Способ золочения металлических изделий

(51)5 В 22 Г 7 ГОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯПРИ ГКНТ СССР КОМИТЕТОТКРытиям ЬСТВ ЛИЧЕС к и ыть еталеи раЦельия, Смеши еро сного органи 0 мас,3,пасту на.Н,Богдавков лия котоотке вв течениев течениена последь в вос1 з.п.ф-лы звестен оэ ся ации р аключаю покрытия из соль золота цес т м имост ОПИСАНИЕ Н АВТОИНОМУ С 8(56) Курноскин Г.А., флеров В.НШульпин Г.П, Химическое золочениев электронной технике,- Обзоры поэлектронной технике. сер.7, Технология, органиэация производства иоборудование.- М,: ЦНИИЭлектроника1985, вып.12, с.10.Курноскин Г.А., флеров В.Н.Оптимизация анодного режима в кислых цианоуратных электролитах эолочения.- Защита металлов, 1977, Р 2с. 213-215,Патенкл. С 7 т Великобритании У 2130248,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.(5 Й) СПОСОБ ЗОЛОЧЕНИЯ МЕТ ИЗДЕЛИЙ(57) Изобретение относитс ковой металл гии и может урпольэовано для покрытия ддиоэлектронной аппаратурыповышение качества покрытвают 17-80 мас.3 мелкодиспорошка золота, 20-50 масческого связующего и 0,1 порошка стекла, полученнуюносят на поверхность издерое подвергают термпобрабдве стадии; при 80-200 С10-30 мин, при 500-620 С5-15 мин. Термообработкуней стадии можно проводитстановительной атмосфере.1 табл. тод химическои металлиектронных деталей, в осаждении золотого ектролита, включающего восстановитель, при скосоставляющей в эави" алла основы и режима40 45 50 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 действия 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 сложнопрофильньх 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 5-10 мас. органической фазы, последующее вжигание в инертной атмосфере с выдержкой при . пиковой температуре 650 С в течение 5 мин с общим временем цикла 45 минНедостатки 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 Сй/ЗЬ приводит к тому, что состав пасты менее способен к образованию эвтектического спая при монтаже кристалла коемния. Цель изобретения - повышение качества покрытия. 5 10 15 20 25 ЗО Э 5 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:Иелкодисперсныйпорошок золота Й 7-80Порошок стекла 0,1-3,0Органическоесвязующее 20-50 термообработку проводят в две стадии: при 80-200 С в течение 10- 30 мин и при 500-620 С в течение 5- 15 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 80-200 С и второй стадии термообработки в восстановительной или инертной атмосфере при максимальной температуре 500- 620 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 проволочныхвыводов 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 теомооб-. работки, обеспечивает нужную консис тенциюкомпозиции на стадии нанесения ее на поверхность изделия. При0изделий; облужив.1 сспе выводов, герметизация приборов и др,Проведение второй стадии серс 1 оос 1 работки пасты при температуре ниже500 С не обеспечивает спекания частиц .золота, в результате чего образуется рыхлое, губчатое покрытие снизкой адгезией к основе, Повышениео,температуры термообработки выше 620 Сприводит к ухудшению качества золотого слоя вследствие повышенной диффузии материала основы в слой золота,что отрицательно сказывается при последующем монтаже кристаллов кремния.П р и м е р 1, Готовят золотосодержащую пасту с вязкостью 4,5 Па спри 20"С, для чего берут 72 мас.3порошка золота, 0,5 мас.В порошкастекла и 27,5 мас./ органическогосвязующего состава, мас,4: этилцеллюлоза 1,3; терпинеол 10,3; дибутилФталат 75,4, канифоль 0,5.Приготовленную пасту гомогенизируют, после чего тонким слоем с помощьюпрофилированного инструмента наносят в зону монтажа кристалла кремния для получения отпечатка требуемых размеров. Таким же образом с помощью инструмента пасту наносят натраверсы выводов.Полученную пасту наносят на ножки Я,53.395,002 с покрытием никельбор, используемые в производстветранзисторов.Ножки с нанесенной пастой подвергают термообработке, заключающейся ввыдержке при 110 Г в течение 20 мин,После первой стадии термообработкиосуществляют вторую стадию термообработки, для чего ножки пропускаютчерез конвейерную секционную печь стемпературой в наиболее горячей зоне600+10 С и выдержкой в ней в течение8 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, расчетнымметодом определяют коэффициент, учитывающий пористость. Посадку кристаллов на золотое покрытие проводят наустановке "Молния", Толщина слоязолота в зоне монтажа составляет 36 мкм. Разварку проволочных выводовна золоченые траверсы выводов про 5172444 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.20Первая 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 покрьстия (вздутию) . Проведение первой стадии термообра 35 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 термообоработки при 500-620 С в течение 5- 15 мин обеспечивает удаление органи 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 повьсшенных температурах, что обеспечивает высокое качество выполнения последующсих операций по сборкеводят методом термокомпрессии на установке НПВй. 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 г). Испытанию подвергалась выборка из 10 изделий. Выход годных на стадии сбор ки ножки составляет 94,5 у. Далее проводят операции герметизации, облуживания выводов и контроля готовых транзисторов, выход годных приборов составляет 8 й, .П р и м е р 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.Выход годных на стадии сборки ножки составляет 94,5Выход годных приборов 923.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 изобретения формула 1. Способ золочения металлическихизделий, включающий смешивание мелко-дисперсного порошка золота и органи ческого связующего, нанесение полученной пасты на поверхность изделияи термообработку, о т л й ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения качества покрытия, в смесь дополнительно вводят порошок стекла приследующем соотношении компонентов всмеси, мас.3:Золото 47-80Стекло , 0,1-3,0Органическоесвязующее 20-50а термообработку проводят в две стадии; при 80-200 С в течение 1030 мин и при 500-620 С в течениез .- 305-15 мин,2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что вторую стадиютермообработки проводят в восстановительной атмосфере. Выход г олива прибо-, ров В ТемпеОреТенОреАтмосФератернообработки Ссстав пасты, иас. ь Качество покрытия ВыходголныхстаПрипер ратура пер" вой сталин тер- нообработки, аС пературавторойстамяобняобАдгезня поусилиесдвигакристал"ла, крс КозФФициент,учитывалаийпористость Прочностььна отВздутия,шалушенка( ьместь,инет) Органическое связуоиее Перостекла ПороЛиисбср кВ работра"ботшок Дибутчл- Фталат Канн фоль Терпима оп Этилцеллолоза золоки, инн рывпреволочныхвыводовг тв дитернообработки, С 84 9 г 15,а 15,4 о,5 но 0,5 110 0,90 8,0 0,92 10,0 600 В 6 оо В 4" 1 О 6-12 94,5 96,0 го го АзотВолодейАзот о,з 1 О,З 1 72,0 г 72,0 0,5 1,3 0,5 1,3 600 8 6 оо В 55 о о 580 5 500 15 620 6 500 15 520 14 520 12 59.0 10 5 ЭО 6 570 6 550 12 590 В 570 8610 г 510 15 510 6 600 8 590 8 19,О 6,90 В,а 19,84 7,3 о 17,45 6,5 19,5 19,о 6,5 7,5 6,9 21,0 5,0 16,5 12,0 1 О,О о,о 10,3 10,3З,о г,50,1 152,0 2,631,5 0,60,92 1,82,5 2,0о,г2,8 2 64,0005 2,5г о 3 о05 0,5г,о г,о2;0 2,02,0 1,02,0 2,02,5 2,22,5 2,50,5 1,30,5,н1724440до 94,5 В и на стадии выхода годныхприборов до 924,Кроме того, при зональном золочении ножки Я 53.395,002 с помощьюпредлагаемой золотосодержащей пастырасход золота на 1000 ножек снижается с 26,44 до 1,5 г (в 18 раз).