通過(guò)將錫與鍺摻雜減輕錫和鍍錫表面上的錫須生長(zhǎng)的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開(kāi)內(nèi)容一般地涉及錫電鍍的領(lǐng)域。更具體地，本公開(kāi)內(nèi)容涉及通過(guò)將錫與鍺 摻雜減輕鍍錫膜和鍍錫表面上的錫須形成的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 世界范圍內(nèi)至無(wú)鉛電子產(chǎn)品產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變迫使電子元件的絕大多數(shù)供應(yīng)商將他們 的生產(chǎn)線從含錫/鉛修飾劑（finishes)轉(zhuǎn)換至無(wú)鉛修飾劑。結(jié)果，大多數(shù)電子產(chǎn)品產(chǎn)品供 應(yīng)商已經(jīng)變更至純的電鍍錫修飾劑。然而，電鍍純錫修飾劑存在形成錫須的傾向，所述錫須 從表面延伸一段距離。這樣的錫須已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在多種多樣的鍍錫元件上形成，并且在大范圍 的環(huán)境條件下形成。由于這些錫須由幾乎純的錫組成，并且因此是導(dǎo)電的，它們可引起問(wèn) 題，比如，例如，電子元件的短路。因此，來(lái)自鍍錫表面的錫須的生長(zhǎng)繼續(xù)引起使用鍍錫的元 件的電子系統(tǒng)的可靠性問(wèn)題和其它問(wèn)題。可歸因于鍍錫表面上的錫須形成的電子產(chǎn)品產(chǎn)品 的非期望的效應(yīng)已經(jīng)引起顯著的顧客不滿(mǎn)，其導(dǎo)致對(duì)電子產(chǎn)品制造商的顯著的財(cái)務(wù)影響。 至今，確保錫須不在電子系統(tǒng)內(nèi)生長(zhǎng)的唯一方法是從這樣的系統(tǒng)消除純的錫。然而，在電子 工業(yè)中對(duì)使用錫和鍍錫元件的增加的依賴(lài)使得此錫消除策略難以實(shí)行。
[0003] -個(gè)錫須減輕策略是將全部鍍錫元件引線（leads)浸入熔融的錫/鉛，從引線的 尖端直至元件主體。然而，此方法可非期望地影響元件，并且在制造過(guò)程中實(shí)施是昂貴的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)一個(gè)變型，本公開(kāi)內(nèi)容涉及減羥基材表面上的錫須生長(zhǎng)的方法。溶解含鍺化 合物以制造含鍺溶液。水和絡(luò)合劑然后添加至含鍺溶液。水溶性含錫化合物然后添加至含 鍺溶液?？稍诤a化合物添加至含鍺溶液之前或之后添加任選的表面活性劑/流平劑。將 電極浸入溶液，而且電極連接至能夠提供電流的電源。開(kāi)啟電源以提供電流至溶液，其導(dǎo)致 一定量的鍺和錫共沉積至陰極基材表面上。根據(jù)一個(gè)變型，陰極基材表面包括比如銅一一 一種常用于電子元件例如引線的材料。優(yōu)選地，鍺和錫共沉積至基材表面上，至大約1至大 約10微米的厚度，量為按重量計(jì)大約〇. 5至大約5重量百分比的鍺和按重量計(jì)99. 5至大 約95 %的錫。
[0005] 根據(jù)進(jìn)一步的變型，含鍺化合物選自二氧化鍺、或可溶于水溶液的其它含鍺化合 物，所述水溶液優(yōu)選是堿性溶液。優(yōu)選地，二氧化鍺溶解在氫氧化鈉溶液中。根據(jù)仍進(jìn)一步 的變型，含鍺化合物作為鹽直接提供至溶液，比如氟硼酸鍺、或其它水溶性鍺鹽、和其組合。 可以理解的是，含錫化合物作為水溶性鹽添加至溶液，優(yōu)選是硫化亞錫（II)。
[0006] 本公開(kāi)內(nèi)容進(jìn)一步涉及減羥基材表面上的錫須生長(zhǎng)的方法，其包括以下步驟：在 堿性溶液中溶解一定量的含鍺化合物（優(yōu)選是在氫氧化鈉溶液中溶解二氧化鍺）、添加一 定量的水--優(yōu)選是去離子水--至溶液中的含鍺化合物、添加絡(luò)合劑（優(yōu)選是d，1-酒石 酸）、任選地添加表面活性劑/流平劑、和將一定量的含錫化合物（優(yōu)選是硫化亞錫（II)) 溶解入含鍺溶液。將含錫陽(yáng)極電極浸入含鍺和含錫溶液，并且將陰極基材表面浸入含鍺和 含錫溶液。電源被提供至陽(yáng)極電極和包括陰極基材表面的陰極基材（充當(dāng)電極），并且然后 被開(kāi)啟以提供電流至電極，導(dǎo)致將一定量的鍺和錫共沉積至基材表面上。本公開(kāi)內(nèi)容的系 統(tǒng)、方法和裝置還可在使用三電極系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法中使用或被并入其中，其中第三電極 被用作參比電極。
[0007] 在進(jìn)一步的變型中，本公開(kāi)內(nèi)容涉及制造電鍍?cè)〉姆椒?，其包括以下步驟：在堿性 溶液中溶解一定量的含鍺化合物（優(yōu)選是在一定量的氫氧化鈉溶液中溶解二氧化鍺）、添 加一定量的水（優(yōu)選是去離子水）至含鍺溶液、添加一定量的絡(luò)合劑（優(yōu)選是d，1-酒石 酸）至含鍺溶液、任選地添加表面活性劑/流平劑、和將一定量的水溶性含錫化合物（優(yōu)選 是硫化亞錫（II))溶解入含鍺溶液。此外，本公開(kāi)內(nèi)容考慮根據(jù)上面的方法制造的電鍍?cè)　?br>[0008] 在仍進(jìn)一步的變型中，本公開(kāi)內(nèi)容涉及電鍍?cè)?，其包括水溶液中的一定量的含鍺 化合物（優(yōu)選是一定量的氫氧化鈉溶液中的二氧化鍺）、添加至溶液的一定量的水、一定量 的絡(luò)合劑（優(yōu)選是d，1-酒石酸）、一定量的任選的表面活性劑/流平劑、和一定量的含錫 化合物（優(yōu)選是硫化亞錫（II))。
[0009] 仍更進(jìn)一步，本公開(kāi)內(nèi)容涉及通過(guò)將一定量的鍺和錫共沉積至基材表面上減輕錫 須生長(zhǎng)的涂層。根據(jù)優(yōu)選的變型，將鍺和錫電沉積至基材表面上，優(yōu)選至大約1微米至大約 10微米的厚度。優(yōu)選地，基材表面包括銅，并且鍺優(yōu)選地以以下濃度與錫共沉積至基材上： 大約0. 5至大約5重量百分比的鍺，和更優(yōu)選地，大約1至大約2重量百分比的鍺。
[0010] 本公開(kāi)內(nèi)容考慮將描述的涂層有效地用于涂覆任何物體，其包括但絕不限于電子 元件，在其中通過(guò)將純的含錫表面替換為錫和鍺鍍層而減輕錫須的形成是期望的。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 在已經(jīng)概括地如此描述了本公開(kāi)內(nèi)容的變型之后，現(xiàn)在可以參照附圖，其不一定 按比例繪制，并且其中：
[0012] 圖Ia和Ib是將包括鍺和錫的涂層電鍍至基材表面上的過(guò)程的流程圖；
[0013] 圖2是用于將鍺和錫涂層電鍍至基材表面上的電鍍?cè)〉氖疽庑詧D示；
[0014] 圖3是將包括純錫的涂層電鍍至基材表面上的過(guò)程的流程圖；
[0015] 圖4和5是從純的鍍錫基材表面生長(zhǎng)的錫須的顯微照片；
[0016] 圖6是涂覆有包括鍺和錫的鍍層的表面的顯微照片；
[0017] 圖7是具有沿著元件主體的周邊取向的引線的電子元件的示意性圖示；和
[0018] 圖8是圖7中所示的引線的進(jìn)一步放大的示意性圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本公開(kāi)內(nèi)容涉及摻雜有鍺的電鍍錫膜的開(kāi)發(fā)，所述電鍍錫膜抑制錫須從電鍍基材 表面的生長(zhǎng)，否則其通常在鍍錫基材上發(fā)生。向錫添加一定量的鍺一一大約0. 5至大約5 重量百分比的鍺一一現(xiàn)在已經(jīng)顯示顯著地抑制非期望的錫須生長(zhǎng)。
[0020] 圖Ia顯示了一個(gè)優(yōu)選的電鍍方法變型IOa的流程圖。在水溶液中溶解一定量的 含鍺化合物12a。一定量的水添加至含鍺溶液14a。一定量的絡(luò)合劑添加至鍺溶液16a。任 選地，一定量的表面活性劑/流平劑添加至鍺溶液17a。一定量的水溶性含錫化合物溶解入 溶液并添加至鍺溶液18a。錫和鍺溶液然后被用于電鍍基材表面19a。
[0021] 圖Ib顯示了一個(gè)優(yōu)選的電鍍方法變型IOb的流程圖。在氫氧化鈉溶液中溶解一 定量的二氧化鍺12b。一定量的去離子水添加至含鍺溶液14b。一定量的d，1-酒石酸添加 至鍺溶液16b。任選地，一定量的表面活性劑/流平劑添加至鍺溶液17b。一定量的硫化亞 錫（II)添加至鍺溶液18b。錫和鍺溶液然后被用于電鍍基材表面19b。
[0022] 如圖2所示，電鍍?cè)?0包括容器24,所述容器24包括陽(yáng)極26 (例如純錫陽(yáng)極、錫 和鍺陽(yáng)極等）和陰極28(例如銅或其它金屬陰極等）懸浮入其中的含鍺和錫電解溶液22。 [00 23] 實(shí)施例1
[0024] GeO2 (99. 98 % ,Aldrich)以 0· 1479g 的量溶解在 2. 086g 的 IN NaOH 溶液（Integra Chemical)中。使用特氟隆棒研磨固體直到固體溶解。去離子水以6ml的量添加至溶液，并 且攪拌直到得到基本上清澈和無(wú)色的溶液。d，1-酒石酸（99%，Alfa Aesar)以0.3919g 的量溶解入溶液，而且攪拌以獲得基本上清