CN102936726A - 环氧树脂封装电子元件表面的多层金属化处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环氧树脂封装电子元件表面的多层金属化处理方法。该方法首先在环氧树脂封装电子元件表面形成化学镀镍底镀层，然后在其上形成镍和金复合镀层或铜、镍和金复合镀层，具体的连续操作步骤如下：引脚保护、除油、第一次清洗、粗化、第二次清洗、超声清洗、第三次清洗、浸酸、预敏、活化、流水清洗、解胶、第四次清洗、化学镀镍、第五次清洗、电镀铜、第六次清洗、电镀镍、第七次清洗、烘干和镀金；本发明改进了粗化液、预敏液、活化液、化学镀镍液、电镀铜液和相关工艺条件。本发明获得的多层金属镀层不仅实现了刻蚀电路时无脱落，导电良好，而且可以直接作为电子元件的导电端子实现电路设计。

Description

环氧树脂封装电子元件表面的多层金属化处理方法

技术领域

本发明属于表面处理技术领域，具体涉及环氧树脂封装电子元件表面的多层金属化处理方法。

背景技术

电子封装是保护电路芯片免受周围环境的影响（包括物理、化学的影响）。国内外一直专注于对性能高、可靠性强、体积小的电子封装存储器技术的研究，目前多芯片封装协同设计已成为发展潮流，采用两芯片重叠或多芯片叠装构成存储器模块等方式以满足系统功能的需要，封装正进入从平面封装到三维封装的发展阶段；但在电子封装的材料和工艺方面，还存在很多挑战。多芯片组件（MCM）封装中，有相当一部分使用了环氧树脂类封装材料，因为环氧树脂具有优良的物理机械性能、热稳定性、电性能和耐化学腐蚀性。为了实现电子屏蔽、芯片保护以及电路刻蚀等需要，对环氧树脂封装的电子元件进行表面金属化的需求显得越来越迫切。

目前，非金属封装的电子元件金属化有采用真空蒸发镀膜、溅射镀膜、离子镀膜、物理气相沉积、化学气相沉积等方法的；也有用喷涂的方法在材料表面形成一层导电涂层；化学镀方法在非导电性封装材料表面制备电磁屏蔽用薄膜也获得了尝试。但是用蒸镀、溅射等方法存在镀层结合不好，实施过程中局部温度过高，对芯片不利的问题；喷涂时存在面积不易控制等问题；而化学镀在非金属金属化方面具有很多优点，例如：不受器件封装外形和尺寸限制，成膜厚薄均匀且可根据需要调节厚度，镀层与基体间结合力强、屏蔽效率高，成本低廉、工艺兼容性好等。解剖从国外购买的样品看到在封装的电子元件表面有镍金镀层，但是关于环氧树脂封装的电子元件的表面金属化工艺与技术国内暂未见成熟技术报道；而且作为封装的电子元件需要镀覆的表面同时存在电路板材料、合金引脚、填料等，所以同时镀覆的难度相对较大。同时为了实现存储芯片封装后的功能化，金属化不仅仅是镀上金属镀层，还必须考虑镀层与环氧树脂基体的牢固结合、多层之间的结合、多层设计与实现以及外观要求等。

发明内容

为了解决环氧树脂封装的电子元件的表面金属化没有成熟的工艺问题，也为了节约镍、金贵金属资源，同时提高镀层刻蚀后作为触点的导电性，本发明设计在元件表面形成镍、铜、镍和金多层金属镀层，并通过调整粗化、活化、电镀铜等工序的工艺参数，提供一种环氧树脂封装电子元件表面的多层金属化处理方法，具体操作步骤如下：

首先在环氧树脂封装电子元件表面形成化学镀镍底镀层，然后在其上形成铜、镍和金复合镀层，具体的连续操作步骤如下：引脚保护、除油、第一次热水洗、第一次冷水洗、第一次蒸馏水洗、粗化、第二次热水洗、第二次冷水洗、第二次蒸馏水洗、第三次热水洗、第三次冷水洗、超声清洗、第三次蒸馏水洗、浸酸、预敏、活化、流水清洗、解胶、第四次冷水洗、第四次蒸馏水洗、化学镀镍、第五次蒸馏水洗、第六次蒸馏水洗、电镀镍、第七次蒸馏水洗、烘干和镀金，改进在于：

在化学镀镍工序和电镀镍工序之间增设电镀铜工序，所述电镀铜工序是将第五次蒸馏水洗后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在电镀铜液中，阳极为磷铜板；室温条件下，电流密度2～8A/dm²，电镀时间2～5min；电镀铜液由200～240g/L五水硫酸铜、60～70g/L的质量分数≥ 98%的浓硫酸、45～55mg/L的质量分数为36～38%的盐酸、复合镀铜添加剂和去离子水混合均匀制得；所述复合镀铜添加剂由0.03～0.05g/L的分子量为6000的聚乙二醇、0.0003～0.0008g/L的2-硫基苯并咪唑、0.005～0.01g/L聚二甲基酰胺基磺酸钠、0.01～0.015g/L聚二硫二丙烷磺酸钠、0.01～0.02g/L十二烷基硫酸钠和去离子水混合均匀制得；

所述粗化，将第一次蒸馏水洗后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在粗化液中，温度60～70℃条件下浸泡5～15min；所述粗化液由200～250g/L铬酐、200～250g/L的质量分数≥ 98%的浓硫酸、5～10ml/L的质量分数≥ 40%的氢氟酸和去离子水混合均匀制得；

所述预敏，将浸酸处理后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在预敏液中，室温条件下浸泡5～12min；所述预敏液由30～50ml/L的质量分数为36～38%的盐酸、5～15g/L氯化亚锡、3～5g/L锡粒和去离子水混合均匀制得；

所述活化，将预敏处理后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在活化液中，温度25～30℃条件下浸泡3～10min；所述活化液为胶态钯：由10～12ml/L的质量分数为36～38%的盐酸、0.25～0.3g/L氯化钯、3.0～3.2g/L氯化亚锡、45～50g/L尿素、240～260g/L氯化钠、0.45～0.55g/L锡酸钠和去离子水混合均匀制得；

所述解胶，将流水清洗后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在解胶液中，温度30～45℃条件下浸泡1～3min；所述解胶液为80～100ml/L的质量分数为36～38%的盐酸；

所述化学镀镍，将第四次蒸馏水洗后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在化学镀镍液中，温度45～50℃条件下浸泡10～15min；所述化学镀镍液由10～20g/L硫酸镍、20～30g/L氯化铵、20～30g/L柠檬酸三钠、10～20g/L次亚磷酸钠和去离子水混合均匀制得，用氨水调节pH值为8～9。

本发明改进工序的作用机理说明如下：

为了防护、装饰和功能的需要采用多层电镀，镀铜层用于多层镀层的底层，镀镍是在加厚的铜层上进行的，经过镀镍后再镀金，最终在环氧树脂电子元件表面实现多层金属化。在化学镀镍工序和电镀镍工序之间增设电镀铜工序的作用主要是为了提高镀层在刻蚀后成为电子端口的触点的导电性能，并且相对于国外的镍金镀层，在相同厚度下节约了贵金属镍，降低了成本。电镀铜的工艺和配方是在现有技术的基础上针对环氧树脂作了微调，保证镀层之间的过渡与结合。 电镀铜工艺采用了复合镀铜添加剂，保证镀铜层致密光滑，与化学镀镍层结合牢固。

除上述改进外，同时对以下工序的工艺条件进行了适当的调整，具体说明如下：

粗化处理：环氧树脂封装的电子元件需要镀覆的表面同时存在电路板材料、合金引脚、二氧化硅类填料等，表面不是单一的材料，所以同时镀覆的难度相对较大，本发明使用的粗化处理溶液中除了含有硫酸和铬酐外，还添加了少量的氢氟酸，有助于表面均匀粗化，形成微观粗糙的表面，保证后续对胶体钯的吸附能力。粗化后进行超声波清洗，清除试件表面所附着细微腐蚀颗粒，有利于后道工序进行；

活化处理：本发明采用的胶态钯是一种高浓度酸性活化液，它的活化性能稳定、寿命长久。活化清洗后试件表面的胶体是以钯为核心、外围为二价锡的粒子团。活化后进行解胶，释放出具有催化活性的钯粒子；

化学镀镍：由于电子封装对温度比较敏感，高温不利于电子封装元件的稳定，所以本发明采用的是低温化学镀镍工艺与配方。

本发明与现有技术相比的有益技术效果是：

国内暂未见成熟技术报道，有用溅射方法得到镍底层，但实践证明结合不好，而且局部温度高，对芯片不利；目前国内已公开的专利（公开号为CN 101967629A）也提到用化学镀镍的方法在环氧树脂复合材料表面进行金属化；通过对比已有的公开报道，本发明与之存在明显不同，主要体现在如下方面：

（1）在化学镀镍工序和电镀镍工序之间增设电镀铜工序，有利于提高刻蚀电路触点的导电性能；再电镀镍、金获得耐蚀性保护层，进一步保护封装的电子元件，同时也获得了精致、高品质的外观；而且电镀铜工艺采用了复合镀铜添加剂，保证镀铜层致密光滑，与化学镀镍层结合牢固；

（2）化学镀镍采用低温镀液，有利于对电子元件的保护；

（3）本发明紧跟当前国内外表面技术发展前沿，采用胶态钯活化，溶液稳定，操作简单；（4）本发明在实际操作时可以对引线进行保护，实现局部镀，镀层厚度可调，镀层与基底结合牢固；镀层平均厚度8～15um可调；常温下镀层用刀片划刻尺寸为2 mm×2 mm“#”字，未见起皮、脱落；100℃烘箱保持15 min，不起皮、不起泡；经砂纸打磨观察镀层截面，发现镀层与基底结合牢固；

（5）本发明获得的多层金属镀层不仅实现了刻蚀电路时无脱落，导电良好，而且可以直接作为电子元件的导电端子实现电路设计。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地说明。

实施例1  

环氧树脂封装电子元件表面的多层金属化处理方法包括以下操作步骤：引脚保护、除油、第一次热水洗、第一次冷水洗、第一次蒸馏水洗、粗化、第二次热水洗、第二次冷水洗、第二次蒸馏水洗、第三次热水洗、第三次冷水洗、超声清洗、第三次蒸馏水洗、浸酸、预敏、活化、流水清洗、解胶、第四次冷水洗、第四次蒸馏水洗、化学镀镍、第五次蒸馏水洗、电镀铜、第六次蒸馏水洗、电镀镍、第七次蒸馏水洗、烘干和镀金。其中：

1、引脚保护和除油，将环氧树脂封装电子元件表面用细砂纸稍微打毛，然后保护引脚，绑扎悬挂放入除油液中，温度50℃，时间15min；除油液由20g/L氢氧化钠、40g/L磷酸三钠、20g/L碳酸钠、5ml/L OP-10乳化剂和去离子水组成；

2、将第一次蒸馏水洗后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在粗化液中，温度60℃，时间15min。粗化液由200g/L铬酐、200g/L的质量分数≥ 98%的浓硫酸、5ml/L的质量分数≥ 40%的氢氟酸组成。化学粗化后超声波彻底清洗表面的腐蚀产物；

3、将浸酸处理后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在预敏液中，室温条件下浸泡12min；预敏液由30ml/L的质量分数为36～38%的盐酸、5g/L氯化亚锡、3g/L锡粒组成； 

4、将预敏处理后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在活化液中，温度25℃，时间3min。活化后清洗需要不断地来回移动元件，保证清洗干净又不要破坏表面吸附的凝胶状物质。活化液为胶态钯：由10 ml/L的质量分数为36～38%的盐酸、0.25g/L氯化钯、3.0g/L氯化亚锡、45 g/L尿素、240g/L氯化钠、0.45g/L锡酸钠和去离子水配制；

5、将流水清洗后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在解胶液中，温度30℃，时间3min；解胶液为80ml/L的质量分数为36～38%的盐酸；

6、将第四次蒸馏水洗后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在化学镀镍液中，温度45℃，时间10min；化学镀镍液组成为10g/L硫酸镍、20g/L氯化铵、20g/L柠檬酸三钠、10g/L次亚磷酸钠；用氨水调节PH值为8.5；

7、将化学镀镍清洗后的环氧树脂封装的电子元件装夹在电镀铜液中，室温，电流密度2A/dm²，时间5min，阳极为磷铜板。电镀铜液由200g/L五水硫酸铜、60g/L的质量分数≥ 98%的浓硫酸、45mg/L的质量分数为36～38%的盐酸、复合镀铜添加剂和去离子水制得；复合镀铜添加剂为0.03g/L的分子量为6000的聚乙二醇、0.0003g/L 的2-硫基苯并咪唑、0.005g/L聚二甲基酰胺基磺酸钠、0.01g/L聚二硫二丙烷磺酸钠，0.01g/L十二烷基硫酸钠和和去离子水制得；

8、将电镀铜后清洗干净的环氧树脂封装的电子元件装夹在电镀镍液中，电流密度3/dm²，温度55℃，时间2min，阳极为纯镍板；电镀镍液由280g/L硫酸镍、35g/L氯化镍、40g/L硼酸、0.8g/L糖精、0.5g/L 的1，4丁炔二醇、0.03g/L十二烷基硫酸钠和去离子水混合制得； 

9、将电镀镍后清洗干净的环氧树脂封装的电子元件按电子元件通用工艺电镀金。

元件表面得到镍、铜、镍和金复合镀层，镀层总厚度7~9um。

实施例2  

环氧树脂封装电子元件表面的多层金属化处理方法包括以下操作步骤同实施例1；

1、引脚保护和除油，将环氧树脂封装电子元件表面用细砂纸稍微打毛，然后保护引脚，绑扎悬挂放入除油液中，温度55℃，时间12min；除油液由25g/L氢氧化钠、50g/L磷酸三钠、30g/L碳酸钠、8ml/L OP-10乳化剂和去离子水组成。；

2、将第一次蒸馏水洗后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在粗化液中，温度65℃，时间10min；粗化液由230g/L铬酐、230g/L的质量分数≥ 98%的浓硫酸、8ml/L的质量分数≥ 40%的氢氟酸组成；化学粗化后超声波彻底清洗表面的腐蚀产物；

3、将浸酸处理后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在预敏液中，室温条件下浸泡8min；预敏液配方由40ml/L的质量分数为36～38%的盐酸、10g/L氯化亚锡、4g/L锡粒组成；

4、将预敏处理后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在活化液中，温度25℃，时间8min。活化后清洗需要不断地来回移动元件，保证清洗干净又不要破坏表面吸附的凝胶状物质。活化液为胶态钯：由11ml/L的质量分数为36～38%的盐酸、0.28g/L氯化钯、3.0g/L氯化亚锡、50g/L尿素、250g/L氯化钠、0.5g/L锡酸钠和去离子水配制；

5、将流水清洗后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在解胶液中，温度40℃，时间2min；解胶液为90ml//L的质量分数为36～38%的盐酸； 

6、解胶清洗后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在化学镀镍液中，温度50℃，时间12min；化学镀镍液组由15g/L硫酸镍、25g/L氯化铵、25g/ L柠檬酸三钠、15g/L次亚磷酸钠和去离子水混合均匀制得，用氨水调节PH值为8.5；

7、将化学镀镍清洗后的环氧树脂封装的电子元件装夹在电镀铜液中，室温，电流密度5A/dm²，时间4min，阳极为磷铜板。电镀铜液由220g/L五水硫酸铜、65g/L的质量分数≥ 98%的浓硫酸50mg/L的质量分数为36～38%的盐酸、复合镀铜添加剂和去离子水制得；复合镀铜添加剂为0.04g/L的分子量为6000的聚乙二醇、0.0005g/L 的2-硫基苯并咪唑、0.005g/L聚二甲基酰胺基磺酸钠、0.01g/L聚二硫二丙烷磺酸钠，0.015g/L十二烷基硫酸钠和去离子水制得；

8、将电镀铜后清洗干净的环氧树脂封装的电子元件装夹在电镀镍液中，电流密度为3.5/dm²，温度60℃，时间3min，阳极为纯镍板；电镀镍液由280g/L硫酸镍、40g/L氯化镍、45g/L硼酸、0.8g/L糖精、0.55g/L 的1，4丁炔二醇、0.03g/L十二烷基硫酸钠和去离子水混合制得； 

9、将电镀镍后清洗干净的环氧树脂封装的电子元件按电子元件通用工艺电镀金。

元件表面得到镍、铜、镍和金复合镀层，镀层总厚度9~11um，其中化学镀镍层厚为1.5~2um，电镀铜层厚为2.5~3um，电镀镍层厚为3~3.5um，镀金层厚为2~2.5um；在后续的电路刻蚀中发现镀层的结合牢固，导电良好。

实施例3 

环氧树脂封装电子元件表面的多层金属化处理方法包括以下操作步骤同实施例1；

1、  引脚保护和除油，将环氧树脂封装电子元件表面用细砂纸稍微打毛，然后保护引脚，绑扎悬挂放入除油液中，温度60℃，时间10min。除油液由30g/L氢氧化钠、60g/L磷酸三钠、40g/L碳酸钠、10ml/L OP-10乳化剂和去离子组成；

2、  将第一次蒸馏水洗后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在粗化液中，温度70℃，时间5min。粗化液由250g/L铬酐、250g/L的质量分数≥ 98%的浓硫酸、10ml/L的质量分数≥ 40%的氢氟酸组成；化学粗化后超声波彻底清洗表面的腐蚀产物；

3、将浸酸处理后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在预敏液中，室温条件下浸泡5min；预敏液由50ml/L的质量分数为36～38%的盐酸、15g/L氯化亚锡、5g/L锡粒组成；

4、将预敏处理后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在活化液中，温度30℃，时间3min。活化后清洗需要不断地来回移动元件，保证清洗干净又不要破坏表面吸附的凝胶状物质。活化液为胶态钯：由12ml/L的质量分数为36～38%的盐酸、0.3g/L氯化钯、3.2g/L氯化亚锡、50g/L尿素、260g/L氯化钠、0.55g/L锡酸钠和去离子水制得；

5、将流水清洗后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在解胶液中，温度45℃，时间1min；解胶液为100ml//L的质量分数为36～38%的盐酸； 

6、解胶清洗后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在化学镀镍液中，温度50℃，时间15min；化学镀镍液由20g/L硫酸镍、30g/L氯化铵、30g/ L柠檬酸三钠、20g/L次亚磷酸钠和去离子水混合均匀制得，用氨水调节PH值为8.5；

7、将化学镀镍清洗后的环氧树脂封装的电子元件装夹在电镀铜液中，室温，电流密度8A/dm²，时间2min；阳极使用磷铜板。电镀铜液由240g/L五水硫酸铜、70g/L的质量分数≥ 98%的浓硫酸、55mg/L的质量分数为36～38%的盐酸，复合镀铜添加剂和去离子水制得；复合镀铜添加剂为0.05g/L的分子量为6000的聚乙二醇、0.0008g/L的2-硫基苯并咪唑、0.01g/L聚二甲基酰胺基磺酸钠、0.015g/L聚二硫二丙烷磺酸钠、0.02g/L十二烷基硫酸钠和去离子水制得；

8、将电镀铜后清洗干净的环氧树脂封装的电子元件装夹在电镀镍液中，电流密度为4/dm²，温度55℃，时间5min，阳极为纯镍板；电镀镍液由300g/L硫酸镍、40g/L氯化镍、50g/L硼酸，1g/L糖精、0.6g/L 的1，4丁炔二醇、0.05g/L十二烷基硫酸钠和去离子水混合制得；

9、将电镀镍后清洗干净的环氧树脂封装的电子元件按电子元件通用工艺电镀金。

元件表面得到镍、铜、镍和金复合金属化镀层，镀层总厚度12~15um。

Claims (1)

1.环氧树脂封装电子元件表面的多层金属化处理方法，首先在环氧树脂封装电子元件表面形成化学镀镍底镀层，然后在其上形成铜、镍和金复合镀层，具体的连续操作步骤如下：引脚保护、除油、第一次热水洗、第一次冷水洗、第一次蒸馏水洗、粗化、第二次热水洗、第二次冷水洗、第二次蒸馏水洗、第三次热水洗、第三次冷水洗、超声清洗、第三次蒸馏水洗、浸酸、预敏、活化、流水清洗、解胶、第四次冷水洗、第四次蒸馏水洗、化学镀镍、第五次蒸馏水洗、第六次蒸馏水洗、电镀镍、第七次蒸馏水洗、烘干和镀金，其特征在于：

在化学镀镍工序和电镀镍工序之间增设电镀铜工序，所述电镀铜工序是将第五次蒸馏水洗后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在电镀铜液中，阳极为磷铜板；室温条件下，电流密度2～8A/dm²，电镀时间2～5min；电镀铜液由200～240g/L五水硫酸铜、60～70g/L的质量分数≥ 98%的浓硫酸、45～55mg/L的质量分数为36～38%的盐酸、复合镀铜添加剂和去离子水混合均匀制得；所述复合镀铜添加剂由0.03～0.05g/L的分子量为6000的聚乙二醇、0.0003～0.0008g/L的2-硫基苯并咪唑、0.005～0.01g/L聚二甲基酰胺基磺酸钠、0.01～0.015g/L聚二硫二丙烷磺酸钠、0.01～0.02g/L十二烷基硫酸钠和去离子水混合均匀制得；

所述粗化，将第一次蒸馏水洗后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在粗化液中，温度60～70℃条件下浸泡5～15min；所述粗化液由200～250g/L铬酐、200～250g/L的质量分数≥ 98%的浓硫酸、5～10ml/L的质量分数≥ 40%的氢氟酸和去离子水混合均匀制得；

所述预敏，将浸酸处理后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在预敏液中，室温条件下浸泡5～12min；所述预敏液由30～50ml/L的质量分数为36～38%的盐酸、5～15g/L氯化亚锡、3～5g/L锡粒和去离子水混合均匀制得；

所述活化，将预敏处理后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在活化液中，温度25～30℃条件下浸泡3～10min；所述活化液为胶态钯：由10～12ml/L的质量分数为36～38%的盐酸、0.25～0.3g/L氯化钯、3.0～3.2g/L氯化亚锡、45～50g/L尿素、240～260g/L氯化钠、0.45～0.55g/L锡酸钠和去离子水混合均匀制得；

所述解胶，将流水清洗后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在解胶液中，温度30～45℃条件下浸泡1～3min；所述解胶液为80～100ml/L的质量分数为36～38%的盐酸；

所述化学镀镍，将第四次蒸馏水洗后的环氧树脂封装的电子元件浸泡在化学镀镍液中，温度45～50℃条件下浸泡10～15min；所述化学镀镍液由10～20g/L硫酸镍、20～30g/L氯化铵、20～30g/L柠檬酸三钠、10～20g/L次亚磷酸钠和去离子水混合均匀制得，用氨水调节pH值为8～9。