТенВреАтмосферз термообра боткн

Выход годных стаВыход г олива> прибо-. ров, о

Ссстав пасты> мас. ь

Качество покрытия

flpt>мер ратура первой сталин тернообработки, 0С пература вторО« стамя обмя обАдгезня по усилие сдвига кристал ла, кГс

Козффициент, учитывака1ий пористость промоет ь нз отВздутия, шалу шенка (н ьн есть, tl i> нет) Органическое сзязуошее йоро шок стек ла

flopoЛни сборки

В работработшок

Дибутчлфталат

Канн фоль

Терпима оп

Этилцеллопоза золоки, мин рмв проволочных выводов г та дии терно06рз ботки, С

o,9О 8,0

0,9г 10,0

4«10

6-1г

94,5 84

96,0 9г

15,4

0,5 110

600

ВО

Азот

Âîëîрод

Азот

10,З

10,3

0,5 1,3

1 7г,О

72,0

19,0

6,90

6,4

19,84

7 30

i7>45

6,5

19 5

19,0

6,5

7,5

6,9 г1,0

5,0

16,5

1г,О

1O,О

10,0

10 >3

10,3

9г,5 81

9г,О 80

92,0 81

91,0 80

93,0 Вг

48 58

46 37,0

44 36,5

45 37,0

45 37,5

47 38

47 3.7,5

46 37,0

37,0;

ОЗ 36,5

36,5

43 36,0

44 36,5

45 37,5 . о,ео 6,0

0,85 7 ° О

0,75 5,5

0,8о 5,4

0,73 4,г

0 ° Вг 6,5

0,70 0,78

0,70 0,68

0,65 О,бг

0,60 0,63

0,60 0,70

0,60 0,7г

0,63 0,62 .О,бг 0,61

0,65 0,6г

0,60, 0,68

0,60 0,64

0,60 0,80

0,65 0,65

58о

500 бг0

5гО

590

1г

1г в

1г

0,5 200

0,5 80

0,3 150

О ° 71 100

О,ВВ i60

0>г 90

o,з ieo

0,5 140

0,5 180

0,45 100

0,5 190

0,3 150

6>5 100

0,5 80

0,5 100

0,5 80

1,г 150

0,1 85

0 5 ггО

0,5 70 г8,0

i1,O г3,67 гг,35

9,6 г9,85

io,o г9,6 г7,0 °

10,5.

17,0

lz,5 г6,5

15,5

31,0

8,5 г4,1

9.9

15,4

i5.4

ЗО

10 г5

1г гб

10 гО

10 г5 г5

10 г5

3-10

4-10

3-10

3-9

3-10

2-6

1-4 !

-4

1-4

1-5

1-4

1 "4

i «4

1-4

1-5

47,0

4 80,0

5 65,0

6 .55,0

7 79>5

В 48,0

9 Вг,О

10 45,0

11 48,0

12 80,0

1З 7O.O

14 79,3

15 48,0

16 75,0

17. 49,0

18 75,0

19. 60, О

20 75,0

21 ° 72,0

«гг 72,0

3,0 2,5

О,1 1,5 г,О 2,63

1 5 0,6

0,92 1,В

z>5 г,О

o,z

2,8 г,6

4,0 1,5

0,05 г,5 г,О 3,0

О ° 5 0,5 г,o 2,0

2;0 2,0 г,О !,0 г,О 2,0 . 2,5 г,г

2,5 г 5

0,5 1,3

tl»

tI н н н

° I и

««l >

« I I

«ll

II н

ll водят методом термокомпрессии на установке НПВ-1А. Контроль собранно ножки проводят, оценивая качество монтажа кристалла, по усилию сдвига кристалла и по прочности крепления проволочных выводов (по нормативу усилие отрыва не менее 3 r). Испытанию подвергалась выборка из 10 изделий. Выход годных на стадии сборки ножки составляет 94,S>. Далее проводят операции герметизации, облуживания выводов и контроля готовых транзисторов, выход годных приборов составляет 843.

Пример 2. Золочение проводят аналогично примеру 1, при этом вторую стадию термообработки проводят в восстановительной атмосфере, например, водорода при расходе

200 л/ч в водородной печи У-48.

Выход годных на стадии сборки ножки составляет 94,5F. Выход годных приборов 926.

Остальные примеры осуществления способа приведены в таблице.

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с известным повышение качества покрытия (увеличение адгезии по усилию сдвига. кристалла прочности на отрыв проволочных выводов; снижение пористости), что позволяет увеличить выход годных на стадии сборки ножки формула изобретения

1. Способ золочения металлических изделий, включающий смешивание мелко- дисперсного порошка золота и органического связующего, нанесение полученной пасты на поверхность изделия и термообработку, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повыше20 ния качества покрытия, в смесь дополнительно вводят порошок стекла при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.3:

Золото 47-80

Стекло, О, 1-3,0

Органическое связующее 20-50 а термообработку проводят в две стадии: при 80-200 С в течение 1030 мин и при ЭОО-620 С в течениез-305-15 мин.

2. Способ по п.1, отличаюшийся тем, что вторую стадию термообработки проводят в восстановительной атмосфере.

Продолжение таблицы

1724440 пример

Вихор Выход

Качество покрытия

ВреАтмосфе

Вре- ТенТенпеСостав пасты, мас. ппных стагод! мх мя обАрг азия пр

0poilприборов, Взрутура втора

Органическое связующее

llopo аок стекла

Пороаок золе та

fI!!p сборки

2 ность на отработтия, тернообработКанифоль рор стаДибутипфталат усилию сдвига кристап па, кГс аепуТерпинеол

Зтил" целлюлоза аеиие (и+и работки ки ки, npoeo-. дим тернин почных выводов г есть, и и нет) ра бптки, С

Составитель И.Пойменова

Редактор В.Петраш Техред П.Олийнык Корректор A.O(3py lap

Заказ 1138 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, .Ж-35, Раушская набьв д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,101

I (.3-! вестный) 48,0

48,0

65,0

55,0

56,0

2,0

1,5

О ° 9

2,0 21,0

2>5 11;2

1,8 12,0

1,3 16 ° 6

1,8 16,3

Органическое

26,5 0,5

19,0 0,3

19,0 0,7

25,0 0,6

25,8 0,2 связующее 30 ратура первой стадии тер° !ообрабпт км, С

120.

120

590 8

610 8

650 8

470 8

600 18

600 3

650 и и

I! и !! и

Коэффициент, учитывающий пористость

0,63

0,62

0,65

0,60

0,65

0,62

0,60

0,70

0,65

0,80

0,60

0,80

0,65

0,60

1-5

1-4

1-3

l-6

1-6

1-3

46 37,5

47 37.5

43 36,0

43 36,5

48 38,0

35.5

42 35,0

Способ золочения металлических изделий

Патент 1724440