CN105112917A - 一种金属间化合物腐蚀剂及Cu6Sn5金属间化合物三维形貌显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属间化合物腐蚀剂及Cu₆Sn₅金属间化合物三维形貌显示方法，属于金属间化合物表面处理技术领域。该金属间化合物腐蚀剂由草酸和以下体积份数的组分组成：盐酸2～6份、硝酸2～6份、醋酸5～9份、水70～90份，其中每1mL盐酸加入2～7mg的草酸；醋酸、草酸等作为缓蚀剂可减弱硝酸对基材的腐蚀，盐酸和硝酸有协同作用，可强化硝酸对金属间化合物表面固态钎料的腐蚀，加快腐蚀反应速度，以减少惰性氧化物的生成，在盐酸、硝酸、醋酸、草酸的协同作用下，该金属间化合物腐蚀剂能除去Cu₆Sn₅金属间化合物表面的杂质，实现Cu₆Sn₅金属间化合物三维形貌快速、清晰、真实的显示。

Description

一种金属间化合物腐蚀剂及Cu6Sn5金属间化合物三维形貌显示方法

技术领域

本发明属于金属间化合物表面处理技术领域，具体涉及一种金属间化合物腐蚀剂及Cu₆Sn₅金属间化合物三维形貌显示方法。

背景技术

随着电子产品向小型化、轻量化、高功率化、多功能化方向发展及人们环保意识的增强，新型Sn基无铅材料已成为SnPb钎料的替代品之一，其钎焊焊点的可靠性越来越受到关注，而焊点界面区金属间化合物，尤其是钎焊焊点界面区Cu₆Sn₅金属间化合物的厚度与形貌是影响焊点可靠性的关键因素。控制焊点界面区Cu₆Sn₅金属间化合物厚度与形貌的前提是采用合适的方法使焊点界面区金属间化合物的三维形貌显示出来。

无铅钎料钎焊焊点界面区Cu₆Sn₅金属间化合物三维形貌的处理通常是将焊点直接浸入硝酸酒精溶液。田野等(“细间距倒装芯片互连过程中焊点界面金属间化合物的形成与演化”，田野等，焊接学报，第34卷第10期，第100～104页，2013年)采用体积百分比为10％HNO₃-90％C₂H₅OH的腐蚀溶液，在超声条件下对焊点界面区Cu₆Sn₅金属间化合物处理8min，后对其形貌进行观测。硝酸酒精溶液腐蚀液为强氧化性酸，在腐蚀钎料合金时易在其表面形成氧化层，一定程度上减缓了腐蚀的进行，且氧化物层有可能遗落在界面区金属间化合物上，影响其真实形貌；另一方面，在铜基板侧由于腐蚀时间较长易造成金属间化合物直接脱离铜基板。张文禹(“Cu/Sn3.5Ag界面化合物Cu₆Sn₅形态演变规律研究”，张文禹，哈尔滨工业大学学位论文，2010年)采用体积百分比为0.5％盐酸、3％硝酸、12％水、84.5％乙醇的腐蚀溶液对焊点界面区Cu₆Sn₅金属间化合物进行处理，处理后有少量杂质残留，影响焊点界面区Cu₆Sn₅金属间化合物的三维形貌的观测。因此，为了快速有效的对Sn基软钎料/Cu焊点界面区Cu₆Sn₅金属间化合物进行三维形貌测定，需要对现有腐蚀剂进行改进。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种金属间化合物腐蚀剂，该腐蚀剂能实现Cu₆Sn₅金属间化合物的三维形貌快速、清晰、真实的显示。

本发明的第二个目的在于提供一种Cu₆Sn₅金属间化合物三维形貌显示方法。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：

一种金属间化合物腐蚀剂，由草酸和以下体积份数的组分组成：盐酸2～6份、硝酸2～6份、醋酸5～9份、水70～90份；其中每1mL盐酸加入2～7mg的草酸。

所述盐酸的质量浓度≥36％；所述硝酸的质量浓度≥62％；所述醋酸的质量浓度≥98％；所述草酸的质量浓度≥98％。

取配方量的盐酸、硝酸、醋酸、草酸，溶于配方量的水，搅拌均匀，即得金属间化合物腐蚀剂。

所述水为蒸馏水或去离子水。

一种利用金属间化合物腐蚀剂的Cu₆Sn₅金属间化合物三维形貌显示方法，包括以下步骤：

1)将Cu₆Sn₅金属间化合物浸入金属间化合物腐蚀剂中，超声振荡1～10min，取出，得腐蚀Cu₆Sn₅金属间化合物；

2)将步骤1)所述腐蚀Cu₆Sn₅金属间化合物浸入质量浓度为2％的NaHCO₃溶液中，超声振荡终止反应，后清洗至中性，干燥即得。

步骤1)中，所述超声振荡的功率为4kW。

步骤2)中，所述超声振荡终止反应的功率为4kW。

步骤2)中，所述清洗采用的溶剂为酒精、丙酮或水中的一种。

步骤2)中，所述干燥为常压下自然干燥或烘干，所述烘干的温度为40～60℃，时间为2～5min。

所述Cu₆Sn₅金属间化合物是Sn基软钎料与铜基材料焊点界面区Cu₆Sn₅金属间化合物。

所述Cu₆Sn₅金属间化合物是由Sn基软钎料熔化，在铜基材料上进行铺展或钎焊得到。

所述铜基材料为铜板、铜片或铜带中的一种；所述Sn基软钎料为Sn-3.8Ag-0.7Cu或Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.1RE-0.1Ni中的一种。

RE为稀土元素，具体为质量分数为60％Ce和40％La构成的混合稀土。

所述Cu₆Sn₅金属间化合物是由以下方法制备的：

将放置于铜基材料上的Sn基软钎料与铜基材料表面涂敷上钎剂，于260℃下保温4min进行铺展或钎焊，即得。

所述钎剂为水洗钎剂、免洗钎剂或质量分数为22％ZnCl₂+2％NH₄Cl水溶液。

所述钎焊或铺展后的钎料层厚度在0.2～1mm之间。

本发明的有益效果：

本发明的金属间化合物腐蚀剂，由盐酸、硝酸、醋酸、草酸和水组成，硝酸溶液作为腐蚀剂，腐蚀性较强，除对金属间化合物表面的固态钎料进行腐蚀外，还对铜基材料腐蚀，因此，需在硝酸溶液腐蚀剂中加入缓蚀剂，醋酸、草酸等作为缓蚀剂可减弱硝酸对铜的腐蚀；盐酸和硝酸有协同作用，可强化硝酸对金属间化合物表面固态钎料的腐蚀，加快腐蚀反应速度，以减少惰性氧化物的生成；在盐酸、硝酸、醋酸、草酸的协同作用下，该金属间化合物腐蚀剂可有效除去Cu₆Sn₅金属间化合物表面的固态钎料及其他杂质，实现Cu₆Sn₅金属间化合物的三维形貌快速、清晰、真实的显示。

本发明的Cu₆Sn₅金属间化合物三维形貌显示方法，反应速度适中，腐蚀时间易于掌控，腐蚀剂相对稳定，重现性较好。

附图说明

图1为实施例1的Cu₆Sn₅金属间化合物三维形貌扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但不构成对本发明的任何限制。

实施例1

本实施例的一种金属间化合物腐蚀剂，由草酸和以下组分组成：盐酸4mL、硝酸4mL、醋酸7mL、去离子水80mL、草酸28mg(每1mL盐酸加入7mg的草酸)。

取配方量的盐酸、硝酸、醋酸、草酸，溶于配方量的去离子水，搅拌均匀，即得金属间化合物腐蚀剂。

将放置于铜板上的Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.1RE-0.1Ni钎料合金表面涂敷上水洗钎剂，放入260℃炉子保温4min，进行铺展，铺展后钎料层厚度为0.2mm，得到Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.1RE-0.1Ni/Cu焊点界面区Cu₆Sn₅金属间化合物。

本实施例的Cu₆Sn₅金属间化合物三维形貌显示方法，包括以下步骤：

1)将Cu₆Sn₅金属间化合物浸入金属间化合物腐蚀剂中，在功率为4kW的超声波振荡器中于常压、常温超声振荡5min，取出，得腐蚀Cu₆Sn₅金属间化合物；

2)将步骤1)所述腐蚀Cu₆Sn₅金属间化合物浸入质量浓度为2％的NaHCO₃溶液中，在功率为4kW的超声波振荡器中超声振荡终止反应，后采用去离子水清洗至中性，常压下自然干燥即得。

用扫描电镜观察实施例1所得Cu₆Sn₅金属间化合物的三维形貌图，结果如图1所示。从图1可知，圆形或椭圆形的凸起即为Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.1RE-0.1Ni/Cu焊点界面区Cu₆Sn₅金属间化合物的三维形貌，每个Cu₆Sn₅金属间化合物周围有5-6个Cu₆Sn₅金属间化合物围绕，且Cu₆Sn₅金属间化合物的顶部过渡光滑，没有明显棱角。在Cu₆Sn₅金属间化合物的顶部有纳米级的白色小亮点，这是Cu₆Sn₅金属间化合物形成的过程中同时形成了细小的Ag₃Sn颗粒。

实施例2

本实施例的一种金属间化合物腐蚀剂，由草酸和以下组分组成：盐酸4mL、硝酸4mL、醋酸7mL、蒸馏水80mL、草酸28mg(每1mL盐酸加入7mg的草酸)。

取配方量的盐酸、硝酸、醋酸、草酸，溶于配方量的蒸馏水，搅拌均匀，即得金属间化合物腐蚀剂。

将放置于铜板上的Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料合金表面涂敷上水洗钎剂放入，260℃炉子保温4min，进行铺展，铺展后钎料层厚度为1mm，得到Sn-3.8Ag-0.7Cu/Cu焊点界面区Cu₆Sn₅金属间化合物。

本实施例的Cu₆Sn₅金属间化合物三维形貌显示方法，包括以下步骤：

1)将Cu₆Sn₅金属间化合物浸入金属间化合物腐蚀剂中，在功率为4kW的超声波振荡器中于常压、常温超声振荡1min，取出，得腐蚀Cu₆Sn₅金属间化合物；

2)将步骤1)所述腐蚀Cu₆Sn₅金属间化合物浸入质量浓度为2％的NaHCO₃溶液中，在功率为4kW的超声波振荡器中超声振荡终止反应，后采用去离子水清洗至中性，常压下自然干燥即得。

实施例3

本实施例的一种金属间化合物腐蚀剂，由草酸和以下组分组成：盐酸2mL、硝酸4mL、醋酸9mL、去离子水90mL、草酸4mg(每1mL盐酸加入2mg的草酸)。

取配方量的盐酸、硝酸、醋酸、草酸，溶于配方量的去离子水，搅拌均匀，即得金属间化合物腐蚀剂。

将放置于铜片上的Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料合金表面涂敷上水洗钎剂，放入260℃回流焊设备中保温4min，进行钎焊，钎焊后钎料层厚度为0.8mm，得到Sn-3.8Ag-0.7Cu/Cu焊点界面区Cu₆Sn₅金属间化合物。

本实施例的Cu₆Sn₅金属间化合物三维形貌显示方法，包括以下步骤：

1)将Cu₆Sn₅金属间化合物浸入金属间化合物腐蚀剂中，在功率为4kW的超声波振荡器中于常压、常温超声振荡10min，取出，得腐蚀Cu₆Sn₅金属间化合物；

2)将步骤1)所述腐蚀Cu₆Sn₅金属间化合物浸入质量浓度为2％的NaHCO₃溶液中，在功率为4kW的超声波振荡器中超声振荡终止反应，后采用去离子水清洗至中性，60℃下烘干2min，即得。

实施例4

本实施例的一种金属间化合物腐蚀剂，由草酸和以下组分组成：盐酸6mL、硝酸2mL、醋酸5mL、蒸馏水80mL、草酸36mg(每1mL盐酸加入6mg的草酸)。

取配方量的盐酸、硝酸、醋酸、草酸，溶于配方量的蒸馏水，搅拌均匀，即得金属间化合物腐蚀剂。

将放置于铜片上的Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料合金表面涂敷上质量分数为22％ZnCl₂+2％NH₄Cl水溶液，放入260℃回流焊设备中保温4min，进行钎焊，钎焊后钎料层厚度为0.5mm，得到Sn-3.8Ag-0.7Cu/Cu焊点界面区Cu₆Sn₅金属间化合物。

本实施例的Cu₆Sn₅金属间化合物三维形貌显示方法，包括以下步骤：

1)将Cu₆Sn₅金属间化合物浸入金属间化合物腐蚀剂中，在功率为4kW的超声波振荡器中于常压、常温超声振荡10min，取出，得腐蚀Cu₆Sn₅金属间化合物；

2)将步骤1)所述腐蚀Cu₆Sn₅金属间化合物浸入质量浓度为2％的NaHCO₃中，在功率为4kW的超声波振荡器中超声振荡终止反应，后采用丙酮清洗至中性，40℃下烘干5min，即得。

实施例5

本实施例的一种金属间化合物腐蚀剂，由草酸和以下组分组成：盐酸4mL、硝酸6mL、醋酸7mL、去离子水70mL、草酸16mg(每1mL盐酸加入4mg的草酸)。

取配方量的盐酸、硝酸、醋酸、草酸，溶于配方量的去离子水，搅拌均匀，即得金属间化合物腐蚀剂。

将放置于铜带上的Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.1RE-0.1Ni钎料合金表面涂敷上免洗钎剂，放入260℃回流焊设备中保温4min，进行钎焊，钎焊后钎料层厚度为0.7mm，得到Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.1RE-0.1Ni/Cu焊点界面区Cu₆Sn₅金属间化合物。

本实施例的Cu₆Sn₅金属间化合物三维形貌显示方法，包括以下步骤：

1)将Cu₆Sn₅金属间化合物浸入金属间化合物腐蚀剂中，在功率为4kW的超声波振荡器中于常压、常温超声振荡5min，取出，得腐蚀Cu₆Sn₅金属间化合物；

2)将步骤1)所述腐蚀Cu₆Sn₅金属间化合物浸入质量浓度为2％的NaHCO₃溶液中，在功率为4kW的超声波振荡器中超声振荡终止反应，后采用酒精清洗至中性，50℃下烘干4min，即得。

Claims (10)

1.一种金属间化合物腐蚀剂，其特征在于，该金属间化合物腐蚀剂由草酸和以下体积份数的组分组成：盐酸2～6份、硝酸2～6份、醋酸5～9份、水70～90份；其中每1mL盐酸加入2～7mg的草酸。

2.根据权利要求1所述金属间化合物腐蚀剂，其特征在于，所述盐酸的质量浓度≥36％；所述硝酸的质量浓度≥62％；所述醋酸的质量浓度≥98％；所述草酸的质量浓度≥98％。

3.一种利用权利要求1所述金属间化合物腐蚀剂的Cu₆Sn₅金属间化合物三维形貌显示方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将Cu₆Sn₅金属间化合物浸入金属间化合物腐蚀剂中，超声振荡1～10min，取出，得腐蚀Cu₆Sn₅金属间化合物；

2)将步骤1)所述腐蚀Cu₆Sn₅金属间化合物浸入质量浓度为2％的NaHCO₃溶液中，超声振荡终止反应，后清洗至中性，干燥即得。

4.根据权利要求3所述Cu₆Sn₅金属间化合物三维形貌显示方法，其特征在于，步骤1)所述超声振荡的功率为4kW。

5.根据权利要求3所述Cu₆Sn₅金属间化合物三维形貌显示方法，其特征在于，步骤2)所述超声振荡终止反应的功率为4kW。

6.根据权利要求3所述Cu₆Sn₅金属间化合物三维形貌显示方法，其特征在于，步骤2)所述清洗采用的溶剂为酒精、丙酮或水中的一种。

7.根据权利要求3所述Cu₆Sn₅金属间化合物三维形貌显示方法，其特征在于，步骤2)所述干燥为常压下自然干燥或烘干，所述烘干的温度为40～60℃，时间为2～5min。

8.根据权利要求3所述Cu₆Sn₅金属间化合物三维形貌显示方法，其特征在于，所述Cu₆Sn₅金属间化合物是Sn基软钎料与铜基材料焊点界面区Cu₆Sn₅金属间化合物。

9.根据权利要求3所述Cu₆Sn₅金属间化合物三维形貌显示方法，其特征在于，所述Cu₆Sn₅金属间化合物是由Sn基软钎料熔化，在铜基材料上进行铺展或钎焊得到。

10.根据权利要求8或9所述Cu₆Sn₅金属间化合物三维形貌显示方法，其特征在于，所述铜基材料为铜板、铜片或铜带中的一种；所述Sn基软钎料为Sn-3.8Ag-0.7Cu或Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.1RE-0.1Ni中的一种。