專利名稱：金屬沉積物表面上出現晶須風險的評測方法
技術領域：
本發明涉及電元件或電子元件上的金屬沉積物的技術領域，其目的是通過焊接實現電元件或電子元件在諸如印刷電路板等復雜組件中的裝配，或者進一步提供保護以防止沉積有沉積物的基板的腐蝕。
背景技術：
在上述領域中，人們熟知的沉積物的應用是將錫鉛合金電沉積(electro-deposition)在電子元件的引腳上，所述電子元件隨后可被安裝在集成電路卡上。
這種錫鉛合金用于生產使可焊性和可靠性得到最佳保證的電子元件。然而，由于鉛是對環境和人體健康有害的重金屬，因此正在尋找一種新的無鉛純金屬或金屬合金沉積物，其能夠取代至今一直使用的錫鉛合金。例如，已提出使用純錫的沉積物。
然而，這種沉積物的主要缺點是會使晶體以細絲狀或者花狀自發地生長。在電子工業，該晶體生長的細絲或花通常被稱為“晶須”。
然后，在電子元件的連接引腳的表面上出現的這些金屬生長能夠引起短路，從而引起包括這些連接引腳的系統發生一般故障。
例如，在2003年2月出版的TEXAS INSTRUMENTS文獻中，由DouglasW.Romm、Donald C.Abbott、Stu Grenney和Muhammad Khan所著的題為“Whisker Assessment of Tin-Plated Logic Component Leads”的文章中，描述了在電元件的連接引腳上出現晶須的相關風險。在2002年7月25日出版的CALCE協會(Computer Aided Life Cycle Engineering、Electronic Products andSystems Center)關于馬里蘭大學的出版物的正文中，題為“Position paper onrisks to high-reliability electronics and associated hardware form pure tin coating”的Tin Whisker Alert及其附錄中，也描述了在電子元件上出現晶須的相關風險。
上述出版物十分清楚地說明了在純錫沉積物上、尤其是應用于電子元件的連接引腳上的純錫沉積物上出現晶須會導致重大的風險。
然而，考慮到特別是在電子工業中使用鉛的生態影響，從而需要消除這種使用。因此基于純金屬或者金屬合金開發一種新技術是十分重要的，這種新技術能夠取代目前使用的錫鉛合金的沉積，同時仍然提供特別是關于沒有產生晶須風險的完全保證。
此外，應注意，關于在金屬沉積物上會出現晶須的條件，目前沒有一致的意見。
因此，急需一種方法，對沉積或者任何其它工藝獲得的金屬沉積物上出現晶須的風險以可靠的方式進行評測。在這點上，應注意出現晶須的風險不限于錫的沉積物，也可能出現在銀、鎘或者甚至于鋅的沉積物上。
為了實現預測出現晶須的這一目的，本發明提出一種評測在基板上的金屬沉積物或金屬合金沉積物的表面出現晶須的方法，其中該方法是通過測量沉積物的電化學阻抗來評測這種風險。
實際上，發明人成功地證明了金屬沉積物的電化學阻抗值與該沉積物產生晶須的傾向性之間的關系。
以專業工程師熟知的一種方式，通過將頻率可變的正弦電位差首先施加至包括工作電極、即待測沉積物的偶極子，然后施加至反電極，并且通過測量這種系統中產生的電流以推出其阻抗，來實現產品或沉積物的電化學阻抗的確定。其中，該偶極子和該反電極都浸入在導電溶液中。
測量系統的電化學阻抗的方法完全為專業工程師熟知，因此這里不需要作進一步說明。如果需要任何其它的信息，可參考美國專利6161969中的信息，其描述了測量電化學阻抗的方法，用于確定待測樣品的疲勞。
也可以參考以下出版物-A.J.Bard&LR Faulkner，“Electrochemical MethodsFundamentals andApplications”，Wiley，New York，1987；-A.C.Fischer，“Electrode Dynamics”，Oxford University Press，Oxford，1996；-P.H.Reiger，“Electrochemistry”，Prentice-Hall International，EnglewoodCliffs，1995；-Southampton Electrochemistry Group，“Instrumental Methods inElectrochemistry”，Ellis-Horwood，Chichester，1985.
發明內容
根據本發明，能夠以一個或多個范圍的驅動頻率，甚或是以一個單值的驅動頻率，實現金屬沉積物的電化學阻抗的測量。
根據本發明，能夠以多種方式實現電化學阻抗的測量以確定出現晶須的風險。
根據本發明優選的但非限定的特征，確定出現晶須風險的方法至少包括測量待測或待評測沉積物的電化學阻抗的一個步驟；以及將測量步驟中獲得的值與參考值進行比較的第二步驟。
使用的參考值也能夠以不同的方式獲得。例如，可以從已知沒有產生晶須風險、甚或是已知產生晶須風險高的一種或多種沉積物的不同樣品所測得的電化學阻抗的平均值獲得該參考值，但不限于此。
在許多相同的方法中，參考值可以是在待測沉積物經過消化(annihilation)或者中和處理之后對待測沉積物所測得的電化學阻抗值，所述消化或者中和處理是指在干燥的氣氛中在不低于150℃的溫度下進行至少一小時的烘箱處理。實際上已知這種熱處理可消除出現晶須的所有風險。在使用待測沉積物經過中和或者消化處理之后的電化學阻抗值作為參考值的情況下，認為待測沉積物在進行任何熱處理之前的電化學阻抗值越接近同一待測沉積物在進行消化處理之后的電化學阻抗值，則在該沉積物上出現晶須的風險越低。
在本發明的方法中使用的參考值也可對應于在待測沉積物不必進行消化或者經受任何熱處理的情況下的電化學阻抗的另一測量。
因此，根據本發明的另一特征，評測出現晶須風險的方法至少包括—測量沉積物電化學阻抗的第一步驟，—在給定時間間隔、即所謂的測試間隔之后，測量沉積物的電化學阻抗的第二步驟，以及比較步驟，在該步驟中將第二測量步驟所獲得的值作為參考值，確定該沉積物的電化學阻抗在經過測試間隔之后的變化。
根據本發明，沉積物電化學阻抗變化的確定可以使用測得的沉積物的電化學阻抗值、甚或是該阻抗值的倒數來進行。
同樣地，根據本發明，沉積物電化學阻抗變化的確定可以通過比較測試間隔開始時進行的首次測量與在測試間隔結束時進行的最后測量、甚或是比較在測試間隔期間進行的一系列測量來進行。
根據本發明的一個特征，該評測方法包括對于至少在測試間隔開始和結束時測量的電化學阻抗倒數減小到絕對值項大于10-5的沉積物，確定出現晶須的風險指數高；而對于電化學阻抗倒數值的變化的絕對值大于2×10-5的沉積物，確定出現晶須的風險指數非常高；以及對于電化學阻抗倒數的變化的絕對值大于5×10-5的沉積物，確定出現晶須的風險指數特別高。
然而，應注意這些值是基板的特性，該基板至少包括一定厚度的銅，待測沉積物被沉積于該基板。既然電化學阻抗值與基板的性質有關，所以對另一種基板測量的值對銅基板而言可能對應于特別高的風險指數，而對其它基板而言可能出現晶須的風險較低。能夠影響電化學阻抗值的其它參數為沉積物的厚度和測量條件，例如使用的電解液的性質和測量溫度。
因此，在本發明的實施改型中，確定出現晶須風險的方法包括將給定基板上的待測沉積物的電化學阻抗或者其倒數在經過測試間隔之后的變化與在相同條件下測量的相同基板上的參考沉積物的電化學阻抗或者其倒數在經過相同測試間隔之后的變化進行比較。例如，參考金屬沉積物可以是已知的出現晶須風險低的金屬沉積物。
根據本發明的另一特征，評測出現晶須的風險的方法包括在測試間隔期間，對待測的沉積物進行熱處理。因此，可以設想在干燥氣氛中甚或潮濕氣氛中待測的沉積物及其基板的烘箱處理。以優選但非排它的方式，在不低于45℃的溫度下，優選在干燥氣氛中，烘箱處理待測的沉積物及其基板。根據本發明的另一特征，該沉積物及其基板將被置于溫度優選介于50℃與150℃之間的烘箱中。
根據本發明的又一特征，評測出現晶須風險的方法包括以下步驟—選擇持續介于20分鐘與120分鐘之間的測試間隔，—在熱處理之前，對被測沉積物進行電化學阻抗的第一次測量，—在測試間隔期間，烘箱處理被測沉積物，—在熱處理之后，對被測沉積物的電化學阻抗進行第二次測量，—通過計算在熱處理之前進行的測量與熱處理之后進行的測量之間的被測沉積物的電化學阻抗或者阻抗倒數的相對變化來比較兩次測量。
本發明的方法可用于評測使用不同方式沉積于導電基板的金屬沉積物，所述方式例如為電沉積甚或例如為浸入在熔融鍍液中的浸入沉積。在通過浸入沉積的情況下，可使用不導電或者絕緣基板。
對于將金屬沉積物沉積于導電基板，在優選但非嚴格必須的應用中，根據本發明的評測出現晶須風險的方法可用于進行電解鍍液以及相關電沉積方式的評測。
優選地，該評測方法包括以下步驟—用待評測的鍍液組織和方式，通過電沉積將金屬或金屬合金的沉積物沉積于導電基板，以及—通過根據上述各種評測方法之一，進行沉積物表面出現晶須的風險評測。
以該評測方法的優選實施形式，使用電解鍍液及相關電沉積方式獲得的金屬沉積物的評測在沉積金屬沉積物之后的120分鐘內開始。
這種評測鍍液的方法包括電化學阻抗變化的本質(intrinsic)測量，或者包括對第一次測量的這種變化值和對第二次測量的這種變化值進行比較，其中該第一次測量的變化值是對在開始使用鍍液時進行的金屬沉積物、即參考沉積物測量的變化值，該第二次測量的變化值是對在使用鍍液期間、例如在固定間隔之后進行的沉積物的變化值。
然后，該比較結果能用于提示可能導致出現晶須風險提高的任何變化。
同樣地，根據本發明，評測鍍液的方法包括將使用鍍液期間沉積物的電化學阻抗值與該相同鍍液為未用過的或者使用相同成分的未用過的參考鍍液而沉積的一個或多個沉積物測量的電化學阻抗值比較。當然，對于比較中涉及的所有沉積物，使用的電沉積或者浸入方法可以是相同的。
根據本發明，使用金屬沉積物的電化學阻抗的至少一次測量評測金屬沉積物上出現晶須的風險的方法也需要通過光學檢驗來發展評測方法，用于該方法的驗證，以能夠確鑿地證明通過測量電化學阻抗的方法的有效性。
為此，發明人提出將金屬沉積物沉積于導電或不導電的基板，該基板包括首先，電化學評測區，其表面允許應用包括鍍液的單元孔和預期的電極，以允許測量電化學阻抗；其次，光學檢驗區，包括至少一個通孔，優選地，包括一系列通孔。
實際上，發明人成功指出例如容納金屬沉積物的介于0.3mm與1.2mm之間的小直徑孔提供了在合理的時間內特別利于產生晶須的區域。這種光學評測方法也被認為是一種加速晶須產生的方法。
因此，孔的數量達到一定程度，優選超過50個，例如70與150個之間，當沉積物表現出現晶須的風險高時，在一定的等待時間之后通過雙筒放大鏡可以在至少一個孔中觀測到這些晶須。對于出現晶須的風險高的沉積物，在對晶須的出現進行試驗的情況下，對于高風險沉積物觀測的最短時間大約14小時，不過該值不應視為排除更短或更長的出現時間。應注意對于沉積待評測金屬沉積物的層為由銅制成的基板已觀測到上述值。對于其它種類的基板可觀測到不同的值。
因此，能夠實現通過確定測試基板上的沉積物的電化學阻抗的變化而獲得的結果與在同一測試基板上的孔處觀測的晶須之間關系。
也設想下面兩種評測技術的組合，即，例如在短于一個月、優選短于一個星期的測試間隔之后的短期內進行測量的情況下，進行出現晶須的電化學評測；以及在加速或不加速的老化情況下，對于在較長時間之后可能出現的任何晶須，通過定期地觀測光學檢驗孔對相同樣品連續進行評測。
根據本發明，能以不同的方式產生測試基板，該測試基板可以用于與通過光學觀測的評測相關的阻抗測量的評測或者用于僅通過光學測量的評測。
因此，優選地但非排它地，測試基板由例如銅板的純金屬板，或者例如黃銅或青銅的金屬合金板組成，上述板在沉積待評測沉積物之前覆蓋有或沒有覆蓋中間金屬沉積物。也可以考慮使用不含銅的基板，例如鋼或軟鐵。
在評測通過電沉積沉積的金屬沉積物的情況下，測試基板的板具有導電表面，而且如上所述，優選由金屬或者金屬合金制成，但是該測試基板也可由覆蓋有中間導電層的絕緣材料板組成。在后一種情況下，例如，該基板可由用玻璃纖維增強的環氧樹脂層疊板組成，對其表面首先沉積銅的化學沉積物，然后也沉積銅的電化學沉積物，自然地待測的沉積物在后面的過程沉積。
另一方面，在評測通過另一種手段、例如通過浸入沉積金屬沉積物的情況下，可以使用絕緣板。
從以下參考附圖提供的說明中，將顯露出本發明的其它不同特征，所述附圖示出能夠用于實施根據本發明的評測方法的不同裝置或基板。
—圖1為適用于執行一種或其它根據本發明用于評測出現晶須風險的方法的基板的正視圖。
—圖2為根據本發明用于測量金屬沉積物的電化學阻抗的裝置的示意圖。
—圖3至圖6為概括了沉積于根據圖1的不同測試基板的金屬沉積物所測得的電化學阻抗值隨時間變化的坐標圖。
—圖7至圖9為概括了對于不同的金屬沉積物通過相減來比較每個沉積物在進行任何熱處理之前測得的電化學阻抗值與同一沉積物在進行消化或中和處理之后測得的電化學阻抗值、即所謂的參考值的坐標圖。
—圖10為對于不同的金屬沉積物通過相減來比較每個沉積物在50℃下進行三小時烘箱處理之后測得的電化學阻抗值與同一沉積物在進行消化或中和處理之后測得的電化學阻抗值、即所謂的參考值的概括坐標圖。
具體實施例方式
如圖1所示，根據本發明的測試基板作為一個整體由標號1表示，其包括或多或少為矩形的平板2。根據圖示的實例，板2包括夾在兩個用玻璃纖維增強的環氧樹脂片之間的增強金屬片，其中在板2的兩個較大面上具有通過化學手段沉積的銅沉積物，其覆蓋有通過電沉積沉積的銅修正層。以優選但非排它的方式，板2可選擇具有介于1.5mm與3mm之間的厚度。
為了通過測量電化學阻抗來執行評測出現晶須風險的方法，板2包括堅固區3，該堅固區3允許應用電化學測量單元，在下文將進行說明。
此外，為了通過光學觀測來執行評測出現晶須風險的方法，板2也包括具有一系列通孔5的穿孔區4。根據圖示的實例，孔5為直徑介于0.3mm與1.2mm之間的圓形，并且布置成網格圖案。當然，可同樣采用排列成不同圖案的其它形狀的孔。根據圖示的實例，應認為穿孔區4具有十二個直徑為0.3mm的孔，二十四個直徑為0.8mm的孔，三十個直徑為1mm的孔，以及二十四個直徑為1.2mm的孔，構成總共九十個孔5。
然后，在這樣產生的測試基板的所有表面上，也就是說不只是其兩個較大面，還有孔5的內表面的至少一部分，沉積待評測的金屬或金屬合金。該沉積可以任何適當的方式進行。
在測試中，考慮到驗證本發明用于評測出現晶須風險的方法，通過電化學手段、使用具有不同配方的鍍液(bath)在如上所述的基板1上沉積五種純錫沉積物。
通常，每個錫沉積物被放入在盛有1.75升鍍液材料的2升矩形電解槽中，在槽中兩個矩形錫陽極相對且平行地放置，同時由將要被覆蓋的基板1形成的陰極放置在兩個陽極之間并與兩個陽極等距。然后，為了在測試基板1上獲得1.5±0.5gm的錫厚度，而選擇施加至陰極的電流密度。當已經放置沉積物時，在低于30℃的溫度下使用熱空氣干燥已覆蓋的基板。
在驗證測試的情況下，根據電解鍍液配方沉積兩種純光澤錫，該電解鍍液配方包括以200g/l甲基磺酸錫的形式引入的10g/l錫金屬、150ml/l的70％甲烷磺酸以及添加劑，以獲得光澤錫的沉積物。所述添加劑包括一種或多種諸如烯化(alkylene)或聚烯化(polyalkylene)的氧化化合物等表面活性劑以及一種或多種諸如乙醛或丙酮等有機增亮產品。
為了進行試驗，七種金屬沉積物用于測試，參照圖3至圖6以如下方式提及上述金屬沉積物。
錫A，錫A測試2，錫A10μm，即厚度為10μm而不是1.5μm的沉積物，錫AAN，對應于退火型、即已消化或者中和的錫A的沉積物，錫B，錫B測試2。
通過如圖2示出的裝置，進行覆蓋有金屬沉積物并需要評測的每個基板的電化學阻抗的測量。用于測量電化學阻抗的這種裝置作為一個整體由標號10表示，其包括由容器12構成的測量單元11，該容器12具有靠在基板1的區域3上的開口13。從而，容器12的開口13具有以重復方式限定待測的沉積區域的優點，該沉積區域的電化學阻抗將被測量。根據圖示的實例，開口13沿側面放置，并且沿垂直方向取向。然而，根據本發明，也可以使用開口位于容器底部且沿水平方向取向的測量單元。
在將基板1定位在開口13處之后，選取與待測的金屬沉積物不會發生化學反應的電解溶液填充容器12。
在進行測試的情況下，為了驗證提出的方法，使用具有以下配方的基本緩沖溶液作為電解液—由Chimie Plus生產的四硼酸，H3BO3，濃度為6.18g/l，—由Chimie Plus生產的硼酸鈉十水合物，Na2B4O7、10H2O，濃度為9.55g/l，—以及使用的溶劑為去離子水。
當然，這里的上述配方為電解液的非排它性實例，同樣可以適當地使用電解液的其它配方，其優選為緩沖型。
在環境溫度下將體積為75ml±5ml的電解液14倒入容器12中。
然后引入電解液14中的是3M氯化鉀溶液中的Ag/AgCI電極15，其中Ag飽和，例如由Radiometer Analytical公司出售的標號為XR300(under thereference XR300)的電極。
轉盤電極16也被放置在電解液14中，例如由Radiometer Analytical公司出售的標號為EDI101(under the reference EDI101)的電極，然后將轉盤電極16設置為在測量期間進行連續攪拌。當然，可以使用任何其它攪拌方法，只要不影響測量質量即可。
最終放置在容器12和電解液14中的是輔助鉑電極17，例如由RadiometerAnalytical公司出售的標號為XM 110的電極。
當然，同樣可以適當地使用其它類型的電化學測試設備。
由覆蓋有金屬沉積物的基板1的表面構成的且封閉開口13的工作電極以及輔助電極17和參考電極15通過線(line)20、21、22連接至阻抗測量裝置，例如由Radiometer Analytical出售的Voltalab PST050穩壓器。
對錫A、錫B、錫B測試2和錫A測試10微米樣品的測量是通過如下方式進行的。
在沉積金屬沉積物并干燥之后，優選但非排它的，在從電沉積處理結束起的120分鐘的時段內測量每個金屬沉積物的電化學阻抗。根據圖示的實例，選擇以給定頻率測量這一電阻抗，該頻率介于1Hz與10Hz之間，或者其以10為底的對數介于0.25與0.75之間，優選為0.5。然而，在給定頻率范圍上的電化學阻抗的平均值可考慮使用甚或是決定使用不同的頻率值，該頻率范圍為例如介于10mHz與100kHz之間。
在進行上述第一次測量之后，將樣品放置在50℃±0.5溫度下干燥氣氛中的烘箱中保持60分鐘。在這60分鐘結束后，使用與第一次測量所采用的完全相同的方法再次測量樣品的電化學阻抗。
圖3中的坐標圖示出對樣品錫A、錫B、錫A AN、錫B測試2以及錫A10μm這樣測得的值，其中使用測得的電化學阻抗的倒數表示。對于樣品錫A和錫B，也示出在超過60分鐘之后電化學阻抗的倒數隨時間的變化。
圖4示出與圖3相同的樣品的電化學阻抗隨時間的變化。
實際上，在本發明的意義上，為了評測晶須出現的風險，使用電化學阻抗和電化學阻抗的倒數沒有區別.
對于錫A退火樣品，應提到的是在沉積金屬沉積物之后，在150℃±0.5℃的溫度下干燥氣氛中的烘箱中開始對金屬沉積物進行1小時的熱中和或者退火處理，也稱為消化。實際上，目前認可的是，已經經過這種熱處理的這些純錫金屬沉積物產生晶須的風險非常低。一旦完成熱消化處理，就將樣品恢復至環境溫度，以進行第一次測量，如前面所述。然后，將樣品放置在50℃±0.5溫度下干燥氣氛中的烘箱中保持60分鐘，接著進行第二次測量，也如前面所述。這兩次測量的結果在圖3和圖4的坐標圖中示出。
另外，發明人成功指出第一次和第二測量之間電化學阻抗變化很高，對應于出現晶須的風險指數高。因此，將錫A樣品確定為出現晶須的風險指數非常高或特別高，并且通過也沉積金屬沉積物的一系列孔對樣品的區域4進行的光學測試表明在14小時的時間內在這些孔中的至少一個孔中出現晶須。應注意在不進行熱處理并保持在環境溫度下時，在十五天的時間內出現晶須。
另一方面，假定坐標圖的小斜坡代表測試間隔開始與結束之間的電化學阻抗的倒數，則樣品錫B測試2確定為出現晶須的風險指數較低，而錫A AN或者錫A退火樣品確定為出現晶須的風險指數較低。在光學評測的情況下也證實了該評測結果，在50℃±0.5℃的溫度下保持時間超過1600小時之后在每個樣品的區域4的任何孔中沒有出現晶須。
在長度可變的給定時間間隔上，利用確定待評測沉積物的電化學阻抗的變化來評測出現晶須風險的方法可單獨使用，也可與通過光學觀測評測出現晶須風險的方法組合使用。因此，對于樣品錫A、錫A測試2、錫A 10μm、錫B測試2和錫A AN，圖5和圖6的坐標圖表示首先，在60分鐘的測試間隔中，圖5的電化學阻抗的倒數變化或者圖6的電化學阻抗的變化；其次，在基板的至少一個孔5中出現晶須的時間。
在證明沉積物的電化學阻抗值與出現晶須的風險之間的關系時，發明人發展了另一種使用本發明的電化學阻抗測量的方式，以評測出現晶須的風險。根據該另一種方法的實施，首先，使用先前描述的方法對待測沉積物的電化學阻抗Z0進行第一次測量。第一次測量Z0是在環境溫度以及3Hz的頻率下進行的，而且待測沉積物沒有經過熱處理。接著，對待測沉積物進行先前描述的中和或消化處理，即在150℃的溫度下在干燥氣氛中進行時間為1小時的退火。在冷卻之后，對待測沉積物的電化學阻抗Z(1h00，150℃)進行第二次測量。該第二次測量Z(1h00，150℃)是在與第一次測量相同的條件下進行的。然后，將第一次測量值與第二次測量值進行比較，該第二次測量值對應于參考值。這里，該比較是通過相減進行的，并且Z(1h00，150℃)-Z0的平均值被記錄在圖7中，其示出樣品錫A、錫A10μm、錫B和錫B10μm的比較結果的坐標圖。該圖表明差最大的樣品是出現晶須的風險最高的樣品。因此，那些差大于3250ohm/cm2的樣品出現晶須的風險指數高。
圖8示出樣品錫A和錫B以及錫鉛合金沉積物樣品的差Z(1h00，150℃)-Z0的平均值的坐標圖，該錫鉛合金由重量百分比為90％的錫A和10％的鉛構成。應注意該合金的差Z(1h00，150℃)-Z0的平均值小于3250ohm/cm2，從而根據本發明，可認為該合金出現晶須的風險低。這實際上符合已知的、即已普遍接受的觀點，減少鉛的存或消除出現晶須的風險。
圖9示出樣品錫A和錫B的差Z(1h00，150℃)-Z0的平均值的坐標圖，首先對先前所述的基板執行測量，其次對由Olin Corporation，501 Merritt Seven，Norwalk，CT 06856-4500 USA出售的標號為Olin C151的基板執行測量。
應注意根據本發明，第一次測量也可以在對待測沉積物進行熱處理之后執行。因此，圖10示出與圖7相同的沉積物的坐標圖，并且第一次測量Z(3h00/50℃)是在50℃的溫度下在干燥氣氛中對待測沉積物進行時間為3小時的熱處理之后進行的。從而，在圖10中示出差Z(1h00，150℃)-Z(3h00/50℃)的平均值。這里，同樣，差最大的那些沉積物是出現晶須的風險最高的沉積物。
此外，無論是單獨使用，還是組合使用，這些根據本發明的評測方法可應用于不同的確定方法中。
因此，這些方法可用于例如比較分析。
例如，可以使用這些方法來比較不同樣品與參考樣品的電化學阻抗的變化。由于樣品電化學阻抗變化的函數與在相同的測試時間間隔中參考樣品的電化學阻抗變化有關。那么對于與參考樣品相比的樣品而言，可以認為電化學阻抗值的變化遠遠大于參考樣品的電化學阻抗變化的樣品可視為出現晶須的風險指數高，例如參考樣品可視為代表出現晶須的風險非常低。當然，測量參考樣品和待比較樣品的過程相同。
在另一種方法的實施中，通過確定純金屬或者金屬合金的金屬沉積物的電化學阻抗變化來評測出現晶須風險的方法也可以用于分析電解鍍液和相關的電沉積方式隨時間的變化，以用于評測金屬沉積物。因此，在開始使用電解鍍液時，然后在固定間隔之后，將參考沉積物沉積于將要評測出現晶須風險的控制沉積物。因此，對于相同長度的測試間隔，控制沉積物的電化學阻抗比參考沉積物的電化學阻抗改變得更多，可以認為電解鍍液的變化引起出現晶須的風險高，或者至少在產生電解沉積物時，不再提供與初始沉積物相同的保證。
最終，通過確定沉積物的電化學阻抗的變化來確定出現晶須風險的方法可用于確定電化學阻抗變化的本質，其中，例如可以認為當經過測試間隔沉積物的電化學阻抗的倒數變化的絕對值減小一定值時，該值大于2×10-5，那么沉積物出現晶須的風險高。
此外，本發明的不同方法可單獨使用或者組合使用，首先確定或者預選出現晶須風險較低的鍍液和電沉積方法，然后在制造期間監控這些電沉積方法和電解鍍液的使用。
當然，在不脫離本發明范圍的情況下，可以對本發明進行各種其它修改。
權利要求
1.一種測評基板上的金屬沉積物表面出現晶須風險的方法，其中該金屬沉積物為純金屬或者合金沉積物，該方法是測量該金屬沉積物的電化學阻抗。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，至少包括測量沉積物電化學阻抗的步驟以及將測量步驟中所獲得的值與參考值進行比較的步驟。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，至少包括-測量該沉積物的電化學阻抗的第一步驟，-測量該沉積物的電化學阻抗的第二步驟，該第二步驟發生在給定的、稱為測試間隔的時間間隔之后，以及比較步驟，在該步驟中將第二測量步驟所獲得的值作為參考值，確定該沉積物的電化學阻抗在經過測試間隔之后的變化。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于采用該沉積物的電化學阻抗的倒數值來確定該沉積物的電化學阻抗的變化。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，至少在該測試間隔的開始和結束測量的沉積物的電化學阻抗值的倒數絕對值，其減小量大于2×10-5時，確定為測試的沉積物出現晶須的風險指數較高。
6.根據權利要求3至5之一所述的方法，其特征在于，包括在該測試間隔期間對待測沉積物的熱處理步驟。
7.根據權利要求6所述的過程，其特征在于，包括在高于45℃的溫度下對待測沉積物的烘箱處理步驟。
8.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，包括在介于50℃與150℃之間的溫度下對待測沉積物的烘箱處理的步驟。
9.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，包括在不低于150℃的溫度下對待測沉積物的烘箱處理的步驟，以消化(中和)該沉積物。
10.根據權利要求6至9之一所述的方法，其特征在于，包括以下連續步驟-選擇持續介于20分鐘與120分鐘之間的測試間隔，-在熱處理之前，測量待測沉積物的電化學阻抗，-在測試間隔期間，烘箱處理待測沉積物，-在熱處理之后，測量待測沉積物的電化學阻抗，-計算在熱處理之前進行的測量與熱處理之后進行的測量之間的待測沉積物的電化學阻抗的倒數的相對變化。
11.根據權利要求3至10之一所述的方法，其特征在于，包括-將參考金屬沉積物沉積于基板，并在進行或不進行熱處理的情況下，確定在經過測試間隔之后該參考金屬沉積物的電化學阻抗的變化的步驟，-將待測金屬沉積物沉積于與該參考沉積物的基板具有相同性質的基板，并確定在經過與該參考沉積物相同的測試間隔之后該金屬沉積物的電化學阻抗的變化的步驟，以及-比較該參考沉積物與該待測沉積物的電化學阻抗的變化值。
12.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，將消化后的參考沉積物的電化學阻抗值或消化后的待測沉積物的電化學阻抗值確定為參考值。
13.根據權利要求2或12所述的方法，其特征在于，該測量步驟是在待測沉積物的熱處理之后進行的。
14.根據權利要求1至13之一所述的方法，其特征在于，包括通過施加正弦電位差來測量待測沉積物的電化學阻抗的步驟，該正弦電位差的頻率介于10mHz與100kHz之間，優選1Hz與10Hz之間。
15.根據權利要求1至14之一所述的方法，其特征在于，包括-具有一系列孔(5)的基板(2)，-以及在上述孔處觀測任何晶須的出現。
16.根據權利要求15所述的方法，其特征在于使用具有堅固區(3)和穿孔區(4)的基板，該堅固區用于進行電化學阻抗測量，該穿孔區包括一系列觀測任何晶須出現的孔(5)。
17.根據權利要求5或16所述的方法，其特征在于，所述孔的直徑介于0.3與1.2mm之間。
18.根據權利要求15至17之一的方法，其特征在于，該基板包括至少50個孔。
19.一種測評電解鍍液和電沉積方式的方法，其中通過電解鍍液和電沉積方式的結合使金屬或合金的沉積物沉積于基板上，通過所述鍍液的所述電沉積方式來確定在沉積物表面出現晶須的風險，其特征在于，包括以下步驟通過待測評的電解鍍液和電沉積方式將金屬或焊接合金的沉積物沉積于基板上，以及通過權利要求1至18所述的測評方法之一，測評該沉積物表面出現晶須的風險。
20.根據權利要求19所述的方法，其特征在于，金屬或合金的沉積物的電化學阻抗值被用來作為參考值，其中，該金屬或合金的沉積物為初始沉積物，該初始沉積物是在上述電解鍍液未被使用之前，采用電沉積方式由該電解鍍液產生的。
21.根據權利要求20所述的方法，其特征在于，采用消化后的初始沉積物的電化學阻抗值作為參考值。
22.根據權利要求19至21之一所述的方法，其特征在于，采用導電材料板作為基板。
23.根據權利要求19至22之一所述的方法，其特征在于，在電沉積處理之后的120分鐘時間內，通過根據權利要求1至18所述的方法之一，對沉積于基板上的沉積物進行測評。
24.一種用于權利要求1至18所述的方法之一的基板，其特征在于，包括板(2)，該板首先具有堅固區(3)，其次具有穿孔區(4)，該堅固區用于進行電化學阻抗的測量，該穿孔區包括一系列孔(5)。
25.根據權利要求24所述的基板，其特征在于，所述孔(5)的直徑介于0.3mm與1.2mm之間。
26.根據權利要求24或25所述的基板，其特征在于，該穿孔區(4)的孔(5)的數量超過50個。
27.根據權利要去24至26之一所述的基板，其特征在于，至少該基板的表面為導電的。
全文摘要
本發明涉及一種評測基板上的金屬沉積物表面出現晶須風險的方法，其中該金屬沉積物為純金屬沉積物或者合金沉積物，該方法是測量該金屬沉積物的電化學阻抗。
文檔編號C25D21/00GK1965227SQ200580011226
公開日2007年5月16日 申請日期2005年4月14日 優先權日2004年4月15日
發明者大衛·芒雄, 斯蒂文·梅納爾 申請人:微脈沖電鍍概念公司