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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2011.tde-15032012-122525
Document
Author
Full name
Juliana Lopes Cardoso
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2011
Supervisor
Committee
Santos Filho, Sebastião Gomes dos (President)
Góngora Rubio, Mário Ricardo
Onmori, Roberto Koji
Pasa, André Avelino
Vilela, José Mário Carneiro
Title in Portuguese
Obtenção de ligas AuxSny utilizando deposição eletroquímica: influência dos aditivos, análise de morfologia e crescimento de multicamadas.
Keywords in Portuguese
Banho eletroquímico
Eletrodeposição
Liga AuxSny
Multicamadas
Abstract in Portuguese
Neste trabalho, é apresentado um estudo sobre a influência de aditivos em banhos de eletrodeposição de Au, análise da morfologia dos depósitos de Au e o crescimento de multicamadas da liga AuxSny por deposição eletroquímica. Os banhos de eletrodeposição estudados são baseados em uma composição, comum na literatura, formada por tetraclorourato(III) de potássio (KAuCl4), cloreto de estanho(II) (SnCl2), sulfito de sódio (Na2SO3), e citrato de amônio [(NH4)HC6H5O7]. Os contatos de solda da liga AuxSny, aplicáveis em diversos dispositivos microeletrônicos, podem ser formadas de maneira mais econômica a partir de banhos eletroquímicos. Banhos ácidos e reagentes de baixa toxicidade são exigências comuns dos novos banhos de eletrodeposição. A formação de multicamadas permite, ainda, ampliar o uso do metal de solda em dispositivos sensíveis a altas temperaturas, devido ao baixo ponto de fusão da liga. A obtenção das ligas AuxSny utilizando deposição eletroquímica, foi feita com base no estudo sobre banho de eletrodeposição e seus depósitos, a partir de um banho para deposição da liga AuxSny já conhecido. O aprimoramento do banho de eletrodeposição foi focado no banho de eletrodeposição de Au, com três opções de aditivos, buscando avaliar as características dos depósitos e o tempo de estabilidade do banho. Os aditivos utilizados foram hipofosfito de sódio (NaH2PO2), metanal (HCHO) e tiossulfato de sódio (Na2S2O3), separadamente. Esses banhos foram analisados por voltametria cíclica, e os depósitos obtidos a partir de eletrodeposições foram caracterizados por Espectrometria por Retroespalhamento de Rutherford (RBS), Microscopia Eletrônica de Varredura (SEM) e, em alguns casos, por Espectrometria de Energia Dispersiva de Raios X (EDS). Análises de dimensão fractal e de escalamento dinâmico da rugosidade forneceram detalhes importantes sobre a morfologia superficial dos depósitos. .A adição de Na2S2O3 ao banho permitiu o desenvolvimento de um novo banho de eletrodeposição para a co-deposição de Au AuxSny. O Na2S2O3 atua como um complexante dos íons de Au(I) juntamente com o sulfito de sódio. O emprego de 3 g L-1 de Na2S2O3 evita a degradação do banho durante as eletrodeposições. Finalmente, o estudo da eletrodeposição de multicamadas foi feito por controle do potencial aplicado e por controle da corrente aplicada. As multicamadas obtidas apresentaram camadas da liga AuxSny com a concentração de Sn incorporado, variando entre 6 % e 49 % (em porcentagem atômica).
Title in English
Plating of AuxSny alloys using electrochemical deposition: influences of additives, morphology analysis and multilayer growth.
Keywords in English
AuxSny alloy
Electrodeposition
Multilayer deposits
Plating bath
Abstract in English
It is shown in this work a study about the influence of additives in baths for electrodeposition of Au, analysis of morphology of gold deposits and the growth of multilayered AuxSny alloys from improved electrodeposition baths based on a common composition of the literature containing potassium gold(III) chloride (KAuCl4), tin(II) chloride (SnCl2), sodium sulfite (Na2SO3) and ammonium citrate dibasic [(NH4)HC6H5O7]. The AuxSny solders are commonly used in microelectronic devices. These solders can be applied in a number of ways, and electrochemical deposition is an attractive alternative due to the low cost process. Acidic baths and low toxicity reagents are common requirements of new electrochemical baths. The multilayered AuxSny alloys are applicable to temperature sensitive materials due to its reduced melting point temperature. Therefore, the study of electrodeposition of AuxSny alloys began with an already known bath and aiming its improvement. The focus of interest was the gold bath, which received additives to improve control of the deposits and their stability. The additives used were sodium hypophosphite (NaH2PO2), methanal (HCHO) and sodium thiosulfate (Na2S2O3), one of each time. These baths were analyzed by cyclic voltammetry and the deposits obtained from these baths were analyzed by Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS), Scanning Electron Microscopy (SEM) and, in some cases, Energy Dispersive Spectrometry (EDS). Fractal dimension and dynamic scaling of the surface width analysis allowed one to quantify the surface morphology details. The addition of Na2S2O3 to the bath allowed the development of a new electrodeposition bath for co-deposition of AuxSny. The Na2S2O3 acts as complexing agent of Au(I) ions together with sodium sulfite. The use of 3 g L-1 of Na2S2O3 avoids bath degradation during the electrodepositions. Potential-controlled and current-controlled electrodepositions were employed to obtain multilayers of AuxSny alloys. The multilayer deposits obtained presented between 6 atomic % and 49 atomic % of tin.
 
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Publishing Date
2012-04-04
 
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  • CARDOSO, J. L., and dos Santos Filho, Sebastião G. Potentiostatic Electrodeposition of Au-Sn Alloys from a Non-Cyanide Bath for Soldering: Influence of Reagents Concentrations. JICS. Journal of Integrated Circuits and Systems (Ed. Português), 2010, vol. 5, p. 95-102.
  • CARDOSO, J. L., e dos Santos Filho, S. G. Electrodeposition of Gold from Formaldehyde-sulfite baths: bath stability and deposits characterization. Química Nova , 2011, vol. 34, p. 641-645.
  • Almeida F.L., et al. Fabrication Process of Ag/AgCl Reference Pseudo-Electrode Based onwith Electrodeposition of Au on Pt Surfaces from Formaldehyde Baths: Chemical Stability and Adherence [doi:10.1149/1.3183727]. In 24th Symposium on Microelectronics Technology and Devices, Natal, 2009. ECS Transactions. : SBMicro, 2009.
  • CARDOSO, J. L., and SANTOS FILHO, S. G. Characterization of Gold-Formaldehyde Baths for Electrochemical Deposition [doi:10.1149/1.3183703]. In 24th Symposium on Microelectronics Technology and Devices, Natal, 2009. ECS Transactions. : SBMicro, 2009.
  • CARDOSO, J. L., and SANTOS FILHO, S. G. Electrodeposition of Au-Sn Alloys from a Modified Non-Cyanide Bath [doi:10.1149/1.3183705]. In 24th Symposium on Microelectronics Technology and Devices, Natal, 2009. ECS Transactions. : SBMicro, 2009.
  • CARDOSO, J. L., GOZZI, Giuliano, and Santos Filho, S. G. Fabrication and physical characterization of nickel nanowires formed by template-based electrodeposition method [doi:10.1149/1.2956061]. In 23rd Symposium on Microelectronics Technology and Devices - SBMicro2008, Gramado, 2008. ECS Transactions.Pennington, NJ : The Electrochemical Society, 2008.
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