电镀沉积制备纳米晶结构金锡合金镀层的方法
金锡(Au-Sn)合金镀层具有熔点适中、无需助焊剂、导热和导电性能好、浸润性优良、抗腐蚀及抗蠕变等优点，特别适合用于要求有长期可靠性工作的器件封装中，在军事、航天、信息等高新技术领域都具有重要的支撑作用，其制备工艺越来越受到人们的重视。基于阴极还原原理的电镀沉积工艺，在制备Au-Sn合金镀层方面有很大的优势，目前国内外采用电镀沉积制备Au-Sn合金的镀液体系主要分为有氰和无氰工艺两大类，有氰镀液体系是以氰化亚金钾、氰化亚金纳、氰化金钾、氰化金纳、氯金酸钾、氯金酸纳、氯金酸等为金主盐的合金镀液，20世纪80年代的美国专利(US 4634505)和(US 4013523)中所公开的Au-Sn合金镀液,金主盐分别以[Au (CN) 2]和[Au (CN) 4]的形式存在，Peter Stevens等人提出以四价锡盐和氰化金钾加适量的光亮剂的金锡合金电镀液，这些镀液由于大量使用含剧毒性的氰化物，在生产安全、环境保护等方面有很大的缺陷，使得人们把目光转向无氰、环保的镀液方向，并逐步开发出亚硫酸盐体系、氯金酸盐等无氰金锡合金镀液，如美国专利(US 2002063063)提供了一种无氰Au-Sn合金电镀液，其金盐采用亚硫酸金钠、氯金酸钠(NaAuCl4)或硫代亚硫酸金钠(Na3Au (S2O3)2)等，但镀液体系存在易挥发、不稳定，易氧化分解等问题；美国专利(US 6245208)中提出了一种弱碱性无氰Au-Sn共沉积镀液，该镀液金主盐为氯金酸钾(KAuCl4)、锡主盐为氯化亚锡(SnCl2)、金离子络合剂为亚硫酸钠(Na2SO3)和柠檬酸铵，镀液稳定剂为L-抗坏血酸、晶粒细化剂为氯化镍(NiCl2)，镀液的pH值为6.0，该镀液的稳定性较差，在室温下存放15天后镀液不稳定，工作状态下维持3天后就会发生镀液失稳，在50°C时会析出金,出现大量黑色沉淀；D.G.1vey采用氯金酸钾、氯化亚锡、硫酸钠、柠檬酸氨、抗 坏血酸，晶粒细化剂氯化镍等组成金锡共沉积镀液，发现电流密度在1.5mA/cm2左右的时候镀层锡含量有一阶段性转变过程，工艺过程很不稳定。目前为此，还没有成熟的电镀Au-Sn合金无氰工艺可以选择，因此需要寻求一种新的制备Au-Sn合金镀层工艺方法。
鉴于目前有氰和无氰镀液体系存在的各自缺点，本文提供一种基于离子液体的电镀沉积制备纳米晶结构金锡合金镀层的方法。具体技术方案如下：
(I)将氯化胆碱、尿素和乙二醇按照摩尔比1: 2:4于室温下混合，在温度75~80° C的水浴中加热磁力搅拌，直至形成无色透明液体，得到混合离子液体溶剂；
(2)将8~12克氯金酸、12~36克氯化亚锡、30克亚硫酸钠、80~100克柠檬酸铵、10~30克焦磷酸钾、5~20克抗坏血酸、I~5克丁二酸、O~10克纳米金刚石粉体加入到1000 ml混合离子液体溶剂中，磁力搅拌I小时，静置冷却至室温，得到含金锡的电镀液；
(3)以钼金钛网作为阳极，黄铜片或者表面真空镀铜(Cu)的陶瓷基板为阴极，在电镀容器中加入电解液；电镀条件为电压为0.5~3.5 V、温度为室温~60 ° C、时间0.5~1.5小时，电镀结束，阴极上沉积纳米晶结构的金锡(Au-Sn)合金镀层；金锡(Au-Sn)合金中金(Au)的质量分数为15~28 %。
本方案的技术作用原理如下：
1.氯化胆碱基离子液体作为电化学反应的介质溶剂，与水性电解液溶剂相比，具有独特优势，如不挥发、不易燃烧、较小的毒性、对有机物和无机物均有良好的溶解性、高的电导性和宽的电化学窗口等，在温度为75~80°水浴中加热磁力搅拌主要是为了使氯化胆碱和尿素的固体混合物溶解于液态乙二醇中，逐渐转化为液体并最终转化为全液态；
2.采用亚硫酸钠、柠檬酸铵、焦磷酸钾作为金属主盐络合剂，抗坏血酸为镀液抗氧化剂为，丁二酸为镀液的PH缓冲剂及稳定剂，添加纳米金刚石粉体作为晶粒细化剂配置而成镀液。
本方案的优点在于:用于制备Au-Sn合金镀层的镀液体系采用离子液体作为介质溶剂，添加无氰金盐，整个镀液体系成分简单，配制方便，稳定性高，环境友好；镀层为纳米晶结构,纳米晶的晶粒尺寸小于20 nm,合金镀层中金(Au)的质量分数为15~28 %。