CN113026068B

CN113026068B - 一种应用于晶圆先进封装领域的无氰化学镀金溶液及其镀金工艺

Info

Publication number: CN113026068B
Application number: CN202110231405.6A
Authority: CN
Inventors: 洪学平; 姚吉豪
Original assignee: Shenzhen Chuangzhi Success Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Chuangzhi Xinlian Technology Co ltd
Priority date: 2021-03-02
Filing date: 2021-03-02
Publication date: 2021-09-10
Anticipated expiration: 2041-03-02
Also published as: CN113026068A

Abstract

本发明公开了一种应用于晶圆先进封装领域的无氰化学镀金溶液及其镀金工艺，由以下成分组成：无氰金盐，以Au离子的含量计为6‑10g/L；络合剂10‑60g/L；导电盐10‑60g/L；缓冲剂30‑60g/L；防老化剂5‑10g/L；界面活性剂15‑80mg/L；润湿剂1‑5mg/L；反应加速剂50‑80mg/L；稳定剂0.2‑5mg/L；所述反应加速剂为2,6‑二氨基吡啶和3‑吡啶甲醇的复合物，且2,6‑二氨基吡啶和3‑吡啶甲醇的质量浓度比为2:1。该发明得到的溶液既保证了镀液的稳定性，而且使得镀件易于在电极表面铺展以达到均镀目的，进一步达到了晶圆封装微孔的无空洞、无缝隙的填充的效果。

Description

一种应用于晶圆先进封装领域的无氰化学镀金溶液及其镀金工艺

技术领域

本发明涉及表面处理技术领域，尤其涉及一种应用于晶圆先进封装领域的无氰化学镀金溶液及其镀金工艺。

背景技术

晶圆级封装的一般定位为直接在晶圆上进行大多数或是全部的封装测试程序，之后再进行切割额制成单颗组件，晶圆级封装具有较小封装尺寸与较佳电性表现的优势，目前多主要用于各式半导体产品，其需求主要来自可携带的产品对轻薄短小的特性需求。

晶圆级封装产品在生产过程中，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。

这主要是由于镀金层能满足多种组装要求,具有可焊性,导电性,高稳定性以及抗氧化性等性能。最早化学镀金皆以含氰化物金盐为原料,由于氰化镀液中含有剧毒的氰化物,在实际生产过程以及相关后续的废水,废气处理及处置中都会产生极大的不安全因素,使得氰化镀金液发展受到限制，随着人们环境保护意识的提高,现在工艺中也越来越多的采用无氰镀金工艺了，但是现有的无氰还存在以下缺陷：

1)镀金在电镀的时候，容易出现空洞，夹缝等缺陷，无法达到完美无缝隙的电镀填充，始终无法达到均镀的效果。

2)现有的镀液电流效率、稳定性及镀层的耐腐蚀性和外观的光亮性与氰化物镀层存在一定的差距。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种应用于晶圆先进封装领域的无氰化学镀金溶液及其镀金工艺，该溶液达到了晶圆封装微孔的无空洞、无缝隙的填充的效果；该工艺不仅保证了电镀的均匀性，而且使得电镀时间更短。

为实现上述目的，本发明提供一种应用于晶圆先进封装领域的无氰化学镀金溶液，包括以下质量浓度的组分：

所述反应加速剂为2,6-二氨基吡啶和3-吡啶甲醇的复合物，且2,6-二氨基吡啶和3-吡啶甲醇的质量浓度比为2:1；

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℃后形成无氰化学镀金溶液。

其中，所述界面活性剂与润湿剂在使用时的质量浓度比例为15:1。

其中，所述络合剂为1,2一乙二胺类化合物；且该络合剂中的导电离子与导电盐中导电离子的浓度总和10-15mol/L。

其中，所述无氰金盐为四氯合金酸或氢氧化金。

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。

为实现上述目的，本发明还提供一种应用于晶圆先进封装领域的无氰化学镀金工艺，包括以下步骤：

步骤1，镀件进行化学镀之前由前处理溶液进行真空处理；

步骤2，将抽真空处理后的镀件进行中间镀镍处理后形成镀镍层；

步骤3，对形成镀镍层的镀件进行超纯水处理后放入充满权1-7任一项所述的无氰化学镀金溶液的镀金液槽内；

步骤4，对该镀件进行镀金处理；

步骤5，镀金完成后取出镀件，并将使用后的镀金液引流到镀金液回收槽内；

步骤6，对镀金液回收槽内的金回收液进行浓缩，并通过比重探头感应计算金含量，对回收的镀金液浓度进行控制后回收至镀金液槽内循环使用。

其中，所述步骤4中镀金处理的具体条件为：镀液温度50-70℃，搅拌速率在100-200r/min之间；镀金分为两个阶段不同电流密度进行：第一阶段电流密度为10-15A/dm²，第二阶段电流密度为3-5A/dm²。

其中，可在步骤4中充入氮气。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的一种应用于晶圆先进封装领域的无氰化学镀金溶液及其镀金工艺，存在以下优势：

1)该无氰化学镀金溶液中加入了反应加速剂，且该反应加速剂为2,6-二氨基吡啶和3-吡啶甲醇的复合物，且2,6-二氨基吡啶和3-吡啶甲醇的质量浓度比为2:1；这个加速剂采用复合的方式，避免了单一的反应加速剂操作范围较窄的现象；而且精确浓度的设定，加快了活化反应速度，减少了活化时间，可快速实现晶圆封装微孔的无空洞、无缝隙的填充；

2)一般情况下，为了保证镀液的稳定性，是不采用润湿剂的，但是完全不采用润湿剂，电极与镀液界面间的界面张力就比较大，使镀液容易出现空洞，夹缝等缺陷；为了解决这个问题，将界面活性剂与润湿剂在使用时的质量浓度比例为15:1，使得两者在使用时达到兼容的效果，这样既保证了镀液的稳定性，而且使得镀件易于在电极表面铺展以达到均镀目的，进一步达到了晶圆封装微孔的无空洞、无缝隙的填充的效果；

3)镀金工艺中在电镀的同时对无氰金溶液进行回收，避免了以往都是先收集到一定程度后再一起回收而导致无氰金溶液的浪费，本申请是同步进行回收，达到即时循环利用的效果；

4)由于本镀金溶液中加入了特定浓度比的反应加速剂、润湿剂、界面活性剂；使得均镀效果很好，因此镀金工艺在进行镀件时，可以采用高于10ASD的电流密度完成，这样不仅在保证镀层结晶大小一致，电镀稳定有序的前提下，可以更加快速的完成电镀；当电镀至快要结束时，再将电流密度降低，进一步使得电镀效果更加完美；该工艺中两阶段不同电流密度的方式，不仅保证了电镀的均匀性，而且使得电镀时间更短。

附图说明

图1为本发明得到的无氰化学金产品的镀层形貌图。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面根据文字及附图对本发明作进一步地描述。

本发明提供的一种应用于晶圆先进封装领域的无氰化学镀金溶液及其镀金工艺，包括以下质量浓度的组分：

在本实施例中，所述界面活性剂与润湿剂在使用时的质量浓度比例为15:1。

在本实施例中，所述络合剂为1,2一乙二胺类化合物；且该络合剂中的导电离子与导电盐中导电离子的浓度总和10-15mol/L。本发明中络合剂是采用1,2一乙二胺类化合物，镀液中含有SO₄ ^2-、Cl^-等导电离子，另外导电盐也有导电离子，因此在保证导电性能的基础上，可以大大的提高镀液的导电效果。

在本实施例中，无氰金盐为四氯合金酸或氢氧化金。目前通常无氰金盐采用的是亚硫酸金钠，因为镀液中SO₃ ^2-不稳定，会通过空气中的氧气的作用而导致SO₃ ^2-的浓度降低，进而引起镀液的分解，又而导致镀金层物理性质不稳定，镀层结晶较粗大，由此影响镀金层效果；为了解决这个问题，本发明采用四氯合金酸或氢氧化金，这些金盐中的Au³⁺可以长期稳定的存在于镀液中而难以质变，由此保证额镀液的稳定性。

在本实施例中，所述缓冲剂为氯化铵、柠檬酸铵中的一种或两种。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。

在本实施例中，所述界面活性剂为甲基烯丙基磺酸钠。

在本实施例中，所述稳定剂为酒石酸锑钾。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。

步骤1，镀件进行化学镀之前由前处理溶液进行真空处理；

步骤3，对形成镀镍层的镀件进行超纯水处理后放入充满上述所述的无氰化学镀金溶液的镀金液槽内；

步骤4，对该镀件进行镀金处理；

步骤6，对镀金液回收槽内的金回收液进行浓缩，并通过比重探头感应计算金含量，对回收的镀金液浓度进行控制后回收至镀金液槽内循环使用。由于金价成本高，即时完成对镀金回收的处理后再循环使用，大大降低了镀金成本。

在本实施例中，所述步骤4中镀金处理的具体条件为：镀液温度50-70℃，搅拌速率在100-200r/min之间；镀金时间分为两个阶段不同电流密度进行：第一阶段电流密度为10-15A/dm²，第二阶段电流密度为3-5A/dm²。可在步骤4中充入氮气。氮气的加入，保证镀金过程中避免氧气的产生，进一步保证了镀液的稳定性。整个镀金过程中，镀件大部分厚度即约3/4的厚度都是采用大密度完成，剩下1/4即将完成的时候，再降低至低密度；整个流程可以根据镀件的电镀情况来调整电流密度，使得最终得到的镀金层厚度适合，金层没有空洞、夹缝；表面光滑且可焊性好。

4)一般情况下，为了保证镀液的稳定性，是不采用润湿剂的，但是完全不采用润湿剂，电极与镀液界面间的界面张力就比较大，使镀液容易出现空洞，夹缝等缺陷；为了解决这个问题，将界面活性剂与润湿剂在使用时的质量浓度比例为15:1，使得两者在使用时达到兼容的效果，这样既保证了镀液的稳定性，而且使得镀件易于在电极表面铺展以达到均镀目的，进一步达到了晶圆封装微孔的无空洞、无缝隙的填充的效果；

5)镀金工艺中在电镀的同时对无氰金溶液进行回收，避免了以往都是先收集到一定程度后再一起回收而导致无氰金溶液的浪费，本申请是同步进行回收，达到即时循环利用的效果；

4)由于本镀金溶液中加入了特定浓度比的反应加速剂、润湿剂、界面活性剂；使得均镀效果很好，因此镀金工艺在进行镀件时，可以采用高于10ASD的电流密度完成，这样不仅在保证镀层结晶大小一致，电镀稳定有序的前提下，可以更加快速的完成电镀；当电镀至快要结束时，再将电流密度降低，进一步保证了溶液的稳定性和金的浓度，使用电镀效果更加完美；该工艺中两阶段不同电流密度的方式，不仅保证了电镀的均匀性，而且使得电镀时间更短。

5)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。

以下为本发明的几个具体实施例

实施例1

一种无氰化学镀金溶液，每1升所述无氰化学镀金溶液包括以下组成成分：

用硫酸或者氢氧化钾调节pH至7.2；

余量为水。

操作温度：50℃。

采用该组分制备得到的镀金溶液，用该镀金方法对晶圆封装产品进行无氰镀金后，最终得到的金厚为0.3微米；采用本发明的溶液及镀金工艺，整个过程仅需要20分钟完成；而且得到的镀金层镀层结晶大小一致，没有空洞、夹缝；表面光滑。

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：

用硫酸或者氢氧化钾调节pH至8；

余量为水。

操作温度：60℃。

采用该组分制备得到的镀金溶液，用该镀金方法对晶圆封装产品进行无氰镀金后，金厚为0.2微米；采用本发明的溶液及镀金工艺，整个过程仅需要12分钟完成；而且得到的镀金层镀层结晶大小一致，没有空洞、夹缝；表面光滑。

实施例3

用硫酸或者氢氧化钾调节pH至9；

余量为水。

操作温度：80℃。

采用该组分制备得到的镀金溶液，用该镀金方法对晶圆封装产品进行无氰镀金后，金厚为0.05微米；采用本发明的溶液及镀金工艺，整个过程仅需要2分钟完成；而且得到的镀金层镀层结晶大小一致，没有空洞、夹缝；表面光滑。

对比例

用硫酸或者氢氧化钾调节pH至8；

余量为水。

操作温度：60℃。

本组分不存在反应加速剂、导电盐、润湿剂；采用该组分制备得到的镀金溶液，对晶圆封装产品进行无氰镀金后，金厚为0.2微米；采用相同的镀金条件，整个过程虽然需要20分钟完成，虽然速率提到了，但是得到的镀金层镀层结晶不一致，略有空洞、夹缝；若是采用传统的镀金工艺时间和温度，虽然镀件表面结晶大小一致，但是整个过程需要30分钟左右。

上述的三个本案实施例子和对比实施例进行对比可以看出，本发明得到的镀层不仅达到了晶圆封装微孔的无空洞、无缝隙的填充的效果；而且电镀均匀性效果好，电镀效率高。采用本发明无氰镀金溶液及镀金工艺，得到的镀金层如图1所示，该镀金层明显均匀、结晶致密。

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

1.一种应用于晶圆先进封装领域的无氰化学镀金溶液，其特征在于，包括以下质量浓度的组分：

无氰金盐，以Au离子的含量计为6-10g/L

络合剂 10-60g/L

导电盐 10-60g/L

缓冲剂 30-60g/L

防老化剂 5-10g/L

界面活性剂 15-80mg/L

润湿剂 1-5mg/L

反应加速剂 50-80mg/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℃后形成无氰化学镀金溶液;所述界面活性剂与润湿剂在使用时的质量浓度比例为15:1;

络合剂为1,2一乙二胺类化合物；且该络合剂中的导电离子与导电盐中导电离子的浓度总和10-15mol/L;

所述无氰金盐为四氯合金酸或氢氧化金;

所述界面活性剂为甲基烯丙基磺酸钠。

2.根据权利要求1所述的一种应用于晶圆先进封装领域的无氰化学镀金溶液，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所述的一种应用于晶圆先进封装领域的无氰化学镀金溶液，其特征在于，所述稳定剂为酒石酸锑钾。

4.一种应用于晶圆先进封装领域的无氰化学镀金工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，镀件进行化学镀之前由前处理溶液进行真空处理；

步骤3，对形成镀镍层的镀件进行超纯水处理后放入充满权1-3任一项所述的无氰化学镀金溶液的镀金液槽内；

步骤4，对该镀件进行镀金处理；

5.根据权利要求4所述的一种应用于晶圆先进封装领域的无氰化学镀金工艺，其特征在于，所述步骤4中镀金处理的具体条件为：镀液温度50-70℃，搅拌速率在100-200r/min之间；镀金分为两个阶段不同电流密度进行：第一阶段电流密度为10-15A/dm²，第二阶段电流密度为1-1.5A/dm²。

6.根据权利要求5所述的一种应用于晶圆先进封装领域的无氰化学镀金工艺，其特征在于，可在步骤4中充入氮气。