CN112593220B - 适用于半导体及显示面板的无氰化学沉金溶液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于半导体及显示面板的无氰化学沉金溶液，由以下成分组成：无氰金盐，以Au离子的含量计为4～5g/L、络合剂20～100g/L、还原剂2‑5g/L、界面活性剂0.05～0.2g/L、缓冲剂30‑60g/L，稳定剂0.2‑5mg/L，用硫酸或者氢氧化钾调节pH至7～9，余量为水，操作温度50‑90℃。该发明得到的金镀层具有良好的附着性好，镀层均匀，沉积速率快，镀液稳定。同时本发明的无氰化学沉金溶液不使用氰化金钾类高毒物质，不含氰根，减少对操作人员的健康影响和工作环境的安全隐患，还大大减少了废水处理的负担和影响。
Description
技术领域
本发明涉及半导体及显示面板表面处理技术领域，尤其涉及一种适用于半导体及显示面板的无氰化学沉金溶液。
背景技术
在印制线路板生产过程中，当铜线路形成以后，需要在铜线路上形成其他金属来保护铜线路，防止氧化，另外可以实现打线、焊接等功能，与其他元器件形成互联互通。传统的方法有化学沉锡，化学沉银，化学镍金等实现。其中化学镍金工艺因为具有良好的焊接、打线等功能，应用最为广泛。铜基材的化学镍金技术中，化学金主要通过置换的方式进行。金离子与先形成的镍层发生置换反应，金离子形成金镀层沉积在镍面形成金层。现有的化学沉金多采用氰化金钾[KAu(CN)2]配制浸金液,其槽液稳定，成本低，镀层性能良好，被长期使用。但是氰化金钾为高毒物质，其剧毒性质给操作人员和工厂管理带来较大影响和隐患，同时也使废液处理较为困难，给环境造成很大影响和负担。针对无氰化学金，目前国内也有一些专利公开，但距离实际生产还有一定的距离。专利《CN 103993300 B》《CN102212805A》分别公开了一种无氰化学镀金的溶液，其采用柠檬酸金钾作为金盐，但是后经过权威部门证实，柠檬酸金钾中依然含有氰化物，并非真正的无氰化学金。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种适用于半导体及显示面板的无氰化学沉金溶液，该发明得到的金镀层具有良好的附着性好，镀层均匀，沉积速率快，镀液稳定。同时本发明的无氰化学沉金溶液不使用氰化金钾类高毒物质，不含氰根，减少对操作人员的健康影响和工作环境的安全隐患，还大大减少了废水处理的负担和影响。
为实现上述目的，本发明提供一种适用于半导体及显示面板的无氰化学沉金溶液，包括以下质量浓度百分比的组分：
无氰金盐，以Au离子的含量计为4～5g/L
络合剂20～100g/L
还原剂2-5g/L
界面活性剂0.05～0.2g/L
缓冲剂30-60g/L
稳定剂0.2-5mg/L
将上述组分按照配比均匀混合后，用硫酸或者氢氧化钾调节pH至7～9，余量为水，操作温度50-90℃。
其中，所述络合剂为亚硫酸钠、1-(4-乙基苯基)-2-硫脲两种，两者使用质量混合比例在0.3～3:1。
其中，所述无氰金盐为亚硫酸金钠。
其中，所述缓冲剂为氯化铵、柠檬酸铵中的一种或两种。
其中，所述还原剂为维生素C、硼氢化钠的一种或多种。
所述界面活性剂为甲基烯丙基磺酸钠。
其中，所述稳定剂为酒石酸锑钾。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的适用于半导体及显示面板的无氰化学沉金溶液，
1)依靠亚硫酸根和1-(4-乙基苯基)-2-硫脲作为金离子的络合剂，可以保持金离子不发生析出沉淀。为了防止亚硫酸根被空气氧化导致浓度降低，所以溶液中会存在过量的亚硫酸钠和1-(4-乙基苯基)-2-硫脲作为络合剂，以维持镀液的稳定性。单一的络合剂操作范围较窄，比如当pH值低于7时，亚硫酸根有水解的风险，为了保证镀金溶液的稳定，加入的1-(4-乙基苯基)-2-硫脲可以起到稳定金离子的作用，但pH太高时，1-(4-乙基苯基)-2-硫脲容易被氧化，此时，亚硫酸根则可以保证溶液的稳定。
2)该发明得到的金镀层具有良好的附着性好，镀层均匀，沉积速率快，镀液稳定。同时本发明的无氰化学沉金溶液不使用氰化金钾类高毒物质，不含氰根，减少对操作人员的健康影响和工作环境的安全隐患，还大大减少了废水处理的负担和影响。
附图说明
图1为本发明得到的无氰化学金产品；
图2为本发明得到无氰化学金涂层线路。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面对本发明作进一步地描述。
本发明提供的一种适用于半导体及显示面板的无氰化学沉金溶液，包括以下质量浓度百分比的组分：
无氰金盐，以Au离子的含量计为4～5g/L
络合剂20～100g/L
还原剂2-5g/L
界面活性剂0.05～0.2g/L
缓冲剂30-60g/L
稳定剂0.2-5mg/L
将上述组分按照配比均匀混合后，用硫酸或者氢氧化钾调节pH至7～9，余量为水，操作温度50-90℃。
在本实施例中，所述络合剂为亚硫酸钠、1-(4-乙基苯基)-2-硫脲两种，两者使用质量混合比例在0.3～3:1。
在本发明中，采用亚硫酸金钠为金离子来源，为无氰金盐，在无氰体系中，依靠亚硫酸根和1-(4-乙基苯基)-2-硫脲作为金离子的络合剂，可以保持金离子不发生析出沉淀。为了防止亚硫酸根被空气氧化导致浓度降低，所以溶液中会存在过量的亚硫酸钠和1-(4-乙基苯基)-2-硫脲作为络合剂，以维持镀液的稳定性。单一的络合剂操作范围较窄，比如当pH值低于7时，亚硫酸根有水解的风险，为了保证镀金溶液的稳定，加入的1-(4-乙基苯基)-2-硫脲可以起到稳定金离子的作用，但pH太高时，1-(4-乙基苯基)-2-硫脲容易被氧化，此时，亚硫酸根则可以保证溶液的稳定。
由于金离子容易受到亚硫酸根以及1-(4-乙基苯基)-2-硫脲的络合，大幅降低了金的氧化电位，所以尽管该体系属于强还原体系，但依旧可以保持稳定，也就是说金离子遇到亚硫酸根时候，不发生氧化还原反应，而是络合反应。在槽液中加入其它的强还原剂，比如该发明中的维生素C、硼氢化钠这两者对金毫无络合作用，在化学镀金时候金离子会氧化维生素C或者硼氢化钠而沉积在产品表面，形成金镀层。在实际生产中，由于产品的形状限制，可能在一些表面附着气泡，如此一来，产品会与镀液被隔离，导致金层无法沉积。为了解决该问题，往往会在镀液中加入一些表面活性剂来降低液体表面张力，使气泡容易脱离工件。然而常规的表面活性剂在高温或者在高溶质的溶液中不容易溶解，导致槽液浑浊，作用大幅折扣。本发明中采用甲基烯丙基磺酸钠作为表面活性剂，其不会导致槽液浑浊，更重要的是，该表面活性剂为无泡型表面活性剂，在药水运动中不会激起泡沫产生，容易清洗，便于生产维护。
为了能得到稳定的金沉积速率，本发明中还加入了酒石酸锑钾作为化学镀金的稳定剂，类似于化学镀镍中稳定剂一样，可以让沉积速率变得更加稳定。
很显然，无氰化学镀金需要加热，温度太低，金离子由于受到络合剂的螯合，其氧化电位太低，金的沉积速率很慢。在本发明中，温度在50℃以上时，金的沉积速率有明显提升。但温度太高时候，槽液水分蒸发太快，维护相对麻烦，所以合适温度应该在60～70℃。
另外，由于金盐为亚硫酸金钠，亚硫酸根的稳定性对槽液的pH值有着很高的要求，需要严格控制在一个弱碱性的环境，pH值在7～9为最佳，如果为弱酸性，亚硫酸根易发生水解，生成二氧化硫和水，如果碱性太强，槽液中的还原剂、冗余的亚硫酸钠的还原电位会大幅降低，很容易受到空气氧化而失效。
所以为了维护槽液pH值的稳定性，槽液中还需要加入一些能够稳定槽液pH值的物质，本发明中采用了氯化铵、柠檬酸铵作为缓冲剂，维持槽液pH值的稳定。
本发明的化学沉金溶液体系不使用氰化金钾类高毒物质，不含氰元素，减少对操作人员的健康影响和工作环境的安全隐患，还大大减少对于环境的负担和影响，同时所镀金层的镀层稳定、附着性好，分布均匀。
在本实施例中，所述无氰金盐为亚硫酸金钠。所述缓冲剂为氯化铵、柠檬酸铵中的一种或两种。所述还原剂为维生素C、硼氢化钠的一种或多种。所述界面活性剂为甲基烯丙基磺酸钠。所述稳定剂为酒石酸锑钾。
每升化学沉金工作液包括以下组分：
无氰金盐，以Au离子的含量计为：4～5g/L；
络合剂：20～100g/L；
还原剂：2-5g/L；
界面活性剂：0.05～0.2g/L；
缓冲剂：30-60g/L；
用硫酸或者氢氧化钾调节pH至7～9；
余量为水。
操作温度：50-90℃。
以下为本发明的几个具体实施例
实施例1
一种无氰化学沉金溶液，每1升所述无氰化学沉金溶液包括以下组成成分：
无氰金盐，以Au离子的含量计为：4g/L；
络合剂：20g/L；
还原剂：2g/L；
界面活性剂：0.05g/L；
酒石酸锑钾：2mg/L
缓冲剂：30g/L；
用硫酸或者氢氧化钾调节pH至7.2；
余量为水。
操作温度：50℃。
所述无氰金盐为亚硫酸金钠，所述络合剂为亚硫酸钠为1-(4-乙基苯基)-2-硫脲质量比为1：1，所述还原剂为硼氢化钠，所述界面活性剂为甲基烯丙基磺酸钠，缓冲剂为氯化铵。
实施例2
一种无氰化学沉金溶液，每1升所述无氰化学沉金溶液包括以下组成成分：
无氰金盐，以Au离子的含量计为：4.2g/L；
络合剂：100g/L；
还原剂：5g/L；
界面活性剂：0.2g/L；
酒石酸锑钾：0.2mg/L；
缓冲剂：60g/L；
用硫酸或者氢氧化钾调节pH至9.0；
余量为水。
操作温度：90℃。
所述无氰金盐为亚硫酸金钠，所述络合剂为亚硫酸钠为1-(4-乙基苯基)-2-硫脲质量比为2：1，所述还原剂为硼氢化钠，所述界面活性剂为甲基烯丙基磺酸钠，缓冲剂为氯化铵。
实施例3
一种无氰化学沉金溶液，每1升所述无氰化学沉金溶液包括以下组成成分：
无氰金盐，以Au离子的含量计为：4.5g/L；
络合剂：20g/L；
还原剂：2g/L；
界面活性剂：0.05g/L；
酒石酸锑钾：5mg/L；
缓冲剂：30g/L；
用硫酸或者氢氧化钾调节pH至7.2；
余量为水。
操作温度：50℃。
所述无氰金盐为亚硫酸金钠，所述络合剂为亚硫酸钠为1-(4-乙基苯基)-2-硫脲质量比为1：2，所述还原剂为维生素C，所述界面活性剂为甲基烯丙基磺酸钠，缓冲剂为柠檬酸铵。
实施例4
无氰金盐，以Au离子的含量计为：4.6g/L；
络合剂：100g/L；
还原剂：5g/L；
界面活性剂：0.2g/L；
缓冲剂：60g/L；
用硫酸或者氢氧化钾调节pH至8.0；
余量为水。
操作温度：80℃。
所述无氰金盐为亚硫酸金钠，，所述络合剂为亚硫酸钠为1-(4-乙基苯基)-2-硫脲质量比为2：1，所述还原剂为维生素C，所述界面活性剂为甲基烯丙基磺酸钠，缓冲剂为柠檬酸铵。
实施例5
无氰金盐，以Au离子的含量计为：5g/L；
络合剂：50g/L；
还原剂：3g/L；
界面活性剂：0.1g/L；
缓冲剂：45g/L；
用硫酸或者氢氧化钾调节pH至8.1；
余量为水。
操作温度：80℃。
所述无氰金盐为亚硫酸金钠，，所述络合剂为亚硫酸钠为1-(4-乙基苯基)-2-硫脲质量比为1：1，所述还原剂为维生素C和硼氢化钠的1：1混合物，所述界面活性剂为甲基烯丙基磺酸钠，缓冲剂为柠檬酸铵和氯化铵1：1混合物。
以本发明实施例所得的无氰化学沉金溶液对印制电路板进行浸金操作，浸金时间10分钟，镀层光洁、稳定，附着性好，分布均匀，具体如图1-2所示，金线路平整，无断层，色泽均一，光刻胶无破损、变形、脱落等异常，可实现正常的线路导通。
以上公开的仅为本发明的实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (3)
1. 一种适用于半导体及显示面板的无氰化学沉金溶液，其特征在于，包括以下质量浓度百分比的组分：
无氰金盐，以Au离子的含量计为4~5g/L
络合剂 20~100g/L
还原剂2-5g/L
界面活性剂0.05~0.2g/L
缓冲剂30-60g/L
稳定剂0.2-5mg/L
将上述组分按照配比均匀混合后，用硫酸或者氢氧化钾调节pH至7~9，余量为水，操作温度50-90℃；所述络合剂为亚硫酸钠、1-(4-乙基苯基)-2-硫脲两种，两者使用质量混合比例在0.3~3:1；所述无氰金盐为亚硫酸金钠；所述还原剂为维生素C、硼氢化钠的一种或多种；所述界面活性剂为甲基烯丙基磺酸钠。
2.根据权利要求1所述的适用于半导体及显示面板的无氰化学沉金溶液，其特征在于，所述缓冲剂为氯化铵、柠檬酸铵中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的适用于半导体及显示面板的无氰化学沉金溶液，其特征在于，所述稳定剂为酒石酸锑钾。
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