一種碲化鉍基體的鍍錫加工方法及一種補(bǔ)充劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及材料表面加工領(lǐng)域。本發(fā)明提出一種碲化鉍基體的鍍錫加工方法，包括如下步驟：A,進(jìn)行超聲波堿性脫脂的步驟；B,進(jìn)行硫酸中和與活化的步驟；C,進(jìn)行電鍍底鎳的步驟；D,進(jìn)行電鍍錫的步驟；E,進(jìn)行錫層保護(hù)處理的步驟。本發(fā)明還提出一種補(bǔ)充劑，各組分的質(zhì)量比是：丙炔醇0.15±0.01%、雙苯磺酰亞胺0.15±0.01%、丁炔二醇0.12±0.02%、十二烷基硫酸鈉0.35±0.03%、糖精0.02±0.01%、丁炔二醇0.12±0.02%、余量為去離子水。本發(fā)明用于對(duì)碲化鉍基體進(jìn)行表面處理，進(jìn)行鍍錫加工，形成一個(gè)用于與基板焊接的焊接錫表面層。
【專利說明】一種碲化鉍基體的鍍錫加工方法及一種補(bǔ)充劑

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料表面加工領(lǐng)域，尤其涉及一種碲化鉍基體的鍍錫加工方法及提出一種用于電鍍的補(bǔ)充劑。

【背景技術(shù)】
[0002]碲化鉍(Bi2Te3)是生產(chǎn)半導(dǎo)體的重要材料，具有較好的溫差致冷性，但導(dǎo)電性較差。碲化鉍即可允許電子在室溫條件下無能耗地在其表面運(yùn)動(dòng)，這將給芯片的運(yùn)行速度帶來飛躍，甚至可大大提高計(jì)算機(jī)芯片的運(yùn)行速度和工作效率。但是Bi2Te3不能直接電鍍錫合金，需要預(yù)先在其表面進(jìn)行金屬化處理。為了使碲化鉍片能與基板連接，必須在其表面覆上一層金屬焊接層；通常是表面鍍錫或者鍍金，但是碲化鉍本身是半導(dǎo)體，不能直接鍍錫和鍍金；因此，設(shè)法在表面鍍上一層底層鎳。以往的方法選擇化學(xué)鍍鎳，但是碲化鉍對(duì)于化學(xué)鎳藥水來說，是一種毒性物質(zhì)，會(huì)影響藥水的性能，采用的改進(jìn)工藝是對(duì)半導(dǎo)體Bi2Te3先進(jìn)行除油、敏化、活化及還原等處理，然后進(jìn)行化學(xué)鍍鎳。
[0003]這種半導(dǎo)體碲化鉍片的化學(xué)鍍鎳的具體工藝流程為:洗滌劑除油一水洗一堿性除油一水洗一敏化一水洗一活化一水洗一還原一化學(xué)鍍鎳一水洗一電鍍錫-水洗-錫保護(hù)-水洗-烘干。由此可見，現(xiàn)有技術(shù)采用化學(xué)鍍鎳的方法在半導(dǎo)體Bi2Te3表面實(shí)現(xiàn)金屬化的化學(xué)鍍鎳工藝繁瑣，維護(hù)困難，生產(chǎn)成本高，另外還存在化學(xué)鍍鎳層與電鍍錫層的結(jié)合力差的缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的化學(xué)鍍鎳工藝存在的上述不足，本案發(fā)明人經(jīng)過大量研究實(shí)驗(yàn)后，提出一種對(duì)半導(dǎo)體Bi2Te3基體直接進(jìn)行電鍍鎳的工藝。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
本發(fā)明提出一種碲化鉍基體的鍍錫加工方法，包括如下步驟:
A,進(jìn)行超聲波脫脂的步驟:將碲化鉍基體置于溶有超聲波脫脂劑的溶液A中進(jìn)行超聲波脫脂；
B,進(jìn)行硫酸中和與活化的步驟:將碲化鉍基體置于硫酸溶液B里進(jìn)行酸洗；
C，進(jìn)行鍍底鎳的步驟:碲化鉍基體在溫度為55±5°C的溶液C中進(jìn)行電鍍鎳，所述溶液C各組份的含量具體是:氨基磺酸鎳200±50g/L、氯化鎳40±5g/L、硼酸50±10g/L、補(bǔ)充劑5±2ml/L，所述補(bǔ)充劑中的各組分的質(zhì)量比是:丙炔醇0.15±0.01%、雙苯磺酰亞胺
0.15±0.01%、丁炔二醇 0.12±0.02%、十二烷基硫酸鈉 0.35 ± 0.03%、糖精 0.02 ± 0.01%、丁炔二醇0.12±0.02%、余量為去離子水；
D,進(jìn)行電鍍錫的步驟:碲化鉍基體在溫度為55±5°C的溶液D中進(jìn)行電鍍錫，所述溶液D各組份的含量具體是:甲基磺酸120±20g/L、甲基磺酸錫150g±50/L ；
E,進(jìn)行錫層保護(hù)處理的步驟:將碲化鉍基體置于磷酸鈉溶液E中進(jìn)行鈍化處理，浸泡是60±30S，該磷酸鈉溶液E的濃度是55±5g/L。
[0006]本發(fā)明還提出一種補(bǔ)充劑，各組分的質(zhì)量比是:丙炔醇0.15±0.01%、雙苯磺酰亞胺 0.15 ± 0.01%、丁炔二醇 0.12 ± 0.02%、十二烷基硫酸鈉 0.35 ± 0.03%、糖精 0.02 ± 0.01%、丁炔二醇0.12±0.02%、余量為去離子水。
[0007]本發(fā)明采用如上技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了一種對(duì)半導(dǎo)體Bi2Te3基體進(jìn)行直接電鍍鎳的工藝:超聲波堿性脫脂一水洗一中和與活化一水洗一電鍍底鎳一水洗一電鍍錫_水洗_錫層保護(hù)-水洗-烘干，本發(fā)明的電鍍鎳工藝相比于現(xiàn)有技術(shù)的化學(xué)鍍鎳工藝具有更加簡單，操控性好，生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)采用本發(fā)明的電鍍鎳工藝處理的半導(dǎo)體Bi2Te3基體的鍍層進(jìn)行烘烤試驗(yàn)，以檢驗(yàn)鍍層的結(jié)合力，結(jié)果表明本發(fā)明處理后的產(chǎn)品表面鍍層結(jié)合力好于現(xiàn)有技術(shù)的化學(xué)鍍鎳工藝的對(duì)比產(chǎn)品。

【具體實(shí)施方式】
[0008]本發(fā)明提出一種碲化鉍基體(如碲化鉍溫差致冷芯片)的鍍錫加工方法，是一種直接電鍍鎳的工藝，包括如下步驟:
A,進(jìn)行超聲波堿性脫脂的步驟:將碲化鉍基體置于溶有超聲波脫脂劑的溶液A中進(jìn)行超聲波脫脂，以除去基體表面的油脂。超聲波脫脂是利用物理特性脫脂，清潔效果好且不會(huì)引入過多化學(xué)清潔劑的雜質(zhì)干擾，避免影響后續(xù)電鍍工序。其中，超聲波脫脂處理技術(shù)是現(xiàn)有技術(shù)常用的脫脂清潔技術(shù)，超聲波脫脂劑也可以選用常用的組分、其溫度、濃度也可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，超聲波脫脂時(shí)間也可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。例如，本案發(fā)明人的對(duì)碲化鉍溫差致冷芯片處理的一個(gè)實(shí)施例中，采用溫度為50±5°C (攝氏度)，超聲波脫脂劑溶度為75±5g/L (克每升)，超聲波脫脂時(shí)間600±60S (秒)。
[0009]B,進(jìn)行硫酸中和與活化的步驟:將碲化鉍基體置于硫酸溶液B里進(jìn)行酸洗，以中和除去基體表面堿性物質(zhì)(超聲波脫脂劑)并對(duì)基體表面的氧化層進(jìn)行活化。其中，該步驟選用的硫酸溶液的溶度和進(jìn)行酸洗的時(shí)間均可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行靈活調(diào)整。例如，本案發(fā)明人的對(duì)碲化鉍溫差致冷芯片處理的一個(gè)實(shí)施例中，硫酸溶液濃度是30±5g/L，酸洗時(shí)間是 180±60S。
[0010]C，進(jìn)行電鍍底鎳的步驟:碲化鉍基體在溫度為55±5°C的溶液C中進(jìn)行電鍍鎳，以獲取一個(gè)表面良好的鍍鎳底層，為電鍍錫層做準(zhǔn)備。
[0011]所述溶液C的各組份的含量如下:
氨基磺酸鎳200±50g/L，
氯化鎳40±5g/L，
硼酸50±10g/L，
補(bǔ)充劑5±2ml/L;
其中，該步驟進(jìn)行電鍍鎳的電鍍時(shí)間及電鍍的電流密度的選擇是可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)基體上所要電鍍鎳層的厚度、強(qiáng)度等條件進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整的。例如，本案發(fā)明人的對(duì)碲化鉍溫差致冷芯片處理的一個(gè)實(shí)施例中，電鍍時(shí)間是600±60S，電鍍電流密度是
1.5±0.5A/dm2 (安培/平方分米)。
[0012]需要重點(diǎn)說明的是，該步驟所用的補(bǔ)充劑是本案發(fā)明人經(jīng)過大量研發(fā)試驗(yàn)后發(fā)明的一種能夠有效提高電鍍效果的補(bǔ)充劑。該補(bǔ)充劑的各組分的質(zhì)量比具體是:丙炔醇0.15±0.01%、雙苯磺酰亞胺0.15±0.01%、丁炔二醇0.12±0.02%、十二烷基硫酸鈉0.35±0.03%、糖精0.02±0.01%、丁炔二醇0.12±0.02%、余量為去離子水。優(yōu)選的質(zhì)量比是:丙炔醇0.15%、雙苯磺酰亞胺0.15%、丁炔二醇0.12%、十二烷基硫酸鈉0.35%、糖精
0.01%、丁炔二醇0.12%、余量為去離子水。經(jīng)實(shí)際測試后，該補(bǔ)充劑作為氨基磺酸鎳的唯一添加劑，可以獲取良好鎳層，使鍍鎳層的結(jié)晶更細(xì)致，大大提高錫鎳鍍層的結(jié)合力，從而使得本發(fā)明的直接電鍍鎳的工藝可以實(shí)現(xiàn)。
[0013]D,進(jìn)行電鍍錫的步驟:碲化鉍基體在溫度為55±5°C的溶液D中進(jìn)行電鍍錫，使該碲化鉍基體在上述的底鎳層上形成一層錫層。所述溶液D各組份的含量具體是:
甲基磺酸120±20g/L，
甲基磺酸錫150g±50/L;
其中，該步驟進(jìn)行電鍍錫的電鍍時(shí)間及電鍍的電流密度的選擇是可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)基體上所要電鍍錫層的厚度、強(qiáng)度等條件進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整的。例如，本案發(fā)明人的對(duì)碲化鉍溫差致冷芯片處理的一個(gè)實(shí)施例中，電鍍時(shí)間是600±60S，電鍍電流密度是5±2A/dm2。
[0014]E,進(jìn)行錫層保護(hù)處理的步驟:將碲化鉍基體置于磷酸鈉溶液E中進(jìn)行鈍化處理，浸泡是60±30S，該磷酸鈉溶液E的濃度是55±5g/L，以獲取碲化鉍基體良好的錫層表面層。
[0015]另外，為了保證每個(gè)步驟處理后不對(duì)下一個(gè)步驟的操作產(chǎn)生影響和雜質(zhì)干擾，上述的步驟A、B、C、D、E之后均還進(jìn)行水洗的步驟，本案發(fā)明人的對(duì)碲化鉍溫差致冷芯片處理的一個(gè)實(shí)施例中，可將處理后碲化鉍溫差致冷芯片置于離子水中清洗30S左右。優(yōu)選的，在步驟E的進(jìn)行錫層保護(hù)處理的步驟后，將處理后碲化鉍溫差致冷芯片置于離子水中清洗30S后，再將碲化鉍溫差致冷芯片放入55°C的熱純水中1S來進(jìn)一步清潔。
[0016]同時(shí)，由于水洗后的碲化鉍基體的表面上會(huì)存在水分，為了使碲化鉍基體的表面干燥，本發(fā)明優(yōu)選還包括步驟F進(jìn)行烘干處理的步驟，將殘留在碲化鉍基體表面的去離子水去除干凈，進(jìn)入烘干機(jī)烘干，以確保碲化鉍基體表面的鍍錫層干燥潔凈。
[0017]綜上可見，本發(fā)明的碲化鉍基體的鍍錫加工方法相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn):
(I)、現(xiàn)有技術(shù)的化學(xué)鍍鎳的工藝流程為:洗滌劑除油一水洗一堿性除油一水洗一敏化一7K洗一活化一水洗一還原一化學(xué)鍍鎳一7K洗一電鍍錫-水洗-錫保護(hù)-水洗-烘干；本發(fā)明的工藝流程為:超聲波堿性脫脂一水洗一中和與活化一水洗一電鍍底鎳一水洗一電鍍錫-水洗-錫層保護(hù)-水洗-烘干?，F(xiàn)有技術(shù)的化學(xué)鍍鎳前處理工藝復(fù)雜，其中粗化敏化活化很難控制，經(jīng)常得不到設(shè)計(jì)的效果，操作控制范圍小，藥水維護(hù)成本高；而本發(fā)明工藝簡單，操控性好，生產(chǎn)成本低。
[0018](2)、本發(fā)明將原有的化學(xué)鍍鎳工藝為電鍍鎳工藝，與原有工藝相比:原有的舊工藝用化學(xué)鍍鎳獲取鎳底層，采用硫酸鎳作為主鹽，補(bǔ)充一些有機(jī)絡(luò)合劑，鎳層與電鍍錫層的結(jié)合力不好，經(jīng)常有滑錫的質(zhì)量問題出現(xiàn)。本發(fā)明的新工藝，直接在碲化鉍基體上電鍍鎳，需要添加補(bǔ)充劑，改善電鍍鎳藥水的活性，促進(jìn)鎳離子在碲化鉍基體的表面沉積出來，不添加主光劑、走位水和濕潤劑，從而減少有機(jī)物的用量，大大的降低了添加劑的含碳量帶入鍍層里；因?yàn)轫诨G基體有良好的鍍鎳底層，使得錫層與鎳的結(jié)合力更好，保證表面錫層的可焊性。
[0019](3)、本發(fā)明的電鍍層附著力好，鍍鎳C溶液采用新的補(bǔ)充劑，工藝上由化學(xué)鍍鎳變成電鍍底鎳，改善鍍層厚度的可控性，同時(shí)亞光的底鎳表面也更利于錫鍍層結(jié)合，大大的提聞了鎮(zhèn)錫之間的結(jié)合力。
[0020](4)、本發(fā)明的氨基磺酸鍍層結(jié)晶更細(xì)致，步驟C中的鍍鎳C溶液采用新藥水整理劑工藝，由于沒有添加主光劑、走位水和濕潤劑，降低了鍍鎳層中夾雜的含碳量，并且改善高低電流密度區(qū)的鍍層均勻性，使鍍層結(jié)晶更為細(xì)致。
[0021]盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上可以對(duì)本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種碲化鉍基體的鍍錫加工方法，其特征在于，包括如下步驟: A,進(jìn)行超聲波堿性脫脂的步驟:將碲化鉍基體置于溶有超聲波脫脂劑的溶液A中進(jìn)行超聲波脫脂； B,進(jìn)行硫酸中和與活化的步驟:將碲化鉍基體置于硫酸溶液B里進(jìn)行酸洗； C，進(jìn)行電鍍底鎳的步驟:碲化鉍基體在溫度為55±5°C的溶液C中進(jìn)行電鍍鎳，所述溶液C各組份的含量具體是:氨基磺酸鎳200±50g/L、氯化鎳40±5g/L、硼酸50±10g/L、補(bǔ)充劑5±2ml/L，所述補(bǔ)充劑中的各組分的質(zhì)量比是:丙炔醇0.15±0.01%、雙苯磺酰亞胺0.15±0.01%、丁炔二醇 0.12±0.02%、十二烷基硫酸鈉 0.35 ± 0.03%、糖精 0.02 ± 0.01%、丁炔二醇0.12±0.02%、余量為去離子水； D,進(jìn)行電鍍錫的步驟:碲化鉍基體在溫度為55±5°C的溶液D中進(jìn)行電鍍錫，所述溶液D各組份的含量具體是:甲基磺酸120±20g/L、甲基磺酸錫150g±50/L ； E,進(jìn)行錫層保護(hù)處理的步驟:將碲化鉍基體置于磷酸鈉溶液E中進(jìn)行鈍化處理，浸泡是60±30S，該磷酸鈉溶液E的濃度是55±5g/L。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碲化鉍基體的鍍錫加工方法，其特征在于:所述的步驟A、B、C、D、E之后均還進(jìn)行水洗的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碲化鉍基體的鍍錫加工方法，其特征在于:以及包括步驟F，進(jìn)行烘干處理的步驟。
4.一種補(bǔ)充劑，其特征在于，各組分的質(zhì)量比是:丙炔醇0.15±0.01%、雙苯磺酰亞胺0.15±0.01%、丁炔二醇 0.12±0.02%、十二烷基硫酸鈉 0.35 ± 0.03%、糖精 0.02 ± 0.01%、丁炔二醇0.12±0.02%、余量為去離子水。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的補(bǔ)充劑，其特征在于，各組分的質(zhì)量比是:丙炔醇0.15%、雙苯磺酰亞胺0.15%、丁炔二醇0.12%、十二烷基硫酸鈉0.35%、糖精0.01%、丁炔二醇0.12%、余量為去離子水。
【文檔編號(hào)】C25D7/12GK104451797SQ201410704298
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】李南生, 陳天順, 周創(chuàng)舉, 張現(xiàn)福 申請(qǐng)人:鵬南電子科技（廈門）有限公司