ES2340161T3 - Secuencias de capas para la produccion de un material compuesto para articulos electromecanicos. - Google Patents
Secuencias de capas para la produccion de un material compuesto para articulos electromecanicos. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2340161T3 ES2340161T3 ES04023558T ES04023558T ES2340161T3 ES 2340161 T3 ES2340161 T3 ES 2340161T3 ES 04023558 T ES04023558 T ES 04023558T ES 04023558 T ES04023558 T ES 04023558T ES 2340161 T3 ES2340161 T3 ES 2340161T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- layer
- sequence
- substrate
- layers
- alloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/22—Secondary treatment of printed circuits
- H05K3/24—Reinforcing the conductive pattern
- H05K3/244—Finish plating of conductors, especially of copper conductors, e.g. for pads or lands
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
- B32B15/018—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic one layer being formed of a noble metal or a noble metal alloy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/02—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material
- C23C28/021—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material including at least one metal alloy layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/02—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material
- C23C28/023—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material only coatings of metal elements only
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
- H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
- H01L23/492—Bases or plates or solder therefor
- H01L23/4924—Bases or plates or solder therefor characterised by the materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
- H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
- H01R13/02—Contact members
- H01R13/03—Contact members characterised by the material, e.g. plating, or coating materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Contacts (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Secuencia de capas sobre un sustrato (1) de cobre o de una aleación a base de cobre, de níquel o de una aleación a base de níquel o de un sustrato cobreado para la producción de un material compuesto, caracterizado por: - una capa de cobertura (5), constituida por estaño o una aleación a base de estaño, la cual está dispuesta al menos sobre una parte del sustrato (1), - una capa de barrera (2) que se encuentra entre el sustrato (1) y la capa de cobertura (5), y que se encuentra en contacto inmediato con el sustrato (1), estando constituida la capa de barrera (2) por al menos un elemento del grupo Fe, Co, Nb, Mo o Ta, y - una capa intermedia (3, 31, 32) que se encuentra entre la capa de barrera (2) y la capa de cobertura (5) y que está en contacto inmediato con la capa de barrera (2), estando constituida la capa intermedia (3, 31, 32) por al menos un elemento del grupo Cu o Ni. - una capa de reacción (4) que se encuentra entre la capa de cobertura (5) y la capa intermedia (3) y que está constituida por Ag o una aleación de Ag, por Pt o Pd o por sus aleaciones, presentando la capa de reacción (4) un espesor que corresponde entre 1/3 a 1/1 del espesor de la capa de cobertura (5).
Description
Secuencia de capas para la producción de un
material compuesto para artículos electromecánicos.
La invención se refiere a una secuencia de capas
sobre un sustrato de cobre o de una aleación a base de cobre, de
níquel o de una aleación a base de níquel o de un sustrato cobreado
para la producción de un material compuesto, así como a un
procedimiento para la producción de un material compuesto a partir
de la secuencia de capas.
En el caso de una exposición prolongada de
materiales a base de Cu y a base de Ni estañados al fuego y
estañados galvánicamente, así como de sustratos cobreados, se
forman fases intermetálicas (FIM) tales como de Cu_{3}Sn,
Cu_{6}Sn_{5} o Ni_{3}Sn, condicionadas por procesos de
difusión.
Según el espesor de capa del estañado y de la
continuidad del proceso en su transcurso tiempo/temperatura durante
la exposición pueden aparecer, en función de la composición de la
aleación, poros en la superficie límite entre el material de
base/recubrimiento. En el caso menos ventajoso, se puede llegar a
reventar la capa de Sn, desprendiéndose. Especialmente en el caso
del empleo en elementos de construcción electromecánicos, un
desprendimiento de la capa de Sn del material de base puede llevar a
un fallo total del elemento de construcción.
Esta formación de poros en virtud de procesos de
difusión en el cuerpo sólido se conoce como efecto Kirkendall y se
basa en la diferente velocidad de difusión de Sn y Cu y de sus
elementos de aleación. En este caso, los elementos de aleación
contenidos en el material de base pueden acelerar o también retardar
este efecto.
En principio, existe la posibilidad de segregar
directamente sobre el material de base una capa intermedia que
inhiba la difusión, antes de la deposición de la capa de Sn. Esta
capa de barrera debe impedir que elementos de aleación procedentes
del material de base se difundan en la capa de Sn. Por ello se
impide o al menos se frena el crecimiento problemático de la FIM de
CuSn o, respectivamente, FIM de NiSn. Se mantienen importantes
propiedades de la capa, responsables, por ejemplo, de una buena
capacidad de soldeo y otras, por ejemplo una buena capacidad de
flexión, pueden empeorar según la capa de barrera y el espesor
elegidos.
Aun cuando por la utilización de capas de
barrera convencionales se puedan garantizar ciertas propiedades de
la capa, sigue existiendo el problema de fondo de una formación de
poros por difusión en el caso de exposiciones térmicas prolongadas
(por ejemplo 150ºC/3000 h). Sin embargo, en el caso de aleaciones de
Cu, el riesgo de un desprendimiento del recubrimiento del material
de base no se puede impedir por medio de estas habituales capas
intermedias.
En un artículo de Scott, B.C. y Warwick, M, H.
(Intern. Tin Res. Inst. Transact of the Inst. of Met. Finishing,
(1982), vol. 61, págs. 44 y sig.) se describe el efecto de una capa
de barrera de Fe en comparación con una capa de barrera de Cu, en
lo referente a la velocidad de crecimiento de la FIM de
Cu-Sn.
La capa de barrera de hierro utilizada forma a
temperaturas de 170ºC una FIM de FeSn_{2}. No obstante, el
crecimiento del espesor es correspondientemente bajo, por lo que
sólo se tiene una barrera eficaz frente a la difusión del Sn
mientras que ésta esté exenta de poros. En cuanto haya presencia de
poros en la capa de Fe, debajo de la capa de Fe se forma una FIM de
Cu_{6}Sn_{5}, la cual provoca que la capa de barrera de Fe se
desprenda del material de base. Capas estancas a poros sólo se
pueden alcanzar a partir de un espesor de capa de aproximadamente 2
\mum. Puesto que capas de Fe relativamente gruesas pueden causar
problemas en la industria electrónica, debido a sus propiedades
magnéticas, por el momento, en la práctica se mantuvo distancia de
ello.
Además de esto, a partir de la memoria US
5,916,695 se tuvo conocimiento de una capa intermedia que contiene
Ni, dispuesta entre un sustrato que contiene cobre y una capa de
cubierta de estaño, la cual debe impedir la difusión del cobre
procedente del sustrato a la capa de estaño. La capa intermedia se
compone sobre todo de cobre con una proporción de níquel del
20-40% en peso.
Sin embargo, la solución descrita sólo es de
duración limitada en el tiempo. Después de que la capa de Cu/Ni
haya sido consumida por la formación de una fase intermetálica de
(Cu-Ni)Sn, comienza el mecanismo habitual
dentro del tiempo de función previsto. En virtud de la condensación
de las corrientes de espacios vacíos en el material, por el efecto
Kirkendall descrito se liega en la capa límite hacia el sustrato de
Cu a la formación no deseada de desprendimientos de superficie.
En la memoria US 2003/0091855 A1 se describe una
construcción en capas a base de dos capas intermedias y una capa de
cobertura, con objeto de impedir la transformación completa de la
capa de cobertura de Sn en FIM y garantizar, por ello, a
temperaturas elevadas una capa de Sn en la superficie. Sin embargo,
la solución de una capa intermedia de Cu como única capa de
reacción fomenta precisamente a temperaturas elevadas el efecto
Kirkendall y conduce por ello a un desprendimiento de la capa de Sn
de la capa intermedia que se encuentra debajo.
A partir de la memoria DE 37 12 691 C1 se conoce
un pivote de conexión eléctrica como conexión para la soldadura de
conducciones eléctricas. Sobre un material para pivotes constituido
por una aleación de cobre-estaño se dispone
primeramente una capa de barrera de níquel, sobre la cual se dispone
una capa exterior de soldeo a base de una mezcla de
plomo-estaño, la cual sirve para la conexión de la
conducción eléctrica. Para garantizar la capacidad de soldeo se
propone disponer por galvanizado, entre la capa de barrera interior
de níquel y la capa de estaño exterior para soldeo, una capa
intermedia de plata y, por tratamiento térmico, crear con la capa
de estaño exterior para soldeo una aleación por difusión.
Por consiguiente, la invención se fundamenta en
la misión, especialmente para recubrimientos de estaño, de mejorar
la adherencia de la capa de forma duradera también frente a
exposiciones térmicas de larga duración y estabilizar las
propiedades de la capa.
La invención se refleja en lo referente a la
secuencia de las capas para la producción de un material compuesto
por las características de la reivindicación 1 y en lo referente al
procedimiento de producción del material compuesto, por las
características de la reivindicación 8. Las demás reivindicaciones
reproducen ejecuciones y desarrollos ventajosos de la
invención.
La invención encierra la enseñanza técnica
referente a una secuencia de capas sobre un sustrato de cobre o de
una aleación a base de cobre, de níquel o de una aleación a base de
níquel o de un sustrato cobreado para la producción de un material
compuesto, la cual se compone de una capa de cobertura constituida
por estaño o por una aleación a base de estaño que está dispuesta
sobre al menos una parte del sustrato, una capa de barrera que se
encuentra entre el sustrato y la capa de cobertura y la cual se
encuentra en contacto inmediato con el sustrato, estando
constituida la capa de barrera por al menos un elemento del grupo
Fe, Co, Nb, Mo o Ta, y una capa intermedia que se encuentra entre
la capa de barrera y la capa de cobertura y que se encuentra en
contacto inmediato con la capa de barrera, estando constituida la
capa intermedia por al menos un elemento del grupo Cu o Ni y una
capa de reacción, que se encuentra entre la capa de
cobertura y la capa intermedia y que se compone de Ag o de una aleación de Ag, de Pt o Pd o de sus aleaciones.
cobertura y la capa intermedia y que se compone de Ag o de una aleación de Ag, de Pt o Pd o de sus aleaciones.
En este caso, la invención parte de la
consideración de que entre la capa de cobertura y el sustrato se
introducen más capas. La capa más externa del conjunto de capas es
Sn puro o una aleación de Sn, la cual se elige según la finalidad
de su aplicación. Por ejemplo, una aleación a base de Sn puede estar
constituida por 0-50% en peso de Sn y de uno o
varios de los elementos Ag, Cu, Ni, In, Co, Bi, Pb y SB. Debajo se
encuentra una capa de reacción de Ag, Pd, Pt o de sus aleaciones y,
debajo, la capa intermedia de Cu y Ni y, debajo, nuevamente una
capa de barrera. Los elementos citados de la capa de barrera se
pueden emplear también en forma de una aleación. También se puede
pensar en una secuencia de capas de varias capas, por ejemplo de una
combinación de Fe y Co o Ta y Co. Las capas están depositadas sobre
cobre o sobre una aleación de Cu, un elemento de construcción
cobreado, como sustrato. La capa de barrera se compone de los
citados elementos puros o de una mezcla de los mismos.
La capa de reacción, que se compone de Ag, Pd o
Pt o, respectivamente, de sus aleaciones, reacciona a elevadas
temperaturas con la capa de cobertura y, según el espesor, también
con la capa intermedia, para dar una fase intermetálica. Este es el
caso, por ejemplo, cuando la capa de reacción se compone de Ag y la
capa de cobertura de Sn o de sus aleaciones. Por consiguiente,
según el espesor de la capa de reacción y de la capa de cobertura
tiene lugar un ennoblecimiento y un endurecimiento de la capa de
cobertura, sin que peligre la resistencia de adherencia durante el
empleo bajo una carga térmica.
El efecto de este conjunto de capas frente a un
desprendimiento de la capa de cobertura (exfoliación) radica en que
en la superficie límite de la aleación de Sn hacia la capa de
reacción se forma una fase intermetálica, la cual ya evita una
difusión ulterior de los componentes de la capa. Después de que
eventualmente haya sido consumida la capa de reacción por la
formación de la fase intermetálica, puede tener lugar una reacción
dirigida con la capa intermedia, según sea el espesor de la capa.
La difusión se detiene en la capa de barrera. Sobre estas
combinaciones de capas se pueden efectuar sin problemas estañados de
alto brillo y de adherencia prolongada, como capa de cobertura
superior.
Por ello, en la capa limítrofe al sustrato o a
una capa intermedia no tiene lugar la formación, no deseada, de
desprendimientos de superficie, los cuales se pueden originar por
una condensación de las corrientes de espacios vacíos. Por la
solución conforme a la invención se compensa la deficiencia de que
en combinación de una capa de Cu/Ni no se aproveche el efecto de
bloqueo, hasta ahora no aprovechado de forma efectiva, de una capa
de barrera separada entre el sustrato y la capa de reacción.
Fundamentalmente, también sería razonable depositar directamente,
por ejemplo sobre una capa de barrera de tántalo, una capa de Sn,
sin embargo esto sólo es funcional en el caso de un elevado espesor
de la capa de barrera y sólo en medida limitada permite la
segregación de una capa de Sn de alto brillo. En este caso, la
capacidad de flexión del material compuesto estaría muy mermada.
Además, no se alcanza un ennoblecimiento de la capa de Sn, por
ejemplo por Ag y, con ello, a una estabilización de la resistencia
de transición y de la estabilidad frente a la perforación por
abrasión. Por tanto, también en estos casos se introduce entre la
capa de barrera y la capa de Sn al menos una capa de reacción
relativamente delgada.
El Sn que se difunde a través de la capa de
reacción y la capa intermedia se fija en la capa de barrera por la
reacción, por ejemplo con Fe, para dar lugar a una fase
intermetálica más que detiene el progreso de la reacción. Por este
medio se impide de forma muy eficiente para el periodo de uso de
hasta 3000 h y temperaturas de hasta 200ºC la formación de fases
intermetálicas de Cu y Sn en la superficie límite hacia el
sustrato.
El deseado efecto de barrera se consigue ya con
un espesor de capa comparativamente bajo. En una forma particular
de ejecución de la invención la capa de barrera puede presentar un
espesor de 0,2-1,0 \mum. Espesores de capa en
este intervalo pueden ser, o bien las denominadas capas rápidas
(flash) galvánicas o también capas que se depositan mediante
procedimientos de PVD o CVD.
En una forma de ejecución particular, la capa
intermedia puede estar constituida o bien por una aleación de
Cu-Ni o bien por una secuencia de capas de una capa
de Ni y una capa de Cu. Ventajosamente, la capa intermedia presenta
un espesor de 0,2-2,0 \mum. En el caso de
espesores de capa más bajos existe el riesgo de que elementos
procedentes de la capa de barrera difundan a la superficie dando
lugar a productos de corrosión de mala conductividad, no
deseados.
Sobre estos recubrimientos de base se puede
depositar después, galvánicamente, la deseada capa de Sn. En una
forma de ejecución la capa de cobertura presenta un espesor mayor
que la capa de reacción. Puesto que una parte de la capa de Sn es
consumida por un subsiguiente tratamiento térmico, se debe procurar
en cada caso que el espesor remanente de la capa de Sn sea todavía
suficiente para un completo recubrimiento de la superficie. La capa
de reacción tiene preferentemente un espesor de capa que corresponde
entre 1/3 a 1/1 del espesor de la capa de cobertura para
garantizar, por ejemplo en el caso de una relación de 1:3, que
después de 1000 h a 200ºC quede aún remanente Sn libre en la
superficie; en el caso de una relación de 1:1 toda la capa de Sn se
ennoblece con la capa de reacción en una FIM. Un ajuste óptimo de
todo el conjunto de capas se encuentra en el intervalo de espesores
citado. Espesores de capa superiores al intervalo indicado no son
necesarios para alcanzar el efecto deseado en combinación con una
capa de barrera. La ejecución en la relación de espesores de capa
de 1:1 permite, tras un tratamiento de reflujo (reflow), la
producción sencilla y barata se superficies de SnAg o SnAgCu, que
presentan buenas propiedades eléctricas y mecánicas.
Sin embargo, preferentemente, la capa de
reacción puede presentar un espesor mayor que el de la capa de
barrera y la capa intermedia. Para conseguir el efecto de barrera,
en los materiales seleccionados son necesarios, en principio,
espesores de capa más bajos que en la capa de reacción que se ha de
consumir. La capa intermedia con la capa de reacción ya inhibe en
considerable medida la difusión del Sn hacia el material de base, de
manera que una parte referida a la capa de barrera ya es suficiente
para impedir la difusión ulterior del estaño al sustrato, incluso
en el caso de un pequeño espesor de la capa de barrera.
Ventajosamente, el espesor total de la capa
sobre el sustrato es menor a 12 \mum, preferentemente menor a 3
\mum. Estos espesores de capa provocan ya un recubrimiento de Sn
duradero y fiable de un sustrato de cobre o de una aleación de
cobre o de un sustrato cobreado. En al menos una capa, se trata
ventajosamente de una capa galvánica, de PVD o de CVD.
Según otro aspecto más de la invención, se
propone un procedimiento para la producción de un material compuesto
a partir de la secuencia de capas conforme a la invención por medio
de un tratamiento térmico de la secuencia de capas por encima de la
temperatura de fusión de la capa de cobertura (tratamiento de
reflujo).
Así, el sustrato con capa de barrera, capa
intermedia y capa de reacción y capa de Sn se puede someter a un
tratamiento de reflujo convencional, para conseguir la unión por
difusión recíproca de las capas. Durante el tratamiento, la
secuencia de capas del material compuesto a formar se calienta
durante un tiempo suficientemente amplio por encima de la
temperatura de fusión de la capa de cobertura y, a continuación, se
enfría. Tras un tratamiento de reflujo exitoso ha tenido lugar la
interdifusión entre la capa de Sn y la capa de reacción, la cual ha
conducido a la formación de las fases intermetálicas de AgSn, en
cierta medida deseadas. Entre la capa intermedia y la capa de
reacción por un lado, y la capa de barrera y la capa intermedia, por
otro, se ha alcanzado igualmente la interdifusión, la cual mejora
la adherencia de la capa de barrera sobre el sustrato y en el
interior del conjunto de capas. Un material compuesto producido de
esta manera se caracteriza entonces porque a temperaturas de hasta
200ºC, después de hasta 3000 h no se observan efectos de exfoliación
(peeling) por condensación en espacios vacíos.
En una forma de ejecución preferida de la
invención, el tratamiento térmico se puede llevar a cabo en aceite.
Especialmente por inmersión en aceite de parafina o aceite-éster se
puede controlar de forma dirigida y uniforme el tratamiento de
reflujo por un transporte de calor dirigido, mediante la convección
del medio líquido. Además, en el mismo proceso se pueden establecer
capas de estaño con propiedades autolubricantes. El material
compuesto producido mediante el procedimiento conforme a la
invención es preferentemente adecuado para elementos de
construcción electromecánicos, circuitos impresos (leadframes) y
placas conductoras rígidas y flexibles.
Las ventajas conseguidas con la invención,
proporcionar una capa de barrera eficaz para capas de Sn tras
exposiciones térmicas de larga duración, consisten especialmente en
que no se producen desprendimientos de toda la capa y, al mismo
tiempo, en que se forma una protección eficaz frente a la
perforación por abrasión. Otras propiedades ventajosas de las capas
conformes a la invención son una baja resistencia de transición,
resistencia a la corrosión, así como una buena capacidad de soldeo.
Además, especialmente después de un tratamiento de reflujo se
presenta una capa de Sn de alto brillo, la cual es particularmente
estable frete a la corrosión por abrasión.
Ejemplos de ejecución de la invención se
explican con más detalle mediante representaciones esquemáticas.
En ellas, se muestran en
Fig. 1 una secuencia de capas sobre un sustrato,
y
Fig. 2 una secuencia de capas conforme a la
invención con una capa de reacción bicapa.
Las partes correspondientes entre sí se proveen
en todas las figuras con las mismas referencias.
La secuencia de capas conforme a la fig. 1 se ha
depositado sobre un sustrato 1 de cobre o de una aleación a base de
cobre. La capa de cobertura 5 se compone de estaño o de una aleación
a base de estaño, la cual cubre la superficie sólo en parte o, tal
como se representa en la figura, está dispuesta cubriendo la
superficie. La capa de barrera 2 se encuentra en contacto inmediato
con el sustrato 1. Los materiales para la capa de barrera 2
proceden del grupo Fe, Co, Nb, Mo o Ta. Entre la capa de cobertura 5
y la capa de barrera 2 se encuentra la capa intermedia 3 y la capa
de reacción 4, estando constituida en el ejemplo la capa intermedia
3 de una aleación de Cu/Ni con una proporción de hasta 40% en peso
de Ni. La capa de reacción presenta un espesor que corresponde
aproximadamente a 1/3 del espesor de la capa de cobertura (5).
La fig. 2 muestra en esencia la misma secuencia
de capas sobre el sustrato 1 con la diferencia de que la capa
intermedia 3 está conformada como una bicapa de níquel y cobre. En
la variante particularmente preferida la capa de níquel 31 está por
un lado en contacto directo con la capa de barrera 2 y, por otro, la
capa de cobre 32 está en contacto con la capa de reacción 4, la
cual está constituida por Ag.
Para una descripción más detallada de la
invención sirve el siguiente ejemplo de ejecución.
Una banda de 0,2 x 32 mm de la aleación de Cu
C7025 (CuNi3Si1Mg) se recubre con la secuencia de capas conforme a
la invención. Para ello, sobre la banda se deposita con una
instalación de galvanizado un "flash" de Fe de 0,5 \mum de
espesor. Las denominadas capas flash son segregaciones con un
espesor de capa relativamente bajo. Encima se deposita una capa de
níquel de 0,6 \mum y, encima, de nuevo un flash de Cu de 0,2
\mum de espesor. Como capa de reacción sirve una capa de Ag de
0,5 \mum y, como última capa, se segrega una capa de Sn puro de
0,1 \mum de espesor, y el conjunto de capas se somete a un
tratamiento de reflujo.
El material compuesto obtenido en forma de banda
se expone de nuevo a 125ºC y a 150ºC y se examina a determinados
plazos de tiempo.
Se comprueba así que, en comparación con los
procedimientos conocidos en el estado actual de la técnica, al cabo
de 1000 h a 150ºC no se observan desprendimientos por exfoliación.
Las exposiciones se prolongaron hasta 3000 h y, sin embargo, no se
constataron vestigios de exfoliación.
Se ha puesto de manifiesto que incluso más allá
de espacios de tiempo de 3000 h a temperaturas de hasta 170ºC,
mediante el montaje en capas conforme a la invención se puede
alcanzar la deseada estabilidad del estañado. Por la formación de
la FIM de SnAg_{3} se mantiene, además, la resistencia de
transición en un nivel bajo y estable.
- 1
- Sustrato
- 2
- Capa de barrera
- 3
- Capa intermedia, aleación
- 31
- Capa intermedia, primera capa
- 32
- Capa intermedia, segunda capa
- 4
- Capa de reacción
- 5
- capa de cobertura.
Claims (10)
1. Secuencia de capas sobre un sustrato (1) de
cobre o de una aleación a base de cobre, de níquel o de una
aleación a base de níquel o de un sustrato cobreado para la
producción de un material compuesto, caracterizado por:
- -
- una capa de cobertura (5), constituida por estaño o una aleación a base de estaño, la cual está dispuesta al menos sobre una parte del sustrato (1),
- -
- una capa de barrera (2) que se encuentra entre el sustrato (1) y la capa de cobertura (5), y que se encuentra en contacto inmediato con el sustrato (1), estando constituida la capa de barrera (2) por al menos un elemento del grupo Fe, Co, Nb, Mo o Ta, y
- -
- una capa intermedia (3, 31, 32) que se encuentra entre la capa de barrera (2) y la capa de cobertura (5) y que está en contacto inmediato con la capa de barrera (2), estando constituida la capa intermedia (3, 31, 32) por al menos un elemento del grupo Cu o Ni.
- -
- una capa de reacción (4) que se encuentra entre la capa de cobertura (5) y la capa intermedia (3) y que está constituida por Ag o una aleación de Ag, por Pt o Pd o por sus aleaciones, presentando la capa de reacción (4) un espesor que corresponde entre 1/3 a 1/1 del espesor de la capa de cobertura (5).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Secuencia de capas según la reivindicación 1,
caracterizada porque la capa de barrera (2) posee un espesor
de 0,2-1,0 \mum.
3. Secuencia de capas según la reivindicación 1
o 2, caracterizada porque la capa intermedia (3, 31, 32) es
una aleación de Cu-Ni o una secuencia de capas de
una capa de Ni y una capa de Sn.
4. Secuencia de capas según la reivindicación 3,
caracterizada porque la capa intermedia (3, 31, 32) presenta
un espesor de 0,2-2,0 \mum.
5. Secuencia de capas según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la capa de
reacción (4) presenta un espesor mayor que la capa de barrera (2) y
la capa intermedia (3, 31, 32).
6. Secuencia de capas según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el espesor total
de la capa sobre el sustrato (1) es menor a 12 \mum,
preferentemente menor a 3 \mum.
7. Secuencia de capas según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque en el caso
de al menos una capa se trata de una capa galvanizada, de una capa
PVD o una capa CVD.
8. Procedimiento para la producción de un
material compuesto a partir de la secuencia de capas según una de
las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por un tratamiento
térmico de la secuencia de capas por encima de la temperatura de
fusión de la capa de cobertura (5).
9. Procedimiento para la producción de un
material compuesto a partir de la secuencia de capas según la
reivindicación 8, caracterizado porque el tratamiento
térmico se lleva a cabo en aceite, especialmente en aceite de
parafina o aceite-éster.
10. Utilización del material compuesto producido
según el procedimiento según la reivindicación 8 o 9 para elementos
de construcción electromecánicos, circuitos impresos y placas
conductoras rígidas y flexibles.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10355724 | 2003-11-28 | ||
| DE10355724 | 2003-11-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2340161T3 true ES2340161T3 (es) | 2010-05-31 |
Family
ID=34442337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES04023558T Active ES2340161T3 (es) | 2003-11-28 | 2004-10-04 | Secuencias de capas para la produccion de un material compuesto para articulos electromecanicos. |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1535730B1 (es) |
| CN (1) | CN1701952B (es) |
| AT (1) | ATE461037T1 (es) |
| DE (1) | DE502004010902D1 (es) |
| ES (1) | ES2340161T3 (es) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2609252C (en) * | 2005-05-23 | 2012-01-10 | Neomax Materials Co., Ltd. | Cu-mo substrate and method for producing same |
| TWI347643B (en) | 2007-06-13 | 2011-08-21 | Advanced Semiconductor Eng | Under bump metallurgy structure and die structure using the same and method of manufacturing die structure |
| DE102011078546A1 (de) * | 2011-07-01 | 2013-01-03 | Tyco Electronics Amp Gmbh | Elektrische Kontaktbeschichtung |
| JP6050664B2 (ja) * | 2012-06-27 | 2016-12-21 | Ｊｘ金属株式会社 | 電子部品用金属材料及びその製造方法、それを用いたコネクタ端子、コネクタ及び電子部品 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3712691C1 (en) * | 1987-04-14 | 1988-06-23 | Prym Werke William | Electrical connecting pin, especially a coil former pin, and a method for its production |
| US5916695A (en) * | 1995-12-18 | 1999-06-29 | Olin Corporation | Tin coated electrical connector |
| JPH10284667A (ja) * | 1997-04-04 | 1998-10-23 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 耐食性、耐酸化性に優れる電気電子機器用部品材料、及びその製造方法 |
| US5939212A (en) * | 1997-06-09 | 1999-08-17 | Atd Corporation | Flexible corrugated multilayer metal foil shields and method of making |
| US6083633A (en) * | 1997-06-16 | 2000-07-04 | Olin Corporation | Multi-layer diffusion barrier for a tin coated electrical connector |
| AU2002239604A1 (en) * | 2000-12-11 | 2002-06-24 | Handy And Harman | Barrier layer for electrical connectors and methods of applying the layer |
| EP1352993B1 (en) * | 2001-01-19 | 2011-05-11 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | A method for preparation of metal-plated material |
-
2004
- 2004-10-04 ES ES04023558T patent/ES2340161T3/es active Active
- 2004-10-04 DE DE502004010902T patent/DE502004010902D1/de active Active
- 2004-10-04 AT AT04023558T patent/ATE461037T1/de not_active IP Right Cessation
- 2004-10-04 EP EP04023558A patent/EP1535730B1/de not_active Not-in-force
- 2004-11-26 CN CN200410096264.8A patent/CN1701952B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1535730B1 (de) | 2010-03-17 |
| CN1701952A (zh) | 2005-11-30 |
| ATE461037T1 (de) | 2010-04-15 |
| EP1535730A1 (de) | 2005-06-01 |
| DE502004010902D1 (de) | 2010-04-29 |
| CN1701952B (zh) | 2010-04-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2288503T3 (es) | Producto laminar de soldadura y metodo para fabricar un ensamblaje utilizando el producto laminar de soldadura. | |
| ES2838010T3 (es) | Superconductor y método de fabricación del mismo | |
| ES2199830T3 (es) | Producto de hoja para soldadura fuerte y metodo para su fabricacion. | |
| US6646330B2 (en) | Lead frame for semiconductor device, process for producing the same and semiconductor device using the same | |
| US4529667A (en) | Silver-coated electric composite materials | |
| CA1218201A (en) | Copper alloys with improved solderability shelf life | |
| JP6022419B2 (ja) | 熱電発電モジュール | |
| CA2118758C (en) | Lead frame for integrated circuits | |
| JP4086949B2 (ja) | 金属被覆部材 | |
| ES2340161T3 (es) | Secuencias de capas para la produccion de un material compuesto para articulos electromecanicos. | |
| JPH11222659A (ja) | 金属複合帯板を製造する方法 | |
| US20080308300A1 (en) | Method of manufacturing electrically conductive strips | |
| ES2935178T3 (es) | Cinta de cobre para hacer contactos eléctricos y procedimiento para hacer una cinta de cobre y un conector por enchufe | |
| JP2670348B2 (ja) | ＳｎまたはＳｎ合金被覆材料 | |
| TWI752184B (zh) | 防蝕端子材料及防蝕端子以及電線終端部構造 | |
| JP4739734B2 (ja) | 電子機械的構成要素用の複合材を製造するための連続層、その複合材及び使用方法 | |
| TW201305396A (zh) | 具有覆蓋層之填充銅開口 | |
| JPS625999B2 (es) | ||
| ES2286475T3 (es) | Producto de cobresoldadura y metodo de fabricacion del producto utilizando un baño de revestimiento. | |
| US9520347B2 (en) | Lead frame construct for lead-free solder connections | |
| Chen et al. | A comparative study of the interfacial reaction between electroless Ni–P coatings and molten tin | |
| US11825745B2 (en) | Thermoelectric element and method of making the same | |
| JP7162341B2 (ja) | めっき積層体の製造方法及びめっき積層体 | |
| WO1999006612A1 (en) | Two layer solderable tin coating | |
| JP2628749B2 (ja) | 耐熱性に優れた電子・電機部品用ＳｎまたはＳｎ合金被覆材料 |