DE1771954C

DE1771954C - Process for the production of whisker-free solderable tin layers

Info

Publication number: DE1771954C
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr.-Ing. 8012 Ottobrunn; Ziegler Karin 8070 Ingolstadt Politycki
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Publication date: 1972-06-22

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Zinnschichten, die lötfähig sind und auch bei langer Lagerung frei von Whiskem bleiben.The invention relates to a method for producing tin layers that are solderable and also remain free of whiskers after long periods of storage.

Bei längerer Lagerung elektrotechnischer Bauteile, die mit einer galvanischen Zinnschicht überzogen sind, entstehen nadelartige, metallische Auswüchse, die als Haarkristalle oder Whisker bezeichnet werden. Wenn der Abstand zwischen spannungsführenden Teilen, z. B. bei verzinnten Anschlußdrähten von Halbleitertransistoren usw., gering ist, treten sehr leicht Kurzschlüsse auf, die auf diese Whisker zurückzuführen sind. Durch Aufschmelzen der Zinnschicht an Stelle des galvanischen Auftrages oder durch Tempern der Teile bei etwa 200° C kann man zwar der Whiskergefahr begegnen, jedoch ist hierfür ein zusätzlicher Arbeitsaufwand erforderlich oder die Temperaturbehitidlung läßt sich in vielen Fällen, I. B. bei Letterbahnen auf Kunststoffen (bei gedruckten Schaltungen), nicht durchführen.If electrotechnical components that are coated with a galvanic tin layer are stored for a long period of time, needle-like, metallic outgrowths, which are referred to as whiskers or whiskers, arise. If the distance between live parts, e.g. B. with tinned leads of semiconductor transistors, etc., is low, short circuits occur very easily, which can be attributed to these whiskers. By melting the tin layer in place of the galvanic order or by annealing the parts at about 200 ° C can indeed meet the Whiskergefahr, but this additional effort is required or Temperaturbehitidlung can be in many cases, I. B. for Letter tracks on plastics (in the case of printed circuits), do not perform.

Es ist bekannt, die Whiskerbildung dadurch zu ver- ao meiden, daß zwischen Trägerkörper und Zinnsthicht eine Schicht aus einem anderen Metall, wie z. B. Gold, Kupfer, Blei oder Wismut, angeordnet wird, und zwar durch Vakuumbedampfung, bei der zuerst die Zwischenschicht und dann die eigentliche Zinn- as Schicht hergestellt werden.It is known to prevent whisker formation in this way avoid that a layer of another metal, such as. B. Gold, copper, lead or bismuth, is arranged by vacuum evaporation, in which first the intermediate layer and then the actual tin as Layer can be made.

Bei den Untersuchungen, die zur vorliegenden Erfindung geführt hat, wurde festgestellt, daß Metalle, wie z. B. Eisen und insbesondere Xupfer oder Kupferlegierungen, unterhalb der Zinnschicht die Whiskerbildung außerordentlich begünstigen. Da anzunehmen ist, daß die Entstehung der Whisker darauf zurückgeht, daß das Zinn infolge von Fremdstoffeinbau starke innere Spannungen (Gitterstörungen) aufweist, die nicht von der Unterlage aufgenommen werden und nur durch'Diffusion der Metallatome zu den Wachstumsstellen an der Oberfläche abgebaut werden können, ist die Wirkung der die Whiskerbildung vermindernden Zwischenlagen bestenfalls nur auf bestimmte Stärken der Zinnschicht beschränkt. Hierbei kann von dem Fall abgesehen werden, daß auf kompaktem Zinn abgeschiedene Zinnschichten whiskerfrei bleiben.In the investigations that led to the present invention, it was found that metals, such as B. iron and especially copper or copper alloys, the whisker formation below the tin layer extraordinarily favor. Since it can be assumed that the formation of the whiskers is thereon the fact that the tin exhibits strong internal tensions (grid defects) as a result of the incorporation of foreign matter, which are not absorbed by the substrate and only through diffusion of the metal atoms The growth points on the surface can be broken down, the effect of the whisker formation reducing intermediate layers are at best only limited to certain thicknesses of the tin layer. In this case, the case that tin layers deposited on compact tin can be disregarded stay whisker free.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das es gestattet, Zinnschichten herzustellen, die auch nach langer Zeit keine Whisker bilden und die Lötfähigkeit der Zinnschicht erhalten bleibt.The object of the present invention is to provide a method which allows tin layers to be produced that do not form whiskers even after a long time and that preserve the solderability of the tin layer remains.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Verfahren, bei dem die Zinnschtcht insbesondere elektrolytisch auf die Unterlage aufgetragen wird, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß auf die Zinnschicht eine Kupferschicht in einer Stärke von etwa 5OA aufgetragen wird, vorzugsweise elektrolytisch oder stromlos durch Zersetzung kupferhaUtger Verbindungen. A method in which the tin layer is particularly electrolytic is used to solve this problem is applied to the base, which according to the invention is characterized in that on the tin layer a copper layer with a thickness of about 50A is applied, preferably electrolytically or electroless by decomposition of copper-skin compounds.

Sowohl der Auftrag der Zinnschicht als auch die Abscheidung der extrem dünnen Kupferschicht werden vorzugsweise nach an sich in der Elektrochemie bzw. in der Galvanotechnik bekannten Verfahren vorgenommen. Eine Reinigung der dem elektrochemischen Prozeß unterworfenen Flächen ist dabei selbstverständlich.Both the application of the tin layer and the deposition of the extremely thin copper layer will be preferably according to methods known per se in electrochemistry or electroplating performed. A cleaning of the surfaces subjected to the electrochemical process is included Of course.

In der Zeichnung ist mit 1 ein Trägerkörper bezeichnet, auf den eine Zinnschicht 2 aufgetragen ist. Die Dicke dieser Zinnschicht beträgt vorzugsweise 2 bis 10 μπι. Auf dieser Zinnschicht 2 ist, ebenfalls auf elektrolytischem Wege, eine extrem dünne Kupferschicht 3 aufgetragen, deren Dicke etwa 50 A beträgt.In the drawing, 1 denotes a carrier body to which a tin layer 2 is applied. The thickness of this tin layer is preferably 2 to 10 μm. On this tin layer 2 is, too Electrolytically applied an extremely thin copper layer 3, the thickness of which is about 50 Å amounts to.

Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung können mit Voruil Kontaktelemente bei Schaltern und auch gedruckte Schaltungen und Dünnschichtschaltungen mit eng pebeneinanderliegenden Leiterbahnen bzw. Kontaktstellen hergestellt werden. Die Zinnschichten bleiben über Jahre hinweg whiskerfrei, ohne daß durch die extrem dünne Kupferschicht die Lötfähigkeit beeinträchtigt ist.According to the method of the present invention, contact elements in switches can be made with advance and also printed circuits and thin-film circuits with closely spaced conductor tracks or contact points are established. The tin layers remain whisker-free for years, without the solderability being impaired by the extremely thin copper layer.

Claims

Patent claims:

1. Process for producing whisker-free solderable tin layers, in which the Tin layer is produced in particular electrolytically, characterized in that on the tin layer a copper layer with a thickness of about 50 Å is applied.

2. The method according to claim 1, characterized in that the copper layer is electrolytic is applied.

3. The method according to claim 1, characterized in that the copper layer is electroless is applied by the decomposition of copper-containing compounds.