CN106757212B - 用于晶圆级封装的电镀锡银合金溶液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于晶圆级封装的电镀锡银合金溶液，该溶液包括以下浓度的组份：甲基磺酸50‑450g/L，锡离子20‑60g/L，银离子0.1‑1.0g/L，银离子螯合剂10‑50g/L和有机添加剂0.52‑5.08 g/L；该锡银合金溶液电镀时电流密度在1‑10A/dm2之间，温度在15‑35℃之间。本发明该溶液包括甲基磺酸、锡离子、银离子、银离子螯合剂和有机添加剂，且电镀时电流密度在1‑10A/dm2之间，温度在15‑35℃之间；上述组份电镀形成了锡银合金溶液，电镀锡银镀液用来替代传统的电镀纯锡溶液，解决现有纯锡凸块容易产生锡须的问题，可以有效防止纯锡镀层产生的锡须等缺点，且进一步提高电子产品的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及材料领域，尤其涉及一种用于晶圆级封装的电镀锡银合金溶液。
背景技术
晶圆（Wafer）是指硅半导体集成电路制作所用的硅芯片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能的IC产品。IC产品是现代信息社会离不开的基本原器件，广泛应用在我们生活的各个方面。
晶圆级封装(WLP)是半导体产业链中一个重要部分，也是我国发展较快的行业，就是在其上已经有某些电路微结构的晶片与另一块经腐蚀带有空腔的晶片用化学或物理的方法键结合在一起。键合的工艺和技术反应了封装技术的水平，其直接反应了IC的集成度及精密度。其他的封装形式还起到了在这些电路微结构体的上面形成了一个带有密闭空腔的保护体，可以避免器件在以后的工艺步骤中遭到损坏，也保证了晶片的清洁和结构体免受污染。这种方法使得微结构体处于真空或惰性气体环境中，因而能够提高器件的品质。
随着芯片的功能与高度集成的需求越来越大，目前半导体封装产业正向晶圆级封装方向发展。它是一种常用的提高硅片集成度的方法，具有降低测试和封装成本，降低引线电感，提高电容特性，改良散热通道，降低贴装高度等优点。
目前晶圆级先进封装的铜涂层应用包括：3D 封装的铜硅通孔（TSV）、铜柱（Pillar）、凸块（Bump）。晶圆代工及封测业者为让晶片在不影响占位空间的前提下，顺利向上堆叠并协同运作，第一步就是要导入先进晶圆级封装（WLP）、覆晶封装技术，以打造优良的锡球下层金属（Under Bump Metallurgy， UBM）并巩固3D IC底层结构，让铜柱（Pillar）、晶圆锡凸块（Bump）在更小的晶圆开孔中接合。
铜柱（Pillar）&锡凸块（Bump）工艺是晶圆3D封装目前发展较快的工艺，传统的锡凸块（Bump）使用锡铅工艺，后期因为环保的需要，使用纯锡工艺，但是纯锡凸块因为容易生长锡须，会造成电子元器件，特别是精密电子元器件的短路，纯锡的可靠性受到质疑。实践证明，锡的一些合金对锡须有一定的抑制作用，于是相关的技术人员开始寻求锡铜合金、锡银合金、锡铟合金、锡铜银等合金的方法。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种用于晶圆级封装的电镀锡银合金溶液，电镀锡银镀液用来替代传统的电镀纯锡溶液，解决现有纯锡凸块容易产生锡须的问题，可以有效防止纯锡镀层产生的锡须等缺点，进一步提高电子产品的可靠性。
为实现上述目的，本发明提供一种用于晶圆级封装的电镀锡银合金溶液，包括以下浓度的组份：
甲基磺酸50-450g/L
锡离子20-60g/L
银离子0.1-1.0g/L
银离子螯合剂10-50g/L
有机添加剂0.52-5.08 g/L；
该锡银合金溶液电镀时电流密度在1-10A/dm2之间，温度在15-35℃之间。
其中，所述有机添加剂为烷基酚聚氧乙烯基醚和苄叉丙酮，且所述烷基酚聚氧乙烯基醚0.5-5g/L和苄叉丙酮20-80mg/L。
其中，所述甲基磺酸优先的浓度为80-300g/L。
其中，所述锡离子优先的浓度为35-55g/L，且锡离子由甲基磺酸锡提供。
其中，所述银离子优先的浓度为0.2-0.7g/L，银离子由甲基磺酸银、乙酸银或氧化银中的一种或多种提供。
其中，所述银离子螯合剂为羟基乙叉二膦酸、氨基三亚甲基膦酸中的一种或者两种。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的用于晶圆级封装的电镀锡银合金溶液，该溶液包括甲基磺酸、锡离子、银离子、银离子螯合剂和有机添加剂，且电镀时电流密度在1-10A/dm2之间，温度在15-35℃之间；上述组份电镀形成了锡银合金溶液，电镀锡银镀液用来替代传统的电镀纯锡溶液，解决现有纯锡凸块容易产生锡须的问题，可以有效防止纯锡镀层产生的锡须等缺点，且进一步提高电子产品的可靠性。
附图说明
图1为本发明中第一实施例的镀层外观形貌图；
图2为本发明中第二实施例的图谱示意图；
图3为图2中图谱的结果分析图；
图4为本发明中第三实施例的图谱示意图；
图5为图4中图谱的结果分析图；
图6为本发明中第四实施例的镀层外观形貌图。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
本发明的用于晶圆级封装的电镀锡银合金溶液，包括以下浓度的组份：甲基磺酸50-450g/L，锡离子20-60g/L，银离子0.1-1.0g/L，银离子螯合剂10-50g/L和有机添加剂0.52-5.08 g/L；以水为溶质，甲基磺酸、锡离子、银离子、银离子螯合剂和有机添加剂混合后形成锡银合金溶液，该锡银合金溶液电镀时电流密度在1-10A/dm2之间，温度在15-35℃之间，时间依据厚度决定。
相较于现有技术的情况，本发明提供的用于晶圆级封装的电镀锡银合金溶液，该溶液包括甲基磺酸、锡离子、银离子、银离子螯合剂和有机添加剂，且电镀时电流密度在1-10A/dm2之间，温度在15-35℃之间；上述组份电镀形成了锡银合金溶液，电镀锡银镀液用来替代传统的电镀纯锡溶液，解决现有纯锡凸块容易产生锡须的问题，可以有效防止纯锡镀层产生的锡须等缺点，且进一步提高电子产品的可靠性。
在本发明中，甲基磺酸提供一个酸性环境，是镀液均镀能力和分散能力不可或缺的，锡离子是镀层锡沉积的主要来源，银离子在溶液中同样会被镀在产品表面，如此以来，镀层便成为锡和银的混合镀层。但是一般来讲，银离子会氧化二价锡，生成银沉淀和四价锡，当银沉淀时，银将失去效用，所以镀液中必须含有螯合能力较强的螯合剂，与银形成稳定的螯合物，防止银与锡离子（二价锡）发生反应，所以本发明使用了羟基乙叉二膦酸、氨基三亚甲基膦酸作为螯合剂来稳定银离子。再配合有机添加剂烷基酚聚氧乙烯基醚和苄叉丙酮，使锡和银有序的沉积，得到光滑，结晶有序的锡银镀层。
在本实施例中，有机添加剂为烷基酚聚氧乙烯基醚和苄叉丙酮，且烷基酚聚氧乙烯基醚0.5-5g/L和苄叉丙酮20-80mg/L。
在本实施例中，甲基磺酸优先的浓度为80-300g/L。锡离子优先的浓度为35-55g/L，且锡离子由甲基磺酸锡提供。银离子优先的浓度为0.2-0.7g/L，银离子由甲基磺酸银、乙酸银或氧化银中的一种或多种提供。银离子螯合剂为羟基乙叉二膦酸、氨基三亚甲基膦酸中的一种或者两种。羟基乙叉二膦酸为HEDP，氨基三亚甲基膦酸为ATMP。
以下为本发明提供的四个具体实施例：
实施例1
配方组成如下：
甲基磺酸：300g/L；
甲基磺酸锡：153g/L，其中锡离子浓度为30g/L；
甲基磺酸银：1g/L，其中银离子0.53g/L；
HEDP：15g/L；
ATMP：35g/L；
烷基酚聚氧乙烯基醚：4.0g/L；
苄叉丙酮：35mg/L；
溶液配制过程：以1L溶液为例，取水300ml，依次加入甲基磺酸：300g；甲基磺酸锡：153g，甲基磺酸银：1g，HEDP：15g；ATMP：35g；烷基酚聚氧乙烯基醚：4.0g；苄叉丙酮：35mg；搅拌溶解，再用水补加液位至1L。
使用本实施例所制得电镀铜溶液进行电镀的工艺参数：温度：20±2℃,电流密度：3.0 A/dm2，时间45min。
即可得到54微米厚的锡银合金镀层，得到镀层外观形貌如图1。从镀层外观形貌看，锡银合金镀层结晶均匀，晶粒大小一致。
实施例2
配方组成如下：
甲基磺酸：100g/L；
甲基磺酸锡：280g/L，其中锡离子浓度为55g/L；
乙酸银：0.8g/L，其中银离子0.52g/L；
HEDP：45g/L；
烷基酚聚氧乙烯基醚：2.0g/L；
苄叉丙酮：55mg/L；
溶液配制过程：以1L溶液为例，取水500ml，依次加入甲基磺酸：100g；甲基磺酸锡：280g，乙酸银：0.8g，HEDP：45g，烷基酚聚氧乙烯基醚：2.0，苄叉丙酮：55mg，搅拌溶解，再用水补加液位至1L。
使用本实施例所制得电镀铜溶液进行电镀的工艺参数：温度：33±2℃,电流密度：8.0 A/dm2，时间10min。
即可得到32微米厚的锡银合金镀层。EDS分析镀层成分，图谱如图2，结果分析如图3所示：从图2和图3可以看出，镀层是为银的含量为2.22%，锡含量为96.24%的锡银合金层。
实施例3
配方组成如下：
甲基磺酸：130g/L；
甲基磺酸锡：120ml/L，其中锡离子浓度为36g/L；
乙酸银：1.5g/L，其中银离子1.0g/L；
HEDP：10g/L；
烷基酚聚氧乙烯基醚：5.0g/L；
苄叉丙酮：25mg/L；
溶液配制过程：以1L溶液为例，取水350ml，依次加入甲基磺酸：130g，甲基磺酸锡：120ml，乙酸银：1.5g，HEDP：10g；烷基酚聚氧乙烯基醚：5.0g，苄叉丙酮：25mg，搅拌溶解，再用水补加液位至1L。
使用本实施例所制得电镀铜溶液进行电镀的工艺参数：温度：33±2℃,电流密度：1.0 A/dm2，时间10min。
即可得到24微米厚的锡银合金镀层。EDS分析镀层成分，图谱如图4，结果分析如图5所示：从图4和图5可以看出，镀层是银的含量为7.47%，锡含量为89.44%的锡银合金层。
实施例4
配方组成如下：
甲基磺酸：150g/L；
甲基磺酸锡：160ml/L，其中锡离子浓度为48g/L；
乙酸银：1.5g/L，其中银离子1.0g/L；
ATMP：50g/L；
烷基酚聚氧乙烯基醚：1.8g/L；
苄叉丙酮：75mg/L；
溶液配制过程：以1L溶液为例，取水400ml，依次加入甲基磺酸：150g，甲基磺酸锡：160ml，乙酸银：1.5g，ATMP：50g，烷基酚聚氧乙烯基醚：1.8g，苄叉丙酮：75mg，搅拌溶解，再用水补加液位至1L。
使用本实施例所制得电镀铜溶液进行电镀的工艺参数：温度：17±2℃，电流密度：3.0 A/dm2，时间10min。
即可得到12微米厚的锡银合金镀层，镀层形貌如图6。从形貌看，锡银合金镀层结晶均匀，晶粒大小一致。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，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 (5)
1.一种用于晶圆级封装的电镀锡银合金溶液，其特征在于，包括以下浓度的组份：
甲基磺酸50-450g/L
锡离子20-60g/L
银离子0.1-1.0g/L
银离子螯合剂10-50g/L
有机添加剂0.52-5.08 g/L；
有机添加剂为烷基酚聚氧乙烯基醚和苄叉丙酮，且所述烷基酚聚氧乙烯基醚0.5-5g/L和苄叉丙酮20-80mg/L。
2.根据权利要求1所述的用于晶圆级封装的电镀锡银合金溶液，其特征在于，所述甲基磺酸优先的浓度为80-300g/L。
3.根据权利要求1所述的用于晶圆级封装的电镀锡银合金溶液，其特征在于，所述锡离子优先的浓度为35-55g/L，且锡离子由甲基磺酸锡提供。
4.根据权利要求1所述的用于晶圆级封装的电镀锡银合金溶液，其特征在于，所述银离子优先的浓度为0.2-0.7g/L，银离子由甲基磺酸银、乙酸银或氧化银中的一种或多种提供。
5.根据权利要求1所述的用于晶圆级封装的电镀锡银合金溶液，其特征在于，所述银离子螯合剂为羟基乙叉二膦酸、氨基三亚甲基膦酸中的一种或者两种。
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