Подготовка корпусов с серебряным покрытием к сборочным операциям

Для очистки серебряных покрытий применяют различные методы: механические, химические и электрохимические.

Из механических методов наиболее простым является очистка покрытий, заключающаяся в легком полировании смесью, состоящей из 40 г мыльной стружки, 60 г карбоната аммония, 100 г кизельгура (инфузорной земли), 60 г кремнистого мела (CaSiO₃) и 1 л воды. Сульфидную пленку удаляют путем полирования или нагревания металла до 400 ºC. При этой температуре Ag₂S разлагается.

Наиболее эффективными химическими методами обработки являются следующие:

1. Обработка поверхности в горячем щелочном растворе (10 %-ном растворе соды). По данной технологии обрабатываемые изделия погружают в раствор вместе с кусочками алюминия, выделяющийся при этом водород восстанавливает Ag₂S.

2. Сульфидная пленка Ag₂S растворяется в следующем растворе: 80 г тиомочевины, 10 г серной кислоты и 1 л воды. При рН 0,5 реакция протекает очень быстро.

Механическое удаление и химическое растворение сульфидной пленки, например, в азотной кислоте или в цианидных растворах не предотвращают процесса повторного образования Ag₂S.

Сульфидные пленки Ag₂S не растворяются существующими флюсами, поэтому посеребренные изделия под пайку необходимо защищать, например, с помощью полиуретанового лака.

Для предохранения от потускнения серебряные изделия обрабатывают в течение 3-6 мин в растворе бихромата натрия (100 г/л), хромовой кислоты (0,5 г/л) или применяют катодную обработку в электролите состава, г/л: хромовая кислота – 50, серная кислота – 10. Время обработки 1-5 мин, напряжение 6 В, температура ванны 20-25 ºC.

Повышение временной защиты серебряного покрытия обеспечивают обработкой в растворе, содержащем 10-14 г/л бензотриазола, 30-50 мл/л этилового спирта и до 1 л воды, при 35-45 ºC в течение 30 мин. При такой обработке не изменяются внешний вид покрытия и переходное сопротивление серебра.

Защитить поверхность контактов от образования Ag₂S при хранении их на складе или при очень малых электрических нагрузках можно нанося слой золота толщиной более 2,2 мкм. Однако применение защитных покрытий из золота, во-первых, экономически нецелесообразно и, во-вторых, возможна коррозия подслоя через поры в таком покрытии.

Образование Ag₂S сопровождается потемнением поверхности серебра и увеличением электрического сопротивления. При низких температурах пленки Ag₂S фактически становятся электроизоляционными.

С целью защиты серебра от воздействия серосодержащих соединений и потемнения поверхности рекомендованы различные способы, одним из которых является нанесение гальванических тонких пленок золота, палладия и родия (0,5-1,0 мкм). В образующейся системе серебряная основа – гальванопокрытие токоведущими компонентами выступают верхние слои указанных металлов, серебро же не работает как контактный материал, а лишь ухудшает электрические свойства контактных металлов, диффундируя через поверхностные слои и образуя сульфидно-оксидные пленки.

Другим способом защиты является нанесение хроматных пленок, полученных из растворов CrO₃, что сопровождается повышением переходного сопротивления покрытия в 50 раз, а из раствора хромата калия – в два раза. Неравномерные хроматные пленки дают большой разброс значений переходного сопротивления.

Для очистки поверхности серебра от сульфидных пленок может быть рекомендован метод термического водородного восстановления, который широко применяют для получения чистых металлов из их оксидов и солей.

Например, серебро получают водородным восстановлением из хлорида серебра. Восстановление серебра водородом из сульфида серебра протекает в соответствии с реакцией

Ag₂S + H₂ ↔ 2Ag + H₂S.

Однако из термодинамических расчетов следует, что эта реакция в стандартных условиях (Т = 25 ºC) не идет, поскольку изменение свободной энергии Гиббса ΔGº > 0 (ΔGº = 7,0 кДж). Используя значения стандартных энтальпий и энтропий, участвующих в реакции веществ, можно рассчитать изменение энтальпии ( ), энтропии ( ) и температуру равновесного состояния или начала реакции (Т):

–21,0 кДж + 32,8 кДж = 11,8 кДж.

Видно, что >0, т. е. реакция эндотермическая.

=

(2∙42,69 +205,7) – (144 + 130,6) = 16,48 Дж/К.

Температура равновесного состояния равна

Т = = 443 ºС.

Таким образом, для проведения реакции восстановления сульфида серебра водородом необходимо повышать температуру выше 443 ºC, что недопустимо в технологии производства ППИ.

Анализ способов подготовки к сборочным операциям корпусов с серебряным покрытием изделий микроэлектроники показал, что они обладают рядом существенных недостатков. Перспективным способом подготовки к сборочным операциям (в основном перед пайкой полупроводниковых кристаллов к основаниям корпусов) является отжиг корпусов с серебряным покрытием в кислороде при температуре 250-350 ºC в течение 15-45 мин. Микроструктурным и рентгеноспектральным микроанализом установлено, что после отжига происходит удаление с поверхности покрытия сульфидной пленки Ag₂S и образование при этом оксидной пленки Ag₂О.

Очистить поверхность серебра от пленки Ag₂S можно и другим способом, например, в атмосфере кислорода:

Ag₂S + O₂ → 2Ag + SO₂.

Эта реакция может протекать даже в стандартных условиях, поскольку ΔGº < 0 (ΔGº = – 259,57 кДж). С заметной скоростью она протекает при температуре ~ 400 ºC. Однако в избытке кислорода серебро частично окисляется. Образующуюся оксидную пленку восстанавливают до чистого серебра в водороде:

Ag₂O + H₂ → 2Ag + H₂O.

Для этой реакции ΔGº < 0 (ΔGº = – 217,98 кДж), т. е. она может протекать в стандартных условиях.

На основании вышеизложенного можно заключить, что восстановление серебра из сульфида серебра целесообразно проводить в среде кислорода с последующим восстановлением оксидной пленки в водороде.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: