ES2906613T3 - Método para tratar superficies metálicas - Google Patents
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Abstract
Un proceso para montar un diodo emisor de luz (LED) en una placa de cableado, comprendiendo el proceso las etapas de: a) proporcionar un submontaje configurado para acoplarse a una placa de cableado y configurado para tener acoplado al mismo un diodo emisor de luz; b) formar un contacto en al menos una parte de una superficie metálica del submontaje, estando formado el contacto por las etapas de: i) preparar al menos la parte de la superficie metálica del submontaje para aceptar sobre la misma una galvanoplastia de níquel anelectrolítico; ii) depositar una capa de níquel sobre al menos la parte de la superficie metálica del submontaje mediante un proceso de deposición de níquel anelectrolítico; y posteriormente iii) depositar una capa de plata sobre la capa de níquel anelectrolítico usando una solución de galvanoplastia de plata por inmersión anelectrolítica, en donde la solución de galvanoplastia de plata por inmersión comprende: una fuente de iones de plata soluble; un ácido; y un oxidante, en donde el oxidante comprende uno o más compuestos nitroaromáticos; en donde la capa de plata tiene un espesor de 0,025 a 2,5 micrómetros (1 a 100 micropulgadas); y en donde se forma un contacto de níquel-plata reflectante en al menos la parte de la superficie metálica del submontaje que proporciona una superficie soldable para montar el diodo emisor de luz sobre la misma; c) acoplar un diodo emisor de luz a las capas de níquel-plata; y d) acoplar el submontaje a una placa de cableado soldando el submontaje a las puntas del embalaje formadas en la placa de cableado.
Description
DESCRIPCIÓN
Método para tratar superficies metálicas
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un método para tratar superficies metálicas para reducir la corrosión sobre las mismas y/o aumentar la reflectancia de las superficies metálicas tratadas.
Antecedentes de la invención
Los procesos de fabricación de placas de circuito impreso (PCB) típicamente comprenden muchas etapas, en parte debido a la creciente demanda de rendimiento mejorado. Los circuitos de superficie en las PCB incluyen generalmente materiales de cobre y aleación de cobre que se recubren para proporcionar una buena conexión mecánica y eléctrica con otros dispositivos de la unidad. En la producción de placas de circuito impreso, una primera etapa comprende preparar la placa de circuito y una segunda etapa comprende montar diversos componentes en la placa de circuito.
Existen generalmente dos tipos de componentes que se pueden unir a la placa de circuito: a) componentes con patas, tales como resistencias, transistores, etc., que están unidos a la placa de circuito pasando cada una de las patas a través de un orificio de la placa y asegurando a continuación que el orificio alrededor de la pata se llena con aleación para soldadura; y b) dispositivos de montaje superficial, que están unidos a la superficie de la placa mediante soldadura con un área de contacto plana o mediante adhesión con un adhesivo adecuado.
Las placas de circuito impreso con orificios pasantes galvanizadas pueden fabricarse generalmente mediante un proceso que comprende la siguiente secuencia de etapas:
1) Perforar orificios a través del estratificado revestido de cobre;
2) Procesar las placas mediante un ciclo de galvanoplastia convencional en los orificios pasantes hasta la placa de cobre anelectrolítico en los orificios y sobre la superficie;
3) Aplicar una máscara de galvanizado;
4) Revestir electrolíticamente con cobre hasta el espesor deseado en los orificios y en la circuitería expuesta; 5) Revestir electrolíticamente con estaño los orificios y la circuitería expuesta para servir como resistencia al ataque químico;
6) Despegar la resistencia galvánica;
7) Atacar químicamente el cobre expuesto (es decir, cobre no sometido a galvanoplastia con estaño);
8) Despegar el estaño;
9) Aplicar, obtener la imagen y revelar una máscara de soldadura de manera que la máscara de soldadura cubra sustancialmente toda la superficie de la placa, excepto las áreas de conexión; y
10) Aplicar la capa protectora soldable a las áreas que se van a soldar.
También pueden usarse otras secuencias de etapas y son generalmente bien conocidas por los expertos en la técnica. Además, se pueden intercalar aclarados con agua limpia entre cada etapa. Otros ejemplos de secuencias de etapas que pueden usarse para preparar las placas de circuito impreso en la primera etapa se describen, por ejemplo, en la patente US-6.319.543 de Soutar y col., la patente US-6.656.370 de Toscano y col. y la patente US-6.815.126 de Fey y col.
El enmascaramiento de la soldadura es una operación en la que toda la zona de una placa de circuito impreso, excepto las almohadillas de la soldadura, las almohadillas de montaje superficial y los orificios pasantes de la placa, se cubre selectivamente con un revestimiento de polímero orgánico. El revestimiento del polímero actúa como una presa alrededor de las almohadillas para evitar el flujo no deseable de la aleación para soldadura durante el montaje y también mejora la resistencia de aislamiento eléctrico entre conductores y proporciona protección del entorno. El compuesto de la máscara de soldadura es, de forma típica, una resina epoxídica que es compatible con el sustrato. La máscara de soldadura puede estar serigrafiada sobre la placa de circuito impreso en el patrón deseado o también puede ser una máscara de soldadura para fotoimágenes con la que se reviste la superficie.
Las áreas de contacto incluyen áreas de conexión por cable, áreas de conexión de chips, áreas de soldadura y otras áreas de contacto. Los acabados de contacto deben proporcionar una buena soldabilidad, buen rendimiento de los cables soldados y alta resistencia a la corrosión. Algunos acabados de contacto también deben proporcionar alta conductividad, alta resistencia al desgaste y alta resistencia a la corrosión. Un revestimiento de acabado de contacto de la técnica anterior típico puede incluir un revestimiento de níquel electrolítico con una capa de oro electrolítico en la parte superior, aunque los expertos en la técnica también conocen otros revestimientos.
Generalmente, la soldadura se usa para fabricar conexiones mecánicas, electromecánicas o electrónicas en una variedad de artículos. La distinción entre las funciones esperadas de las conexiones es importante porque cada aplicación tiene sus propios requisitos específicos de preparación de la superficie. De las tres aplicaciones de soldadura, la realización de conexiones electrónicas es la más exigente.
En la fabricación de dispositivos de embalaje electrónico tales como placas de circuito impreso, las conexiones de componentes electrónicos a un sustrato se fabrican soldando las puntas de los componentes a los orificios pasantes, almohadillas circundantes, superficies y otros puntos de conexión (en su conjunto “Áreas de Conexión” ) sobre el sustrato. De forma típica, las conexiones se producen mediante técnicas de soldadura por ondas. Los dispositivos de embalaje electrónico pueden recibir a continuación otras unidades electrónicas que incluyen, por ejemplo, diodos emisores de luz (LED), que pueden soldarse a, por ejemplo, electrodos de una placa de circuito impreso.
Como se usa en la presente descripción, “ LED” se refiere a un diodo que emite luz visible, ultravioleta o infrarroja. Los LED son fuentes de luz en estado sólido con muchas ventajas. Pueden proporcionar luz con alto brillo de manera fiable y ser de utilidad en pantallas, señales de tráfico e indicadores, entre otros. En algunas realizaciones, los LED pueden ensamblarse como un paquete LED con múltiples celdas LED dispuestas juntas sobre el sustrato subyacente y también pueden acoplarse entre sí en serie.
Una clase de LED se fabrica a partir de uno o más elementos del Grupo III tales como galio, indio o aluminio y el elemento del Grupo V de nitrógeno. Estos LED de nitruro-III tienen capacidad de emitir luz en el espectro visible y en el régimen ultravioleta del espectro. Otros LED pueden estar hechos de sistemas de material de III-fosfuro y III-arseniuro, que emiten en las regiones ámbar, roja e infrarroja del espectro.
Tradicionalmente, los LED se fabrican depositando una región dopada n, una región activa y una región dopada p sobre un sustrato. En los métodos de producción de LED modernos, la secuencia de la capa emisora de luz a menudo se hace crecer en primer lugar sobre un sustrato de crecimiento, posteriormente se aplica a un portador nuevo y a continuación se desprende el sustrato de crecimiento. Este método tiene por un lado la ventaja de que los sustratos de crecimiento pueden reutilizarse, en particular los sustratos de crecimiento adecuados para la producción de semiconductores de compuestos de nitruro, que son comparativamente caros. Este método, denominado tecnología de película delgada, también tiene la ventaja de que el desprendimiento del sustrato original permite evitar las desventajas de este último, tales como, por ejemplo, una baja conductividad eléctrica y una mayor absorción de la radiación generada o detectada por el dispositivo optoelectrónico.
Otra tecnología para la producción de LED altamente eficientes es una tecnología denominada “ flip-chip” . Dicho dispositivo se describe, por ejemplo, en la patente US-6.514.782. En la misma se describe un chip semiconductor emisor de radiación que está conectado a un sustrato portador tanto por el contacto n como por el contacto p por medio de una conexión soldada directa.
Tanto en la tecnología de película delgada como en la tecnología de flip-chip, es ventajoso formar el contacto entre el chip semiconductor y el sustrato portador como un contacto reflectante. De esta manera, se evita la penetración de la radiación generada o detectada por un dispositivo optoelectrónico dentro del contacto y, por consiguiente, se reducen las pérdidas de absorción.
El cuerpo semiconductor de película delgada está conectado, por ejemplo, por el contacto eléctrico con un cuerpo portador. En algunos métodos de fabricación, los materiales de la capa de soldadura y del cuerpo portador se hacen coincidir entre sí de manera que pueden formar una aleación, en particular una aleación eutéctica, es decir, no existe una barrera metalúrgica entre la capa de soldadura y el cuerpo portador.
Otros métodos de fabricación de los LED se describen, por ejemplo, en la publicación de patente US-2005/0023548 de Bhat y col., la publicación de patente US-2011/0101394 de McKenzie y col., la patente US-7.595.453 de Palmteer y la publicación de patente US-2009/0103005 de Nakazato y col.
Para facilitar las operaciones de soldadura, orificios pasantes, almohadillas, superficies y otros puntos de conexión se disponen de modo que sean receptivos a los procesos de soldadura posteriores. Por lo tanto, estas superficies deben ser fácilmente humectables por la aleación para soldadura para permitir una conexión conductora integral con las puntas o superficies de los componentes electrónicos. Debido a estas necesidades, los fabricantes de circuitos impresos han ideado diversos métodos para conservar y mejorar la soldabilidad de estas superficies.
Un medio de proporcionar una buena soldabilidad de las superficies en cuestión es proporcionar a las superficies un revestimiento previo de aleación para soldadura. Sin embargo, en la fabricación de circuitos impresos, este método tiene varios inconvenientes. En particular, porque no es fácil proporcionar de manera selectiva a estas áreas la aleación para soldadura, todas las áreas conductoras de la placa deben tener soldadura galvanizada, lo que puede causar problemas graves con la posterior aplicación de la máscara de soldadura.
Se han realizado diversos intentos para aplicar selectivamente aleación para soldadura solo a las áreas necesarias. Por ejemplo, la patente US-4.978.423 implica el uso de materiales orgánicos resistentes a ataque químico a las áreas de conexión con soldadura galvanizada, seguido de la separación selectiva de la punta de estaño de las trazas de cobre antes de la aplicación de la máscara de soldadura. La patente US-5.160.579 describe otros ejemplos de procesos de soldadura selectivos conocidos.
La soldadura directa sobre las superficies de cobre puede ser difícil e inconsistente. Estos problemas se deben principalmente a la incapacidad de mantener las superficies de cobre limpias y libres de oxidación durante la operación de soldadura. Se han desarrollado diversos tratamientos orgánicos para preservar las superficies de cobre en un estado fácilmente soldable. Por ejemplo, la patente US-5.173.130 de Kinoshita describe el uso de determinados 2-alquilbencimidazoles como prefundentes de cobre para preservar la soldabilidad de las superficies de cobre. Tratamientos tales como los descritos por Kinoshita han demostrado éxito pero sigue existiendo la necesidad de mejorar su fiabilidad.
Otro medio de disponer de una buena soldabilidad en estas superficies es galvanizándolas con un revestimiento de acabado final de oro, paladio o rodio. Por ejemplo, la patente US-5.235.139 describe un método para lograr este acabado final metálico galvanizando las áreas de cobre que se van a soldar con níquel-boro anelectrolítico, seguido de un revestimiento de un metal precioso tal como oro. Además, la patente US-4.940.181 describe la galvanoplastia de cobre anelectrolítico, seguida de cobre electrolítico, seguida de níquel, seguida de oro como una superficie soldable, y la patente US-6.776.828 describe la galvanoplastia de cobre anelectrolítico seguida por oro mediante inmersión. Estos procesos funcionan bien pero requieren mucho tiempo y son relativamente caros.
Otro método más para disponer de una buena soldabilidad en estas superficies es galvanizar anelectrolíticamente las mismas con un revestimiento final de plata. Por ejemplo, la patente US-5.322.553 y la patente US-5.318.621 describen métodos para tratar placas de circuito impreso con revestimiento de cobre revistiendo las mismas con níquel anelectrolítico y galvanoplastia posterior con plata anelectrolítica. El baño de plata anelectrolítica galvaniza una superficie de un metal de soporte para dar un depósito grueso.
Como se describe en la patente US- 6.773.757 y la patente US- 5.935.640, los depósitos de plata por inmersión son excelentes conservantes de la soldabilidad, algo particularmente útil en la fabricación de placas de circuito impreso. La galvanoplastia por inmersión es un proceso que es el resultado de una reacción de sustitución mediante la cual la superficie sometida a galvanoplastia se disuelve en una solución y, al mismo tiempo, el metal que se va a galvanizar se deposita desde la solución de galvanoplastia sobre la superficie. La galvanoplastia por inmersión típicamente se inicia sin activación previa de las superficies. El metal a galvanizar es generalmente más noble que el metal de la superficie. Por lo tanto, la galvanoplastia por inmersión suele ser significativamente más fácil de controlar y significativamente más económica que la galvanoplastia anelectrolítica, que requiere sofisticadas soluciones y procesos de galvanizado autocatalíticos sofisticados para la activación de las superficies antes de la galvanoplastia.
Puede ser problemático el uso de depósitos de plata por inmersión debido a la posibilidad de ataque de la interfase de máscara de soldadura (SMIA) en el que el ataque galvánico puede erosionar la traza de cobre en la interfase entre la máscara de soldadura y la traza de cobre. El SMIA también se denomina corrosión de máscara de soldadura y ataque galvánico en la interfase de la máscara de soldadura. El problema se refiere a un ataque galvánico en la interfase máscara de soldadura-cobre, y este ataque galvánico interfacial surge como resultado de la estructura de la interfase máscara de soldadura-cobre y el mecanismo de galvanizado por inmersión.
La corrosión galvánica se produce por la unión de dos metales diferentes. Las diferencias en el metal pueden verse como una variación en la composición del propio metal, o diferencias en los límites de grano, o cizallamiento localizado o par de torsión derivado del proceso de fabricación. Casi cualquier falta de homogeneidad de la superficie metálica o su entorno puede iniciar un ataque de corrosión galvánica, produciendo una diferencia de potencial. El contacto entre metales diferentes también produce flujo de corriente galvánica debido a la diferencia de potencial entre los dos o más metales diferentes. La corrosión galvánica puede aparecer cuando un metal está recubierto con un metal más noble, por ejemplo plata sobre cobre, y cualquier cobre expuesto también puede acelerar este proceso. Se observan tasas de fallo más altas y corrosión acelerada en entornos que tienen altos niveles de gases de azufre reducido, tales como azufre elemental y sulfuro de hidrógeno.
Como se describe en la presente descripción, la formación de una capa de plata también es deseable en la fabricación de los LED. Como se describe, por ejemplo, en la publicación de patente US-2004/0256632 de Stein y col, es deseable formar un contacto reflectante entre un chip semiconductor optoelectrónico, por ejemplo un LED, y un sustrato portador de modo que se evita la penetración de radiación generada o detectada por el chip semiconductor optoelectrónico en el contacto y se reducen las pérdidas de absorción. Stein describe la disposición de una capa muy delgada que contiene
platino, paladio o níquel entre una capa semiconductora que contiene un compuesto de nitruro y una capa reflectante que contiene plata u oro. En la publicación de patente US-2007/0145396 de Wantanabe se describe la mejora en la eficiencia de extracción de luz de un LED y, por lo tanto, el aumento de la duración y la potencia del LED mientras se reduce el consumo de energía, disponiendo una capa reflectante de luz que comprende una aleación de plata entre una capa semiconductora, formada por estratificación de una primera capa conductora, una capa activa y una segunda capa conductora sobre un sustrato transparente, y una capa protectora. En la publicación de patente US-2005/0023548 de Bhat y col. se describe un montaje de un LED semiconductor de flip-chip, de manera que el LED y el submontaje se pueden montar en superficie de otro dispositivo mediante una interconexión. Además, el submontaje tiene una capa soldable sobre el mismo.
Aunque se han sugerido diversos métodos para tratar superficies metálicas para evitar la corrosión sobre las mismas y/o aumentar la reflectancia de la superficie de metal tratada, sigue existiendo la necesidad de procesos adicionales para prevenir la corrosión y/o aumentar la reflectancia de las superficies metálicas tratadas.
El documento WO 2010/113852 describe un método para implementar un elemento emisor de luz en una superficie reflectante de luz que comprende las etapas de estratificar una lámina de cobre sobre una parte aislante, galvanoplastia anelectrolítica de una capa de níquel sobre la lámina de cobre y galvanoplastia anelectrolítica de una capa de plata sobre la capa de níquel.
Sumario de la invención
Es un objeto de la presente invención proporcionar un medio mejorado para reducir la corrosión de superficies metálicas subyacentes.
Es otro objeto de la presente invención proporcionar un medio mejorado para evitar la corrosión galvánica de dichas superficies metálicas.
Es otro objeto más de esta invención proponer un medio mejorado para preservar y mejorar la soldabilidad de las superficies metálicas.
Es otro objeto más de la invención eliminar los poros de cobre en los depósitos de plata que son susceptibles al deslustre y la corrosión.
Es otro objeto más de la invención eliminar sustancialmente la migración de cobre a través de depósitos de plata en placas de circuito impreso, embalajes electrónicos y LED.
Es otro objeto más de la invención aumentar la reflectancia de las superficies de plata durante la fabricación de los LED. Es otro objeto más de la presente invención proporcionar una superficie de plata soldable sobre un sustrato para montar un LED sobre el mismo.
Para ello, la presente invención se refiere a un proceso para montar un LED en una placa de cableado según se indica en la reivindicación 1.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
La presente invención se refiere a un proceso para montar un LED en una placa de cableado según se indica en la reivindicación 1.
En un aspecto, el níquel galvanizado sobre la superficie metálica comprende de 2 % a 12 % en peso de fósforo o de 0,0005 % a 0,1 % en peso de azufre.
La superficie metálica puede ser cualquier metal que sea menos electropositivo que la plata, incluyendo, por ejemplo, cinc, hierro, estaño, níquel, plomo o cobre y aleaciones de los anteriores. En una realización preferida, la superficie metálica es una superficie de cobre o aleación de cobre.
Preferiblemente, antes de poner en contacto la superficie metálica con las composiciones de galvanoplastia, la superficie metálica se limpia. Por ejemplo, la limpieza puede llevarse a cabo mediante una composición limpiadora ácida u otra composición limpiadora similar tal como es bien conocido en la técnica.
La galvanoplastia de níquel se lleva a cabo preferiblemente anelectrolíticamente pero, en un aspecto que no se reivindica, también se puede galvanizar electrolíticamente. La galvanoplastia de níquel anelectrolítico es una reducción autocatalítica o química de iones de níquel a níquel que a continuación se deposita sobre un sustrato y se puede usar sobre cualquier superficie metálica sobre la que se puede revestir el níquel.
Para galvanizar correctamente determinadas superficies de metal con níquel, puede ser necesario activar las superficies con un activador de metal precioso antes de poner en contacto las superficies con el baño de galvanoplastia de níquel anelectrolítico. El activador del metal precioso comprende, típicamente, paladio, oro o plata coloidal o iónico y se realiza antes de la etapa anelectrolítica.
Por ejemplo, cuando la superficie metálica comprende cobre o aleación de cobre, la preparación de la superficie para aceptar la galvanoplastia de níquel anelectrolítico sobre la misma puede comprender (i) un activador de metal precioso antes de un baño de fósforo de níquel anelectrolítico, o (ii) el uso de un baño previo de dimetilaminoborano para crear una capa de níquel muy delgada antes del baño de fósforo de níquel anelectrolítico. En cualquier caso, se forma un depósito adherente y uniforme sobre la superficie metálica.
Opcionalmente, la superficie metálica también se puede microdecapar para aumentar la magnitud y fiabilidad de la unión posterior. En el caso de superficies metálicas de cobre o aleación de cobre, el microdecapado puede comprender (i) un microdecapado con peróxido sulfúrico, (ii) un microdecapado con cloruro cúprico o (iii) un microdecapado con persulfato. En cada caso, es preferible que el microdecapado desbaste uniformemente la superficie metálica. El tiempo y la temperatura del contacto con el microdecapante puede variar dependiendo, por ejemplo, del tipo de microdecapante que se utilice y las características de la superficie metálica, siendo el objetivo obtener una superficie metálica uniformemente rugosa.
Después del microdecapado, y antes del contacto con el baño de galvanoplastia, la superficie metálica puede activarse con un activador de metal precioso, según se describe anteriormente, para revestir la superficie metálica con sitios catalíticos de metal precioso que puedan iniciar el posterior galvanizado anelectrolítico.
La superficie metálica se pone en contacto a continuación con un baño de galvanoplastia de níquel anelectrolítico, preferiblemente durante un tiempo y a una temperatura suficiente para formar una placa de aproximadamente 2 a aproximadamente 50 micropulgadas de níquel, más preferiblemente de 2,5 a 6,4 micrómetros (aproximadamente 100 a aproximadamente 250 micropulgadas) de níquel.
En un aspecto, un baño de galvanoplastia de níquel anelectrolítico adecuado para usar en la presente invención comprende:
a) una fuente de iones de níquel;
b) un agente reductor;
c) un agente complejante;
d) uno o más estabilizantes del baño; y
e) uno o más aditivos adicionales.
La fuente de iones de níquel puede ser cualquier fuente adecuada de iones de níquel, y es preferiblemente una sal de níquel seleccionada del grupo que consiste en bromuro de níquel, fluoroborato de níquel, sulfonato de níquel, sulfamato de níquel, alquilsulfonato de níquel, sulfato de níquel, cloruro de níquel, acetato de níquel, hipofosfito de níquel y combinaciones de uno o más de los anteriores. En un aspecto preferido, la sal de níquel es sulfamato de níquel. En otra realización preferida, la sal de níquel es sulfato de níquel.
Los agentes reductores incluyen típicamente borohidruro e iones hipofosfito. Tipicamente, la galvanoplastia de níquel anelectrolítico se lleva a cabo utilizando iones hipofosfito como agente reductor, siendo el hipofosfito de sodio el más preferible. Otros agentes reductores incluyen borohidruro de sodio, dimetilamina borano, N-dietilamina borano, hidrazina e hidrógeno, a manera de ejemplo y no de limitación.
Los estabilizantes de la solución pueden ser metálicos (inorgánicos) u orgánicos. Los estabilizantes metálicos usados comúnmente en las soluciones de galvanoplastia de níquel anelectrolítico incluyen compuestos de Pb, Sn o Mo, tales como acetato de plomo. Los estabilizantes orgánicos usados comúnmente incluyen compuestos de azufre (“compuestos de S” ), tales como tiourea. Los agentes formadores de complejos incluyen ácido cítrico, ácido láctico o ácido málico. El hidróxido de sodio también puede incluirse en el baño de níquel anelectrolítico para mantener el pH de la solución.
Como se describe en la presente descripción, la solución de galvanoplastia de níquel anelectrolítico puede incluir uno o más aditivos seleccionados de azufre y/o fósforo. El azufre se puede usar preferiblemente en la solución de galvanoplastia como azufre divalente y el fósforo se puede usar típicamente en la solución de galvanoplastia como hipofosfito. Si el azufre divalente está presente en la solución de galvanoplastia de níquel anelectrolítico, es preferible que esté presente a una concentración de aproximadamente 0,1 ppm a aproximadamente 3 ppm, con máxima preferencia de aproximadamente 0,2 ppm a aproximadamente 1 ppm, sin incluir el azufre presente procedente de la fuente de acidez, tal como ácido sulfúrico, ácido sulfúrico o ácido metanosulfónico. Además, los inventores han descubierto que si se usa sulfamato de
níquel como sal de níquel según la presente invención, se debe incluir al menos una cantidad mínima de azufre y/o fósforo en el baño de galvanoplastia de níquel anelectrolítico. En un aspecto particularmente preferido, el níquel galvanizado sobre la superficie metálica comprende aproximadamente 2 por ciento en peso a aproximadamente 12 por ciento en peso de fósforo y/o 0,0005 % en peso de azufre a 0,1 % en peso de azufre. Se ha descubierto inesperadamente que la inclusión de las cantidades anteriores de fósforo y/o azufre son beneficiosas para lograr un depósito de plata por inmersión mejorado.
Los iones de níquel se reducen a níquel en el baño de galvanoplastia anelectrolítica de níquel mediante la acción de agentes químicos reductores que se oxidan en el proceso. El catalizador puede ser el sustrato o una superficie metálica sobre el sustrato, lo que permite que se produzca la reacción de oxidación-reducción con el depósito final de níquel sobre el sustrato.
La velocidad de deposición de la galvanoplastia anelectrolítica se controla adicionalmente seleccionando la temperatura, pH y concentraciones de ion metálico/reductor adecuadas. Los agentes formadores de complejos pueden usarse, además, como inhibidores del catalizador para reducir el potencial de descomposición espontánea del baño anelectrolítico.
El espesor total de níquel anelectrolítico galvanizado sobre la superficie metálica está típicamente en el intervalo de aproximadamente 0,025 a 13 micrómetros (1 a 500 micropulgadas), preferiblemente en el intervalo de 2,5 a 6,4 micrómetros (aproximadamente 100 a aproximadamente 250 micropulgadas).
Una vez que se ha galvanizado la capa de níquel anelectrolítico sobre la superficie metálica, la superficie metálica de níquel anelectrolítico galvanizada se somete después de eso a una galvanoplastia con plata por inmersión para proporcionar una capa de plata sobre la misma. Según se describe anteriormente, los depósitos de plata por inmersión son excelentes conservantes de la soldabilidad y son particularmente útiles en la fabricación de placas de circuito impreso. La soldabilidad lograda cuando la galvanoplastia de níquel anelectrolítico va seguida de galvanoplastia con plata por inmersión según la presente invención da como resultado una reducción inesperadamente grande de la corrosión galvánica en las superficies de los circuitos, una reducción de los poros de cobre que son susceptibles al deslustre y la corrosión y un aumento en la ventana de proceso para aplicaciones de unión. Esto es beneficioso porque, en aplicaciones de circuitos impresos, por ejemplo, las superficies se unen mediante cable. Además, el proceso de la presente invención da como resultado una cobertura de plata uniforme y una mayor reflectancia de la superficie de plata.
El baño de galvanoplastia de plata por inmersión de la presente invención comprende:
a) una fuente de iones de plata soluble;
b) un ácido;
c) un oxidante; y
d) opcionalmente, pero preferiblemente, un imidazol o derivado de imidazol.
La solución para galvanoplastia de plata por inmersión contiene una fuente de iones de plata soluble en una matriz acuosa ácida. La fuente de iones de plata soluble puede derivarse de una variedad de compuestos de plata, incluyendo, por ejemplo, sales de plata orgánicas o inorgánicas. En una realización preferida, la fuente de iones de plata es nitrato de plata. La concentración de plata en la solución de galvanoplastia puede variar generalmente de aproximadamente 0,1 a 25 gramos por litro, pero está preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 0,5 a 2 gramos por litro.
Una variedad de ácidos son adecuados para usar en la solución para galvanoplastia de plata por inmersión que incluyen, por ejemplo, ácido fluobórico, ácido clorhídrico, ácido fosfórico, ácido metanosulfónico, ácido nítrico y combinaciones de uno o más de los anteriores. En una realización, se usa ácido metanosulfónico o ácido nítrico. La concentración de ácido en la solución de galvanoplastia generalmente varía de aproximadamente 1 a 150 gramos por litro pero está preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 5 a 50 gramos por litro.
La solución para galvanoplastia de plata por inmersión también comprende un oxidante para crear una cubierta de plata uniforme sobre el sustrato galvanizado de níquel anelectrolítico. Según la invención, a este respecto se usan compuestos nitroaromáticos tales como meta-nitrobencenosulfonato de sodio, para-nitrofenol, ácido 3,5-dinitrosalicílico y ácido 3,5-dinitrobenzoico. En una realización preferida, el dinitrocompuesto es ácido 3,5-dinitrosalicílico. La concentración del oxidante en la solución puede variar de aproximadamente 0,1 a 25 gramos por litro, pero es preferiblemente de aproximadamente 0,5 a 2 gramos por litro.
Para reducir aún más la tendencia de los galvanizados de plata por inmersión a electromigrar en la aplicación propuesta, también se pueden incluir determinados aditivos en el depósito galvanizado, ya sea mediante la incorporación de los aditivos en el propio baño de galvanoplastia o mediante el tratamiento posterior de la superficie galvanizada con los aditivos. Estos aditivos pueden seleccionarse del grupo que consiste en aminas grasas, ácidos grasos, amidas grasas, sales cuaternarias, sales anfóteras, aminas resinosas, amidas resinosas, ácidos resinosos y
mezclas de los anteriores. Los ejemplos de los aditivos se describen, por ejemplo, en la patente US-7.267.259. La concentración de los aditivos anteriores en el baño de galvanoplastia de plata por inmersión o en la composición de tratamiento de la superficie posterior varía típicamente de 0,1 a 15 gramos por litro pero es preferiblemente de 1 a 5 gramos por litro.
Además, como se describe en la patente US-7.631.798, un imidazol o derivado de imidazol también se puede incluir opcionalmente en el baño de galvanoplastia por inmersión de la presente invención para hacer la placa más brillante, más lisa y más cohesiva.
El baño de galvanoplastia de plata por inmersión se mantiene típicamente a una temperatura de aproximadamente la temperatura ambiente a aproximadamente 93 °C (200 °F), más preferiblemente a aproximadamente 27 0C (80 0F) a aproximadamente 49 0C (120 0F). El artículo a galvanizar puede sumergirse en la solución de galvanoplastia durante un lapso de tiempo adecuado para lograr el espesor de galvanoplastia deseado para el depósito, que está típicamente en el intervalo de aproximadamente 1 a 5 minutos.
La solución de plata por inmersión aplica una capa delgada de plata sobre la superficie metálica. Según la invención, el revestimiento de plata resultante tiene de aproximadamente 0,025 a 2,5 micrómetros (1 a 100 micropulgadas) de espesor, preferiblemente de aproximadamente 0,25 a 1,5 micrómetros (10 a 60 micropulgadas) de espesor para una mejora eficaz y conservación de la soldabilidad de la superficie.
Aunque el proceso descrito en la presente descripción es eficaz para soldar diversas superficies metálicas, es particularmente útil para soldar superficies de cobre, tales como Áreas de Conexión en dispositivos de embalaje electrónicos tales como placas de circuito impreso. Al evitar la corrosión en las placas de circuito impreso, se puede extender la vida útil del dispositivo. Además, al eliminar la corrosión, se pueden eliminar sustancialmente los problemas de soldadura, lo que es un beneficio importante para los fabricantes de placas, circuitos y componentes.
En un aspecto que no se reivindica, el proceso descrito en la presente descripción también es eficaz en el galvanizado con plata de LED y en la preparación de LED para aceptar soldadura sobre el mismo, por ejemplo, para soldar a dispositivos de embalaje electrónico que incluyen placas de circuito impreso. La formación de patrones de contactos eléctricos puede lograrse mediante un patrón químico por vía húmeda como se conoce generalmente en la técnica. Es posible que el cobre migre a través de los depósitos de plata en función del calor en aplicaciones LED, disminuyendo así la reflectancia superficial. Por lo tanto, el proceso descrito en la presente descripción produce una superficie en la que la migración de cobre a través del depósito de plata se elimina al menos sustancialmente, lo que da como resultado una mayor reflectividad, algo particularmente beneficioso para usar en aplicaciones de LED. En una realización, el proceso descrito en la presente descripción proporciona una superficie de plata sobre un LED con una reflectancia de al menos 80 por ciento.
En la publicación de patente US-2005/0023548 de Bhat se describe un ejemplo de un submontaje en el que se monta un LED que tiene contactos eléctricos en el lado opuesto al LED, de modo que el LED y el submontaje se pueden montar en superficie de otro dispositivo, tal como una placa de circuito impreso.
Los contactos eléctricos en la matriz del dispositivo emisor de luz pueden formarse acoplando interconexiones a la matriz. Las interconexiones pueden estar hechas de bolas de soldadura, metales elementales, aleaciones de metal, aleaciones de metal-semiconductor, soldaduras, pastas o compuestos térmica y eléctricamente conductores (por ejemplo, epoxis), uniones eutécticas (por ejemplo, Pd--In--Pd) de metales diferentes entre la matriz de LED y el submontaje, protuberancias de Au o configuraciones de aleaciones para soldadura distintas de bolas, tales como barras.
Las bolas de aleaciones para soldadura u otras interconexiones se acoplan eléctricamente a superficies conductoras en la submontura para montar en superficie que puede estar conectada a otra estructura mediante, por ejemplo, uniones con aleación para soldadura. Las superficies conductoras son típicamente capas o superficies soldables y están conectadas a otros dispositivos mediante uniones con aleación para soldadura. Las uniones con aleación para soldadura incluyen las capas soldables formadas en el submontaje. Las capas soldables pueden formarse en al menos dos superficies del submontaje y, en algunas realizaciones, las capas soldables cubren superficies opuestas del submontaje, tales como las superficies superior e inferior. Las superficies soldables también pueden extenderse alrededor de las superficies laterales del submontaje, conectando las superficies soldables superior e inferior. Estos diseños proporcionan grandes superficies soldables, a las que pueden soldarse las aleaciones para soldaduras. Los aleaciones para soldaduras pueden entrar en contacto con las superficies soldables solo en la parte inferior del submontaje, o pueden extenderse por los lados del submontaje cuando se proporcionan superficies soldables en los lados del submontaje. Las aleaciones para soldaduras están acopladas eléctricamente a las puntas de embalaje que se han formado en la placa tal como una placa de cableado impreso. Las puntas del embalaje se pueden formar de varias maneras, por ejemplo, cubriendo más de una superficie de la placa de cableado. Finalmente, una o más superficies de submontaje y la placa de circuito impreso orientada hacia el LED pueden ser reflectantes.
Las conexiones de la aleación para soldadura también proporcionan un canal eficiente para conducir el calor fuera del LED. Otras formas de disipar el calor se describen, por ejemplo, en la publicación de patente US-2009/0267085.
El submontaje puede formarse a partir de, por ejemplo, Si, SiC, zafiro, PCB, AlNx, Al2O3 o cualquier otro material conocido en la técnica. La aleación para soldadura puede ser, por ejemplo, una aleación que contiene Sn tal como PbSn-- o AgSn-- binarios, ternarios, y cuaternarios; una aleación que contiene Au tal como ASn o AuGe binarios; una aleación que contiene uno o más de los siguientes: In, Bi, Pb, Sb, Ag, Cu; o un metal tal como Au, Ag, In, Sn, Pb, Bi, Ni, Pd o Cu. La capa soldable puede ser, por ejemplo, oro, plata, níquel, cobre, platino u otros materiales conocidos en la técnica.
Para los fines de la presente invención, los inventores han descubierto que la capa soldable del submontaje puede comprender de forma ventajosa un cobre o una aleación de cobre que puede procesarse de la manera descrita en la presente descripción para proporcionar una capa de níquel galvanizado y una capa de plata galvanizada por inmersión sobre la misma. El uso de las capas galvanizadas de níquel y plata sobre la capa de cobre produce un depósito que mejora la resistencia a la corrosión de la capa de cobre subyacente y mejora la reflectancia de la capa de plata. El uso de las capas de níquel y plata sobre la capa de cobre también sirve para mejorar la soldabilidad del submontaje al LED posteriormente unido al mismo.
El diodo emisor de luz está acoplado al submontaje en lugar de a la placa de cableado directamente por varias razones. Por ejemplo, el submontaje contribuye a una buena reflexión de la luz del dispositivo. Además, se pueden formar características más pequeñas en un submontaje que en una placa de cableado, reduciendo potencialmente el tamaño del dispositivo y mejorando las capacidades de extracción de calor del dispositivo. Además, como se describe, por ejemplo, en la publicación de patente US- 2009/0053840 de Chou y col., la superficie emisora de luz del LED puede sellarse y encapsularse con un material transparente que puede ser una resina transparente o resina epoxídica. Por lo tanto, en una realización, el diodo emisor de luz y al menos una parte del contacto de plata-níquel pueden estar encapsulados en un material transparente.
También se ha mostrado que el proceso de la presente invención elimina al menos sustancialmente la corrosión galvánica del sustrato de cobre subyacente. Además, el proceso de la presente invención elimina sustancialmente los poros de cobre en el depósito de plata que son susceptibles a la corrosión y deslustre y, además, elimina al menos sustancialmente la migración de cobre a través del depósito de plata. Como resultado, el proceso de la presente invención también aumenta la ventana de procesamiento para aplicaciones de unión cableada porque cualquier cobre oxidado que aparece durante la unión cableada da como resultado una superficie no adherible.
Finalmente, aunque la presente invención como se describe en la presente descripción utiliza níquel anelectrolítico, también es posible que el baño de galvanoplastia de níquel anelectrolítico pueda comprender una aleación de níquel o, como alternativa, en un aspecto que no se reivindica, que la barrera de níquel pueda proporcionarse utilizando un depósito de níquel electrolítico, o bien se puede usar otro metal de galvanoplastia anelectrolítico adecuado en lugar de níquel anelectrolítico.
Claims (8)
- REIVINDICACIONESi. Un proceso para montar un diodo emisor de luz (LED) en una placa de cableado, comprendiendo el proceso las etapas de:a) proporcionar un submontaje configurado para acoplarse a una placa de cableado y configurado para tener acoplado al mismo un diodo emisor de luz;b) formar un contacto en al menos una parte de una superficie metálica del submontaje, estando formado el contacto por las etapas de:i) preparar al menos la parte de la superficie metálica del submontaje para aceptar sobre la misma una galvanoplastia de níquel anelectrolítico;ii) depositar una capa de níquel sobre al menos la parte de la superficie metálica del submontaje mediante un proceso de deposición de níquel anelectrolítico; y posteriormenteiii) depositar una capa de plata sobre la capa de níquel anelectrolítico usando una solución de galvanoplastia de plata por inmersión anelectrolítica, en donde la solución de galvanoplastia de plata por inmersión comprende:una fuente de iones de plata soluble;un ácido; yun oxidante, en donde el oxidante comprende uno o más compuestos nitroaromáticos;en donde la capa de plata tiene un espesor de 0,025 a 2,5 micrómetros (1 a 100 micropulgadas); y en donde se forma un contacto de níquel-plata reflectante en al menos la parte de la superficie metálica del submontaje que proporciona una superficie soldable para montar el diodo emisor de luz sobre la misma;c) acoplar un diodo emisor de luz a las capas de níquel-plata; yd) acoplar el submontaje a una placa de cableado soldando el submontaje a las puntas del embalaje formadas en la placa de cableado.
- 2. El proceso según la reivindicación 1, en donde la superficie metálica del submontaje comprende un metal que es menos electropositivo que la plata,opcionalmente en donde la superficie metálica es una superficie de cobre o aleación de cobre.
- 3. El proceso según la reivindicación 1, en donde la superficie metálica también tiene un patrón para formar al menos un área de contacto, almohadilla, superficie, área de conexión, electrodo o combinaciones de uno o más de los anteriores en el submontaje.
- 4. El proceso según la reivindicación 1, en donde el diodo emisor de luz es un diodo emisor de luz de tipo flip-chip.
- 5. El proceso según la reivindicación 1, que comprende además la etapa de encapsular el diodo emisor de luz y al menos una parte del contacto de níquel-plata.
- 6. El proceso según la reivindicación 1, que comprende además montar una pluralidad de diodos emisores de luz sobre el contacto de níquel-plata, opcionalmente en donde al menos parte de la pluralidad de diodos emisores de luz están conectados en serie.
- 7. El proceso según la reivindicación 1, en donde una capa metálica inferior del diodo emisor de luz está unida al contacto de níquel-plata.
- 8. El proceso según la reivindicación 1, en donde la capa de plata tiene un espesor de entre aproximadamente 0,25 y 1,5 micrómetros (10 a 60 micropulgadas).
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