CN102080223A - 置换无电镀金溶液及使用该溶液形成金镀层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种置换无电镀金溶液以及使用该置换无电镀金溶液形成金镀层的方法。所述置换无电镀金溶液包括有机溶剂和由有机溶剂解离以产生金离子的有机酸类金盐。所述置换无电镀金溶液能够形成具有均匀的厚度的金镀层并能够提高与基体金属的结合强度。此外，可使用各种印刷方法来将所述置换无电镀金溶液形成为金镀层。

Description

置换无电镀金溶液及使用该溶液形成金镀层的方法

本申请要求于2009年12月1日在韩国知识产权局提交的第10-2009-0117640号韩国专利申请的优先权，通过引用将该申请的公开包含于此。

技术领域

本发明涉及一种置换无电镀金溶液及使用该溶液形成金镀层的方法，更具体地讲，涉及一种能够形成具有均匀厚度的金镀层的置换无电镀金溶液以及使用该无电镀金溶液形成金镀层的方法。

背景技术

通常，置换无电镀金溶液已经用于在电子元件中形成薄膜。在安装过程中，通过焊接等将电子元件的经历了置换镀的镀覆部分接合到其它电子元件，最终将该电子元件结合到诸如个人计算机、移动电话等的电子设备。

近来，随着电子设备变得更小和更轻，置换镀金的焊接特性变得更加重要。为了满足电子设备更小和更轻的要求，焊接部分自身变得更小，随着电子设备变得更加便携，增加了这些小部分被暴露到机械冲击、压缩或变形压力的机会。为了防止电子电路被断开，需要比现有技术的焊接强度更强的焊接强度。

置换镀金主要用于防止基体金属(例如，铜、镍、钴、钯等)被腐蚀以及在焊料熔化时确保湿度。然而，如果未适当地执行置换镀金，焊接强度降低。换句话说，当未适当地执行置换镀金时，基体金属发生氧化，并且当通过焊接来接合镀金表面时，在基体金属和焊料之间的粘结层不具有足够的强度。

在焊料熔化时，形成在基体金属上的金薄膜扩散到焊料的内部中，界面合金层与将被镀覆的金属一起被焊接。

置换镀金是一种镀金方法，该镀金方法利用在镀液中金与基体金属之间的电离漂移(ionization drift)的差异，使最难离子化的金属金离子化并将其溶解(melt)在镀液中。当将安装有基体金属的基底作为将被镀覆的基底浸入镀液中时，具有大的电离漂移的基体金属被离子化而溶解在镀液中，并且镀液中的金离子作为金属沉淀到基体金属上，从而形成金镀层。上述的置换镀金方法不需要还原剂。

同时，需要还原剂的无电镀被称为还原镀，还原镀用于需要厚度比置换镀金的厚度更厚的情况。

第2001-144441号日本专利特许公布披露了一种无电镀溶液，该无电镀溶液包括：络合剂，没有溶解基体金属；金沉淀防止试剂，抑制在镀液中对作为不可缺少的成分的基体金属的过度刻蚀。

然而，尽管所述日本专利特许公布的目的在于抑制对基体金属的过度蚀刻，但是其未考虑基体金属的抗氧化。此外，当使用不溶解基体金属的络合剂时，由置换反应洗脱(elute)的基体金属不能稳定地溶解，基体金属能够容易地与金一起反复沉淀，随着获得的镀金发展为棕色色调，不能获得金的原色调。

发明内容

本发明的一方面提供一种置换无电镀金溶液和使用该置换无电镀金溶液形成金镀层的方法，所述置换无电镀金溶液能够控制置换反应速度和基体金属的腐蚀速度，并能够给予金镀层均匀的厚度和优良的结合强度。

根据本发明的一方面提供了一种置换无电镀金溶液，所述置换无电镀金溶液包括：有机溶剂；有机酸类金盐，由有机溶剂解离以产生金离子。

有机酸类金盐可以是从由卤化物类金盐、乙酰丙酮类金盐和醋酸盐类金盐组成的组中选择的至少一种。

有机溶剂可以是从由醇、二元醇和醚组成的组中选择至少一种。

有机溶剂可以是从由甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、戊醇、己醇、1，2亚乙基二醇、丙二醇、二甘二醇、三甘二醇、聚丙二醇、乙醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇双乙酸盐和二乙二醇甲醚组成的组中选择至少一种。

根据本发明的另一方面提供了一种形成金镀层的方法，所述方法包括：准备基底，金属焊盘形成在基底上；将包括有机溶剂和由有机溶剂解离以产生金离子的有机酸类金盐的置换无电镀金溶液涂覆在金属焊盘上；根据金属与金离子之间的置换来形成金镀层。

可通过印刷方法来执行置换无电镀金溶液的涂覆。

金属焊盘可以由铜、镍、钴或钯制成。

有机酸类金盐可以是从由卤化物类金盐、乙酰丙酮类金盐和醋酸盐类金盐组成的组中选择的至少一种。

有机溶剂可以是从由醇、二元醇和醚组成的组中选择至少一种。

有机溶剂可以是从由甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、戊醇、己醇、1，2亚乙基二醇、丙二醇、二甘二醇、三甘二醇、聚丙二醇、乙醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇双乙酸盐和二乙二醇甲醚组成的组中选择至少一种。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本发明的上述和其它方面、特点和其它优点将被更加清楚地理解，附图中：

图1是示出根据本发明示例性实施例的基底上形成有金镀层的一部分的示意平面图；

图2是示出沿图1的I-I′线选取的基底的示意剖面图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的方式来实施，并且不应解释为限制于这里所阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完全的，并且会将本发明的范围充分表达给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，可夸大器件的形状和尺寸。在附图中相同的标号表示相同的器件。

本发明涉及一种置换无电镀金溶液。根据本发明的示例性实施例的置换无电镀金溶液包括：有机溶剂；有机酸类金盐，由有机溶剂解离并产生金离子。

与根据现有技术的无电镀金溶液相比，根据本发明示例性实施例的置换无电镀金溶液使用有机溶剂而非水溶剂。

通常，当用水溶解的金盐与诸如铜、镍、钴、钯等基体金属反应时，金与基体金属激烈反应，从而在短时间段内形成金镀层。然而，在短时间段内形成的金镀层不具有均匀的厚度，并且其与基体金属的结合强度变弱。

根据本发明的示例性实施例，置换无电镀金溶液控制金与基体金属之间的置换反应的速度，并因有机溶剂的使用而防止基体金属被腐蚀。因此，能够形成具有均匀厚度的金镀层，并且能够提高与基体金属的结合强度。此外，根据本发明的示例性实施例，置换无电镀金溶液不包括水，从而能够通过各种印刷方法形成金镀层。

现在将更加详细地描述根据本发明示例性实施例的置换无电镀金溶液的每种成分。

根据本发明的示例性实施例，置换无电镀金溶液包括有机酸类金盐。本发明的示例性实施例使用包括有机酸盐的金盐作为有机酸类金盐，但是不限于此。例如，本发明的示例性实施例使用卤化物类金盐、乙酰丙酮类金盐、醋酸盐类金盐或它们中的一种或多种的混合。

有机酸类金盐的浓度可以是，例如，0.001M至1.0M，但不限于此。

当该浓度低于0.001M时，形成的镀金膜的厚度太薄而不能防止基体金属被氧化，当该浓度超过1.0M时，难以形成具有均匀厚度的镀金膜并且在镀膜和基体金属之间的结合强度下降。

在现有技术中，使用水溶剂，从而使用氰化物类金盐或硫酸盐类金盐的含水金盐。然而，在本发明的示例性实施例中，使用有机溶剂从而可使用各种有机酸类金盐。

根据本发明示例性实施例的置换无电镀金溶液使用有机溶剂作为解离有机酸类金盐的溶剂。尽管水可能是自然加入的，但是其主要溶剂是有机溶剂。

使用有机溶剂，从而能够控制金离子和基体金属之间的置换反应速度和基体金属的腐蚀速度。此外，可容易地控制根据本发明示例性实施例的置换无电镀金溶液的粘度和表面张力。

能够用于本发明的有机溶剂不限于上述成分，因此，也可使用醇、二元醇、醚等或它们的一种或多种的混合。

对于醇，可以是，例如，甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、戊醇、己醇等。

对于二元醇，可以是，例如，1，2亚乙基二醇、丙二醇、二甘二醇、三甘二醇或聚丙二醇。

对于醚，可以是，例如，乙醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇双乙酸盐(dipropylene glycol diacetate)或二乙二醇甲醚。

置换无电镀金是一种镀金方法，该镀金方法利用金与基体金属之间的电离漂移的差异，使最难离子化的金属金离子化并将其溶解在镀液中。当将形成有基体金属的基底浸入镀液中时，具有大的电离漂移的基体金属被离子化而溶解在镀液中，并且镀液中的金离子作为金属沉淀到基体金属上，从而形成金镀层。

这时，通常，金和基体金属之间的置换反应在水中激烈地执行。因此，在短时间段内形成金镀层，并且金镀层具有不均匀的厚度和低的与基体金属的结合强度。

现有技术包括稳定金离子的络合剂，以控制置换反应速度并且不溶解基体金属，从而控制置换反应速度。

相反地，根据本发明示例性实施例的置换无电镀金溶液包括有机溶剂，从而能够降低金和基体金属之间的置换反应速度。根据本发明的示例性实施例，置换无电镀金溶液通过仅使用有机溶剂而不使用任何单独的添加剂，能够控制反应。

因此，能够形成具有均匀厚度的金镀层，并能够形成与基体金属具有改善了的结合强度的金镀层。

除了上述成分之外，根据本发明示例性实施例的置换无电镀金溶液根据需要可包括用于控制pH或粘度等的添加剂。对于添加剂，可以是，例如，脂肪胺、铵盐或乙酰丙酮等。

根据本发明的另一方面提供了一种使用置换无电镀金溶液来形成金镀层的方法。

根据本发明示例性实施例的置换无电镀金溶液包括有机酸类金盐和有机溶剂，但基本上不包括水。因此，可使用印刷方法来形成金镀层。

现在将参照附图来描述根据本发明示例性实施例的用于形成金镀层的方法。可以以许多不同的形式来修改本发明的示例性实施例，并且本发明的范围不应当限于这里所阐述的实施例。此外，提供本发明的示例性实施例，使得本发明所属领域的技术人员能够充分地理解本发明。在附图中，为了方便起见，可夸大器件的形状和尺寸。在整个说明书中，同样的标号始终代表同样的元件。

图1是示出根据本发明示例性实施例的基底上形成有金镀层的一部分的示意平面图，图2是示出沿图1的I-I′线选取的基底的示意剖面图。

参照图1和图2，金属焊盘20排列在待镀的基底10上，形成有为了暴露金属焊盘20的开口部分的保护层11形成在基底上。

对于用于形成金属焊盘20的金属来说，没有特殊限制，可使用具有比金的电离漂移更大的电离漂移的任何金属。例如，可使用铜、镍、钴或钯。

可根据金属焊盘20的种类形成能够容易地用金离子置换的镍镀层21。

根据本发明的示例性实施例，将置换无电镀金溶液30涂覆在通过开口部分暴露的金属焊盘20或镍镀层21上。举例来说，本发明的示例性实施例可通过印刷方法来涂覆镀液，但不限于此。因此，可使用喷墨印刷方法、丝网印刷法、柔性版印刷法、凹版印刷法、胶版印刷方法等。

如上所述，根据本发明的置换无电镀金溶液包括有机溶剂和由有机溶剂解离以产生金离子的有机酸类金盐。

置换无电镀金溶液包括有机溶剂，从而可容易地控制该置换无电镀金溶液的粘度和表面张力。

根据使用的印刷方法可控制置换无电镀金溶液的粘度。

当将置换无电镀金溶液涂覆在金属焊盘20或镍镀层21上时，可执行金属或镍与金离子之间的置换反应。

具有比金的电离漂移更大的电离漂移的金属或镍被离子化以溶解在镀液中，并且镀液中的金离子被沉淀到金属焊盘上，从而形成金镀层。

通常，通过将包括含水金盐的镀液填充在镀槽中并将待镀基底浸入镀液中来执行无电镀。当镀槽被污染时，该工艺会导致金镀层的高的缺陷率，从而需要密切监测镀槽。

此外，金镀层会形成在不期望的区域，从而镀液的损失率高。

此外，利用使用包括金属纳米颗粒或有机金属络合物的墨的方法来形成金属薄膜。涂覆金属墨，然后将金属墨烧结在期望的区域，从而形成金属膜。

然而，该方法具有比基底的分解温度基本上高的烧结温度，使得基底会在烧结过程中损坏。此外，在烧结过程中减少墨的体积，使得金属薄膜会产生厚度差异。此外，会将墨涂覆在不期望的区域上。

相反，根据本发明的示例性实施例，可减缓金和形成金属焊盘的金属之间的置换反应速度。因此，可形成具有均匀的厚度的金镀层，并且可形成与金属焊盘具有优良的结合强度的金镀层。

此外，使用印刷方法可将金镀液仅涂覆在期望的区域上，从而能够减小金镀液的损失。

此外，根据本发明的示例性实施例，尽管将金镀液印刷在基底上而不是金属焊盘上，但是基底没有执行与金离子的置换反应，从而没有形成金镀层。换句话说，尽管将金镀液涂覆在非目标区域，但是可通过使用水或溶剂的清洗来容易地去除在非目标区域的金镀液。

此外，根据本发明的示例性实施例，不需要高温热处理来形成金镀层，从而不损坏基底。

如上所述，根据本发明的示例性实施例，利用有机溶剂，置换无电镀金溶液能够控制金和基体金属之间的置换反应速度，并且能够防止基体金属被腐蚀。因此，能够形成具有均匀的厚度的金镀层，并且能够提高与基体金属的结合强度。此外，置换无电镀金溶液不包括水，从而能够使用各种印刷方法来形成金镀层。

此外，当使用印刷方法形成金镀层时，可将金镀液仅涂覆在期望的区域上，从而能够减少金镀液的损失。

尽管已经接合示例性实施例示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应该明白，在不脱离由权利要求所限定本发明的精神和范围的情况下，可做出修改和改变。

Claims (10)

1.一种置换无电镀金溶液，包括：

有机溶剂；

有机酸类金盐，由有机溶剂解离以产生金离子。

2.如权利要求1所述的置换无电镀金溶液，其中，有机酸类金盐是从由卤化物类金盐、乙酰丙酮类金盐和醋酸盐类金盐组成的组中选择的至少一种。

3.如权利要求1所述的置换无电镀金溶液，其中，有机溶剂是从由醇、二元醇和醚组成的组中选择至少一种。

4.如权利要求1所述的置换无电镀金溶液，其中，有机溶剂是从由甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、戊醇、己醇、1，2亚乙基二醇、丙二醇、二甘二醇、三甘二醇、聚丙二醇、乙醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇双乙酸盐和二乙二醇甲醚组成的组中选择至少一种。

5.一种形成金镀层的方法，所述方法包括：

准备基底，金属焊盘形成在基底上；

将包括有机溶剂和由有机溶剂解离以产生金离子的有机酸类金盐的置换无电镀金溶液涂覆在金属焊盘上；

根据金属与金离子之间的置换来形成金镀层。

6.如权利要求5所述的形成金镀层的方法，其中，通过印刷方法来执行置换无电镀金溶液的涂覆。

7.如权利要求5所述的形成金镀层的方法，其中，金属焊盘由铜、镍、钴或钯制成。

8.如权利要求5所述的形成金镀层的方法，其中，有机酸类金盐是从由卤化物类金盐、乙酰丙酮类金盐和醋酸盐类金盐组成的组中选择的至少一种。

9.如权利要求5所述的形成金镀层的方法，其中，有机溶剂是从由醇、二元醇和醚组成的组中选择至少一种。

10.如权利要求5所述的形成金镀层的方法，其中，有机溶剂是从由甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、戊醇、己醇、1，2亚乙基二醇、丙二醇、二甘二醇、三甘二醇、聚丙二醇、乙醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇双乙酸盐和二乙二醇甲醚组成的组中选择至少一种。

Images