CN101748395B - 晶片还原式无电化学镀金属层方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶片还原式无电化学镀金方法，是将晶片浸入于有机溶剂槽内溶解有机物，而后将晶片浸入于水洗槽内清洗、再将水分去除后，即可对晶片进行等离子体表面处理、去除残留有机物，继而将晶片浸入于预浸润湿槽内增加表面润湿度后，再浸入于化学镀金槽内进行还原反应，并使金沉积于晶片表面上而形成金属层，最后将晶片浸入水洗槽内清洗、再次进行水分去除，便可产生均匀分布、厚度一定且粗糙度较大的金属层，确保金属层品质与优良率，亦可有效增加打线、焊接或覆晶封装时的附着力，也可制作出具特定部位、区域范围与形状的金属层或电极接点，更能节省材料使用及降低制造上的成本。

Description

晶片还原式无电化学镀金属层方法

技术领域

本发明涉及一种晶片还原式无电化学镀金方法，特别涉及一种利用无电解电镀方式在晶片表面进行还原反应从而沉积形成金属层的镀金方法。

背景技术

近年来，由于现今高科技的蓬勃发展，许多科技产品都具有相当卓越的功能，不论是工作上或日常生活中，高科技产品皆能提供使用者在使用产品时快速与便捷，也引领人们享有高科技产品所带来的舒适生活，同时绿色设计所讲究的节能、可再生利用性以及降低对人体与环境造成的伤害与污染，更是当前全球化社会众所瞩目的重要议题。

照明设备里普遍装设有发光二极管(Light Emitted Diode，LED)，其除了具有体积小、寿命长、驱动电压与耗电量低，以及效率较高且价格低廉等多项优点之外，主要用以取代目前所使用的白炽灯泡、卤素灯泡等传统灯泡；此外，近年来已发展出太阳能电池搭配照明设备来持续供应其所需的电源，而其可再生的绿色发电不会产生二氧化碳等有害气体，亦不会造成环境污染。

但就目前太阳能电池、发光二极管的加工而言，其使用晶片的加工主要为金属层蒸镀或溅镀、光罩、蚀刻、热处理、切割、固晶以及粘着、打线、封装等，其中，又以金属层的加工对于晶片的优良率影响最为关键。由于金属层为利用蒸镀或溅镀方式所沉积形成，此种方式除了可将加工过程中所欲沉积的金属材质沉积于欲镀物上以外，还会沉积于蒸镀或溅镀设备的真空腔体内壁上，造成靶材不必要的浪费，以致整体制造上的成本提高，更严重者，也将使真空腔体洁净度大幅降低，进而影响其所沉积形成的金属层的品质与优良率。

因此，上述现有技术采用欲镀物上的金属层由蒸镀或溅镀的方式所沉积形成，导致使用时仍存在有诸多问题与缺失，且尚有待进一步改良的必要，即为本发明人与从事此行业者所亟欲改善的方向所在。

发明内容

发明人有鉴于上述现有技术的不足与缺失，搜集相关资料经由多方评估及考量，以从事于此行业的多年经验，并透过不断的构思、修改，开发、设计出此种晶片还原式无电化学镀金方法。

本发明的主要目的在于提供一种晶片还原式无电化学镀金方法，本文所述“镀金”，不是专指镀金属“金”，也泛指镀所有金属，所述金属例如可包括金、镍、铜、白金、钯、锌、锡、银、铬等。所述方法是由无电解电镀方式在晶片(Chip)表面进行还原反应并使金属沉积于晶片表面上形成金属层的镀金方法，其步骤包括：将晶片浸入有机溶剂槽内溶解有机物，而后将晶片浸入于水洗槽内清洗、再将水分去除后，即可对晶片进行等离子体表面处理、去除残留有机物，继而将晶片浸入预浸润湿槽内增加表面润湿度后，再浸入化学镀金槽内进行还原反应(所用还原反应剂可以是金氰化钾溶液或亚硫酸金钠溶液或三氯化金溶液)，并使金沉积于晶片表面上而形成金属层，最后将晶片浸入水洗槽内清洗、再次将表面水分去除。利用此方法所得到的晶片，其化学镀金可产生均匀分布且厚度一定的金属层，且晶片单面或双面皆可同时进行还原反应沉积，因此，即不会有如现有的蒸镀或溅镀方式使靶材部分沉积于真空腔体内壁上造成不必要的浪费、整体制造成本的提高以及洁净度大幅降低等缺失发生，进而达到确保所沉积形成的金属层品质与优良率。

本发明的次要目的在于晶片镀金进行还原反应沉积时可在晶片表面上预先沉积有金属底材，所述金属底材可为镍、铜、钯、锌、锡、银或铬等，其金属底材可覆盖晶片或图案化，且晶片上形成有图案化的阻隔层及可供金属底材露出的数个开口，使其晶片浸入化学镀金槽内进行还原反应而于数个开口内的金属底材上沉积有金属层后，再移除该阻隔层或保留该阻隔层；或是在晶片镀金进行还原反应沉积时于晶片表面上预先沉积有金属底材，使其金属底材可为晶片覆盖或图案化后，再将晶片浸入化学镀金槽内进行还原反应而于金属底材上沉积有金属层，使得在晶片表面可制作出具特定部位、区域范围与形状的金属层或电极接点，不需全面进行金属层沉积，更能有效节省材料使用及降低制造上的成本。

本发明的另一目的在于晶片镀金进行还原反应沉积时不需翻面再次处理，便可简化加工程序、有效节省制造的工时而降低作业上的不便与困难度，且此方法所得到的金属层表面较现有的蒸镀或溅镀方式所产生的金属层表面粗糙度 更大、金属纯度相对较高，可有效增加打线、焊接或覆晶封装时的附着力，更能够形成稳固的接合状态而具有高度的稳定性与可靠度，进而提升其产品的竞争力。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的步骤流程图；

图2为本发明较佳实施例的结构示意图；

图3为本发明另一较佳实施例的结构示意图。

附图标记说明：1-无电化学镀金设备；11-承载基座；12-储液槽；13-输送装置；14-夹持构件；15-晶片治具；2-晶片。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

图1、图2所示为本发明较佳实施例的步骤流程图及结构示意图，可由图中清楚看出，当利用本发明的晶片还原式无电化学镀金方法，于使用时依照下列的加工步骤进行处理：

(101)有机溶剂浸洗：将晶片浸入于有机溶剂槽内分段加热(指可程式化加热程序，如先加热到某温度稳定一段时间后，再加热到目标温度，时间与温度都可控制)至20～100℃，且保持温度1～120分钟，用以溶解晶片表面有机物；

(102)水清洗：将晶片浸入于水洗槽内清洗、分段加热至20～100℃，保持温度1～120分钟；

(103)水去除：将晶片表面水分利用空气、氮气(N₂)等气体进行吹干、去除；

(104)等离子体表面处理：对晶片表面以氮气(N₂)、氧气(O₂)或氩气(Ar)等气体进行等离子体表面处理，用以去除残留的有机物；

(105)预浸润湿：将晶片浸入于预浸润湿槽内并浸湿、分段加热至20～100℃，pH值3～11，保持温度1～120分钟；

(106)化学镀金：将晶片浸入化学镀金槽内进行还原反应，并使金沉积于晶片表面上而形成金属层，其沉积速率0.1～10μm/hr、金含量1～10g/L，且金沉积时间取决于金属层所欲达到的厚度；

(107)水清洗：将晶片浸入于水洗槽内分段加热至20～100℃，保持温度 1～120分钟；

(108)水去除：将晶片表面水分利用空气、氮气(N₂)等气体进行吹干。

上述的金属层加工步骤中，所述有机溶剂可选自N-甲基吡咯烷酮(N-Methylpyrrolidone，NMP)、二甲基亚砜(Dimethyl Sulfoxide，DMSO)、丙二醇(Propylene Glycol，PG)、单乙醇胺(Monoethanol Amine，MEA)、丁酮(Methyl Ethyl Ketone，MEK)、丙酮(Acetone，ACE)、异丙醇(IsopropylAlcohol，IPA)、二乙二醇单丁醚乙酸酯(Diethylene Glycol Monobutyl EtherAcetate，BDG)之一种或几种混合作为有机溶剂使用，并将晶片浸入有机溶剂槽内，同时分段加热至20～100℃以提升有机溶剂清洁能力，保持温度1～120分钟，且可由超音波进行振荡或是摆动方式予以混合均匀、加速溶解晶片表面的有机物，亦可进一步设置有循环装置，用以提供有机溶剂槽内的有机溶剂浓度保持一定且均匀，则可达到晶片表面有机物良好的清洁效果。本发明中所述分段加热是指可程式化加热程序，如先加热到某温度稳定一段时间后，再加热到目标温度，时间与温度都可控制。

而后，即可将晶片浸入于水洗槽内清洗、加热至20～100℃，使其保持温度1～120分钟后；再利用空气、氮气(N₂)等气体将晶片表面上的水分进行吹干或旋干方式去除；除此之外，亦可以氮气(N₂)、氧气(O₂)或氩气(Ar)等气体来进行等离子体表面处理、去除残留的有机物，而时间为1～120分钟；继而将晶片浸入预浸润湿槽内，同时可分段加热至20～100℃，使其pH值介于3～11之间，且保持温度1～120分钟，并可由摆动或振荡方式加速润湿效果，亦可进一步设置有循环装置，用以提供预浸润湿槽的浓度保持一定且均匀，进而可达到增加晶片表面的润湿度、使其后续化学镀金品质予以大幅提升；再将晶片浸入化学镀金槽内进行还原反应(所用还原反应剂可以是金氰化钾溶液或亚硫酸金钠溶液或三氯化金溶液)，并使金沉积于晶片表面上而形成金属层，同时分段加热至20～80℃以提升金的沉积速率，且可由超音波进行振荡或是摆动方式来加速化学镀金槽内的还原反应剂扩散的速度，也可进一步设置有循环装置，使其还原反应剂浓度保持一定且均匀、pH值介于3～11之间，而其沉积速率为0.1～10um/hr、金含量为1～10g/L之间，且金沉积时间取决于金属层欲达到的均匀分布厚度，又，上述化学镀金槽使用的槽体可为预定材质(如PP，ABS，玻璃，铁氟龙(Teflon)等)所制成，用以防止不当的槽体材质会导致金异常析出其表面，且槽体内的接合处主要为导角设计，或是以一体成型方式所制成，如此可避免缺陷 产生以致金析出于该处；最后将晶片浸入水洗槽内清洗、加热至20～100℃，且保持温度1～120分钟后；再次利用空气、氮气(N₂)等气体将晶片表面的水分进行吹干或旋干方式去除，便完成制作出太阳能电池或发光二极管晶片的金属层。

利用此方法所得到太阳能电池或发光二极管的晶片，其化学镀金可产生均匀分布且厚度一定的金属层，且晶片单面或双面皆可同时进行还原反应沉积，因此，即不会有如现有的蒸镀或溅镀方式使靶材部分沉积于真空腔体内壁上造成不必要的浪费、整体制造成本的提高以及洁净度大幅降低等缺失发生，进而可确保所沉积形成的金属层的品质与优良率；另外其化学镀金时亦不需将晶片翻面再次处理，便可进行双面的还原反应沉积以简化加工程序、有效节省制造工时，则可方便现场人员操作而降低作业上的不便与困难度。

此外，太阳能电池或发光二极管晶片利用此方法所得到的金属层表面，亦较现有的蒸镀或溅镀方式所产生的金属层表面粗糙度更大、金属纯度相对较高，可有效增加金属层打线、焊接或覆晶封装时的附着力，更能够形成稳固的接合状态而具有高度的稳定性与可靠度，进而可达到提升其产品竞争力的效用。

再者，上述本发明晶片还原式无电化学镀金方法所得到的金属层即会附着、包覆于太阳能电池或发光二极管的晶片表面上，此外，若欲限制沉积金属在晶片表面上特定部位、区域时，可在晶片表面上预先沉积有金属底材，其金属底材可覆盖晶片或图案化，且晶片上形成有图案化的阻隔层及可供金属底材露出的数个开口，而阻隔层可使用如二氧化硅(SiO₂)、光阻材料或配向膜(Polyemid，PI)等介电材料所制成，继而使晶片浸入化学镀金槽内进行还原反应而于数个开口内的金属底材上沉积有金属层后，再移除该阻隔层或保留该阻隔层；亦或是在晶片镀金进行还原反应沉积时于晶片表面上预先沉积有金属底材，使其金属底材可覆盖晶片或图案化后，再将晶片浸入化学镀金槽内进行还原反应而于金属底材上沉积有金属层。另外其金属底材也可使用溅镀、蒸镀或是无电解电镀等方式进行金属底材沉积，使得在晶片表面可制作出具有特定部位、区域范围与形状的金属层或电极接点，不需全面进行金属沉积，更能有效节省材料使用及降低制造上的成本。

如上所述，当欲镀物的金属底材沉积的金属层为金时，其中还原式无电化学镀金加工所使用还原反应剂(所用还原反应剂可以是金氰化钾溶液或亚硫酸金钠溶液或三氯化金溶液)内可添加有氰化金、亚硫酸金、三氯化金或其他金属 盐，而阻隔层则于金属沉积后可予以去除或保留；又，金属层可为金、镍、铜、白金、钯、锌、锡、银、铬等金属材质所制成，且在金属底材选择上通常以具有极佳延展性及导电性的金使用最多，但亦可为镍、铜、钯、锌、锡、银或铬等金属材质及其合金所制成。

本发明较佳实施主要是应用无电解电镀方式制作出太阳能电池或是发光二极管晶片、晶片的金属层为例，使其金属层可作为电极接点、凸块或衬垫等，以供作为电、热传导或打线、焊接、覆晶封装等用途，但本发明于实际应用时，则并非是应用在制作太阳能电池或是发光二极管晶片、晶片的金属层为限，亦可应用于其他符合上述功能、使用用途的欲镀物金属层；此外，金属层的加工方法除了可利用浸湿法之外，也可使用喷涂法、刷镀法或滚镀法等，其只需提供晶片表面进行化学镀金的还原反应时沉积形成稳定的金属层即可。

图2、图3所示分别为本发明较佳实施例的结构示意图及另一较佳实施例的结构示意图，由图中所示可清楚看出，本发明的无电化学镀金设备1包括有承载基座11、数个储液槽12、输送装置13及夹持构件14，其中：

该承载基座11由数个支撑框架所构成，且承载基座11上分别设置有数个储液槽12、输送装置13及夹持机构14。

该数个储液槽12位于承载基座11正下方位置处，其储液槽12可为有机溶剂槽、水洗槽、预浸润湿槽、化学镀金槽等形式，且各储液槽12内部所储存的液体可为有机溶剂、水或还原反应剂等。

该输送装置13位于数个储液槽12上方相对位置，其输送装置13可为机械手臂、天车等型式，并以输送装置13所具的升降装置带动其呈一上、下位移以及由位移装置作左、右往复的位移行程。

该夹持构件14连接于输送装置13，并以夹持构件14稳固夹持住晶片治具15，且夹持构件14可为多方位夹爪、组合夹具或液、气压夹具等型式，另其晶片治具15可为水平或垂直摆设型式，并于晶片治具15内定位有至少一片以上的晶片2；再者，晶片治具15可为塑胶、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚氯乙烯(Polyvinyl chloride，PVC)、丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物(Acrylonitrile-butadiene-styrene，ABS)、玻璃、不锈钢或铁氟龙等材质所制成。

当本发明于组装、使用时，先将晶片2置放于晶片治具15内形成稳固的定位，且晶片2与晶片治具15之间定位方式除了可为三点～八点抵持接触定位外，亦可由环形抵持边、限位环槽或是使用预设夹片予以夹持定位等形式，如此便 可将无电化学镀金设备1的夹持构件14稳固夹持住晶片治具15，并利用输送装置13所具的升降装置、位移装置移动或是承载晶片治具15作多方向的往复位移行程，同时可供移动的路径更加稳定，而使晶片治具15即可依序浸入数个储液槽12内，且依照上述晶片还原式无电化学镀金方法的详细加工步骤进行处理，则可透过各储液槽12内部的液体对晶片2进行还原反应以沉积形成金属层，且因金属层可作为电极接点、凸块或衬垫等，借此可方便后续作为电、热传导或打线、焊接、覆晶封装等用途使用。

另外，其无电化学镀金设备1可依照不同的使用需求或是因应加工步骤的限制，而可任意调整排列顺序或以组合不同液体种类、不同数量的储液槽12；此外，输送装置13的升降装置可为交叉式连杆或液、气压缸等可供带动夹持构件14稳固夹持住晶片治具15呈一上升、下降的装置，并且其位移装置亦可为液、气压缸或马达驱动螺杆的结构，使其形成二维前后、左右的往复位移，借此使输送装置13可如机械手臂、天车等形式呈现三维多方向的往复位移行程；且将晶片治具15依序浸入于数个储液槽12内，使晶片2表面进行化学镀金还原反应时形成金属层，又晶片治具15内部定位的晶片2间也可进一步设置有间隔板、外部进一步套接有套桶而具有良好的屏蔽与隔离效果，以此结构设计，便可由套桶屏蔽外部光源照射，防止影响其化学镀金的还原反应、同时可避免储液槽12内部液体扰动而影响沉积速度、以及隔离其他可能沾粘有灰尘或杂质的污染源(如可曝露在外界中的夹持构件14、晶片治具15)。

综上所述，本发明上述的晶片还原式无电化学镀金方法在使用时，确实能达到其功效及目的，故本发明诚为一实用性优异的发明，为符合发明专利的申请要件，现依法提出申请，盼审委早日赐准本案。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化，或等效，但都将落入本发明的保护范围内，凡可达成前述效果的方法、步骤、流程皆应受本发明所涵盖。

Claims (10)

1.一种晶片还原式无电化学镀金属层方法，是以无电解电镀方式在晶片表面进行还原反应从而沉积形成金属层的方法，其特征在于所述金属为金、镍、铜、白金、钯、锌、锡、银或铬，并依照下列加工步骤进行处理：

(A)将晶片浸入于有机溶剂槽内溶解有机物；

(B)将晶片浸入于水洗槽内清洗；

(C)将晶片表面水分去除；

(D)对晶片表面进行等离子体表面处理去除残留的有机物；

(E)将晶片浸入于预浸润湿槽内浸湿；

(F)将晶片浸入于化学镀金属槽内进行还原反应，并使金属沉积于晶片表面上而形成金属层；

(G)将晶片浸入于水洗槽内清洗；

(H)将晶片表面水分去除。

2.根据权利要求1所述的晶片还原式无电化学镀金属层方法，其特征在于所述步骤(A)的有机溶剂选自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亚砜(DMSO)、丙二醇(PG)、单乙醇胺(MEA)、丁酮(MEK)、丙酮(ACE)、异丙醇(IPA)、二乙二醇单丁醚乙酸酯(BDG)之一种或多种混合使用。

3.根据权利要求1所述的晶片还原式无电化学镀金属层方法，其特征在于所述步骤(A)的时间为1～120分钟，同时分段加热至20～100℃，且由超音波进行振荡或摆动方式予以混合均匀、溶解晶片表面的有机物。

4.根据权利要求1所述的晶片还原式无电化学镀金属层方法，其特征在于所述步骤(B)及步骤(G)晶片浸入于水洗槽内清洗的时间为1～120分钟，同时分段加热至20～100℃。

5.根据权利要求1所述的晶片还原式无电化学镀金属层方法，其特征在于所述步骤(C)及步骤(H)为由空气或氮气(N₂)将晶片表面水分以吹干或旋干方式去除。

6.根据权利要求1所述的晶片还原式无电化学镀金属层方法，其特征在于所述步骤(D)为由氮气(N₂)、氧气(O₂)或是氩气(Ar)进行等离子体表面处理、去除残留有机物，时间为1～120分钟。

7.根据权利要求1所述的晶片还原式无电化学镀金属层方法，其特征在于所述步骤(E)的时间为1～120分钟，同时分段加热至20～100℃，使其pH值介于3～11之间，并由摆动的方式混合均匀、增加晶片表面的润湿度。

8.根据权利要求1所述的晶片还原式无电化学镀金属层方法，其特征在于所述步骤(F)的晶片表面上预先沉积有金属底材，其金属底材覆盖晶片或图案化，且晶片上形成有图案化的阻隔层供金属底材露出的数个开口，继而使晶片浸入化学镀金属槽内进行还原反应，在数个开口内的金属底材上沉积金属层后，再移除该阻隔层或保留该阻隔层；化学镀金属槽内所使用的还原反应剂为氰化金、亚硫酸金或三氯化金。

9.根据权利要求1所述的晶片还原式无电化学镀金属层方法，其特征在于所述步骤(F)的晶片表面上预先沉积有金属底材，该金属底材覆盖晶片或图案化后，再将晶片浸入化学镀金属槽内进行还原反应在金属底材上沉积有金属层；化学镀金属槽内所使用的还原反应剂为氰化金、亚硫酸金或三氯化金。

10.根据权利要求1所述的晶片还原式无电化学镀金属层方法，其特征在于所述步骤(F)的沉积速率0.1～10μm/hr、金属含量1～10g/L之间，且金属沉积时间取决于金属层所欲达到的厚度，同时分段加热至20～80℃、pH值介于3～11之间。

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