vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"vestift-306Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYВЛИЯНИЕ РЕЖИМА ЭЛЕКТРОЛИЗА НА ОБРАЗОВАНИЕ «УСОВ» В ПОКРЫТИЯХ НА ОСНОВЕ ОЛОВАTHE EFFECT OF ELECTROPLATING PARAMETERS ON TIN “WHISKERS” FORMATIONВасилецВ. К.VasiletsV. K.

научный сотрудник, научно-исследовательская лаборатория «Функциональные пленочные системы»

Researcher, Research Laboratory “Functional electroplated systems”

tbranz5@gmail.comХмыльА. А.KhmylA. A.

доктор технических наук, профессор, научно-исследовательская лаборатория «Функциональные пленочные системы»

D. Sc. (Engineering), Research Laboratory “Functional electroplated systems”

hmyl@bsuir.byКушнерЛ. К.KushnerL. K.

старший научный сотрудник, научно-исследовательская лаборатория «Функциональные пленочные системы»

Senior Researcher, Research Laboratory “Functional electroplated systems”

kushner@bsuir.byКузьмарИ. И.KuzmarI. I.

кандидат технических наук, научно-исследовательская лаборатория «Функциональные пленочные системы»

Ph. D. (Engineering), Research Laboratory “Functional electroplated systems”

inna_kuzmar@list.ruБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarussian State University of Informatics and Radioelectronics201708082017023039Copyright © Василец В.К., Хмыль А.А., Кушнер Л.К., Кузьмар И.И., 20172017Василец В.К., Хмыль А.А., Кушнер Л.К., Кузьмар И.И.Vasilets V.K., Khmyl A.A., Kushner L.K., Kuzmar I.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/306

Статья посвящена исследованию потенциальных дефектов, которые могут появиться в тонкопленочных электрохимических покрытиях на основе олова, не содержащих свинца, при их длительном хранении. Целью исследования является разработка технологических режимов электролиза, обеспечивающих минимизацию вероятности появления таких дефектов и надежную работу радиоэлектронной аппаратуры. Рассмотрены проблемы применения олова и бессвинцовых сплавов на его основе в радиоэлектронике, а также методы борьбы с такими потенциальными дефектами, как образование «усов». Для контроля роста «усов» в послеэлектролизный период (12 месяцев естественного старения в условиях лаборатории) было выбрано покрытие Sn-Bi, которое формировали с использованием как постоянного, так и импульсно-реверсированного токов. На основании результатов, полученных с помощью растрового электронного микроскопа, установлено, что осаждение сплава с использованием импульсного и реверcированного тока не только улучшает структуру формируемых покрытий, но и существенно снижает склонность к образованию «усов», их длину и плотность на единицу площади в сравнении с покрытиями, полученными на постоянном токе. Установлены возможные причины достижения высокого качества электрохимических покрытий сплавом Sn-Bi. Наиболее медленный рост «усов» отмечен на реверсированном токе со средней плотностью i ср = 2 А/дм2, частоте f = 1 Гц и коэффициенте заполнения γ = 1,5. 

The article is devoted to the investigation of potential defects that can appear in thin-film electrochemical coatings based on tin, which do not contain lead, during their long storage. The purpose of the study is to develop technological regimes of electrolysis, which ensure minimization of the probability of the appearance such defects and reliable operation of radio electronic equipment The problems of tin and lead-free alloys based on it, as well as methods of elimination of such potential defects as the formation of “whiskers” are considered. To control the growth of “whiskers” in the post-electrolysis period (12 months of natural aging under laboratory conditions), a Sn-Bi coating was chosen, which was formed using both a constant and a pulse-reversed current. Based on the results which were obtained with scanning electron microscope, it was established that deposition of an alloy using pulsed and reverse current not only improves the structure of the coatings formed, but also significantly reduces the propensity to form whiskers, their length and density per unit area in comparison with coatings obtained with direct current. Possible reasons for achievement of high quality electrochemical coatings with Sn-Bi alloy have been established. The slowest growth of “whiskers” was obtained at reversed current with an average density i av= 2 A/dm2, frequency f = 1 Hz and duty ratio γ = 1.5. 

бессвинцовые сплавынестационарный электролиз«усы»lead-free alloysnon-stationary electrolysis“whiskers”ReferencesГаврилов, С. А. Электрохимические процессы в технологии микро- и наноэлектроники / С. А. Гаврилов, А. Н. Белов. – М.: Высш. образование, 2009. – 258 с.Gavrilov S. A., Belov A. N. Electrochemical processes in the technology of micro and nanoelectronics. Moscow, Vysshee obrazovanie Publ., 2009. 258 p. (in Russian).Медведев, А. Форум по бессвинцовым технологиям пайки / А. Медведев, А. Новиков // Технологии в электронной промышленности. –2007. – № 4. – С. 48–54.Medvedev A., Novikov A. Forum on lead-free soldering technology. Technologii v elektronnoi promyshlennosti [Technologies in Electronics Industry], 2007, no. 4, pp. 48–54 (in Russian).Лапина, Л. Н. Применение электролитических сплавов в технологии изготовления электронной техники / Л. Н. Лапина, Г. Е. Попова, Г. А. Трубачева // Обзоры по электронной технике. Сер. 6, Материалы. – М.: ЦНИИ «Электроника», 1980. – Вып. 6 (745). – С. 27–28.Lapina L. N., Popova G. E., Trubacheva G. A. Application of electrolytic alloys in the technology of manufacturing of electronic equipment. Obzory po electronnoj texnike. Ser. 6, Materialy [Electronics review. Series 6: Materials]. Mos-kow, Central Research Institute of Economics, Control Systems and Information “Electronics”, 1980, iss. 6 (745), pp. 27–28 (in Russian).Якобсен, К. «Усы» олова / К. Якобсен // Технологии в электронной промышленности. – 2008. – № 3. – С. 14–15.Jakobson K. “Mustache” of tin. Tekhnologii v elektronnoi promyshlennosti [Technologies in Electronics Industry], 2008, no. 3, pp. 14–15 (in Russian).The effect of electroplating parameters and substrate material on tin whisker formation / M. A. Ashworth [et al.] // Microelectronics Reliability. – 2015. – Vol. 55. – Р. 180–191.Ashworth M. A., Wilcox G. D., Higginson R. L., Heath R. J., Liu C., Mortimer R. J. The effect of electroplating parameters and substrate material on tin whisker formation. Microelectronics Reliability, 2015, vol. 55, iss. 1, рp. 180–191. Doi: 10.1016/j.microrel.2014.10.005Mechanical deformation-induced Sn whiskers growth on electroplated films in the advanced flexible electronic packaging / Shih-Kang Lin [et al.] // J. Mater. Res. – 2007. – Vol. 7, iss. 22. – P. 1975–1986.Shih-Kang Lin, Yuhi Yorikado, Junxiang Jiang, Keun-Soo Kim. Mechanical deformation-induced Sn whiskers growth on electroplated films in the advanced flexible electronic packaging. Journal of Materials Research, 2007, vol. 22, iss. 7, pp. 1975–1986. Doi: 10.1557/jmr.2007.0232Winterstein, J. P. The influence of porosity on whisker growth in electroplated tin films / J. P. Winterstein, M. G. Nor-ton // J. Mater. Res. – 2006. – Vol. 12, iss. 21. – P. 2971–2974.Winterstein J. P., Norton M. G. The influence of porosity on whisker growth in electroplated tin films. Journal of Materials Research, 2006, vol. 21, iss. 12, pp. 2971–2974. Doi: 10.1557/jmr.2006.0368Anocha, S. Matte tin (Sn) plating of semiconductor devices – whisker growth study / Anocha Sriyarunya, Dhiraj Bansal // IPC/JEDEC. 6th International Conference on Lead Free Electronic Components and Assemblies. – 2004. – P. 1–17.Anocha Sriyarunya, Dhiraj Bansal. Matte tin (Sn) plating of semiconductor devices – whisker growth study. IPC/ JEDEC 6th International Conference on Lead Free Electronic Components and Assemblies, 2004, pp. 1–17.NEMI tin whisker method standards / Irina Boguslavsky [et al.] // Proceedings of the SMTA International Conference, Chi-cago, Illinois, September 21–25, 2003. – 2003. – P. 3–10.Boguslavskii I., Bush P., Kam-Lum E., Kwoka M., McCullen J., Spalding K., Vo N., Williams M. NEMI tin whisker method standards. Proceedings of the SMTA International Conference, Chicago, Illinois, September 21–25, 2003, pp. 3–10.Ильин, В. А. Цинкование, кадмирование, оловянирование и свинцевание / В. А. Ильин. – Л.: Машинострое-ние, 1983. – 87 с.Il’in V. A. Zinc, cadmium, tin and lead-plating. Leningrad, Mashinostroenie Publ., 1983. 87 p. (in Russian).Костин, Н. А. Импульсный электролиз / Н. А. Костин, В. С. Кублановский, А. В. Заблудовский. – Киев: Наук. думка, 1989. – 168 с.Kostin N. A., Kublanovskii V. S., Zabludovskii A. V. Pulsed Electrolysis. Kiev, Naukova Dumka Publ., 1989. 168 p. (in Russian).Tin Whisker Projects [Electronic resource]. – Mode of access: http://inemi.org/webdownload/newsroom/Presentations/ Amsterdam04_tin_whiskers.pdf. – Date of access: 01.02.2015.Tin Whisker Projects. Available at: http://inemi.org/webdownload/newsroom/Presentations/Amsterdam04_tin_whiskers.pdf (accessed 01 February 2015).Watanabe, Т. Nano plating – microstructure formation theory of plated films and a database of plated films / Т. Watanabe. – Oxford: Elsevier Science, 2004. – 714 p.Watanabe Т. Nano plating – microstructure formation theory of plated films and a database of plated films. Oxford, Elsevier Science, 2004. 714 p.Ткаченко, Ф. К. О факторах, определяющих уровень энергии активации самодиффузии в металлах / Ф. К. Ткаченко, В. И. Мирошниченко, И. Ф. Ткаченко // Вестн. Приазов. гос. техн. ун-та. Сер.: Техн. науки. – 2011. – № 22. – С. 135–139.Tkachenko F. K., Miroshnichenko V. I., Tkachenko I. F. On the factors that determine the level of activation energy of self-diffusion in metals. Vestnik Priazovskogo gosudarstvennogo technicheskogo universiteta, Ser.: Texnicheskie nauki [Bulletin of the Priazov State Technical University. Series: Engineering], 2011, no. 22, pp. 135–139 (in Russian).Anal, A. K. Self-diffusion in a porous metal: the first empirical correlations for estimating pore-modified tracer self-diffusion parameters, D0 and Q / A. K. Anal, G. S. Tendolkar // Acta. Metall. – 1986. – Vol. 34. – Р. 1607–1615.Anal A. K., Tendolkar G. S. Self-diffusion in a porous metal: the first empirical correlations for estimating pore-modified tracer self-diffusion parameters, D0 and Q. Acta Metallurgica, 1986, no. 34, рp. 1607–1615. Doi: 10.1016/0001-6160(86)90107-0Xiao, G.-W. Effect of Cu stud microstructure and electroplating process on intermetallic compounds growth and reliability of flipchip solder bump / G.-W. Xiao // IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies. – 2001. – Vol. 24, N 4. – P. 682–690.Xiao G.-W. P.C.H. Chan, A. Teng, Jian Cai, M.M.F. Yuen Effect of Cu stud microstructure and electroplating process on intermetallic compounds growth and reliability of flip chip solder bump. IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, 2001, vol. 24, no. 4, pp. 682–690.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.