CN110484901B - 一种化学镀银液、其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种化学镀银液、其制备方法及应用。化学镀银液包括如下用量的组分:(1)银离子或银络离子0.01~30g/L;(2)胺类络合剂0.05~175g/L;(3)含羟基的羧酸类络合剂0.05~50g/L;(4)含巯基类络合剂0.05~50g/L;(5)余量为水。本发明的化学镀银液成本低、镀液稳定、镀层不易磁化、键合性能好,工艺简单、焊接稳定、品质可靠、适合较小线宽线距且不产生渗镀、漏镀、黑垫风险。
Description
技术领域
本发明涉及一种化学镀银液、其制备方法及应用。
背景技术
在晶圆级封装领域中的晶圆电极,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。
随着晶片设计益趋复杂,所搭配的封装制程难度也同步提高;传统的2D技术已经不能满足高集成,轻型化,低功耗的需求。因此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,因而让芯片在三维方向(3D)上集成的概念应运而生。3D集成技术降低了芯片的RC延迟、提供了广泛的I/O可能性、缩小了封装尺寸,从而提高了芯片的整体性能。
在晶圆的3D封装中,由于集成度的不断发展和提高,芯片叠加不断增加,线路的密度也越来越大,线宽线距越来越小,例如CMOS图像传感器(CMOS Image Sensor,简称CIS)芯片封装领域,线宽线距有25-10μm及更低。线宽线距的缩小提高了对封装方法的要求。传统的化学镀镍金或化学镍钯金工艺在印刷线路板或晶圆、芯片的封装使用中存在以下缺陷:
1)传统的化学镀镍金或化学镍钯金工艺往往容易出现渗镀、漏镀、黑垫的问题,又会导致粘连、搭桥、短路问题等一系列使用中的问题,极大的影响了焊接性能,产品的品质可靠性不佳。
2)随着线宽线距的不断缩小,尤其是25μm以下的线宽线距,难以避免渗镀、粘连、搭桥、短路,产品良率大受影响。
3)镀液的稳定性难于控制,钯是可以做催化剂的活性金属,当添加了还原剂之后,钯自身很容易发生反应;其二、沉积速度不稳定,最初配槽时沉积速度很快,几天后反应速度降低很多。
4)化学镀镍金和化学镀镍钯金工艺都是使用镍金属作为表面处理的第一层镀层,镍金属很容易受周围磁性环境的影响使化学镍金镀层;化学镍钯镀层或化学镍钯金镀层带上磁性,从而影响诸多精密电子元器件的功能发挥。
5)化学镀镍金和化学镀镍钯金工艺程序复杂,成本较高。
而在铜基材上直接镀钯或镀银的工艺,虽然可能会部分解决上述问题,但仍存在很多缺陷,并不能完全解决上述问题。
例如,专利CN104066267A中介绍了在铜基材上直接镀钯然后镀金的结构,但其专利并未记载其是具体通过何种镀液实现这一结构并解决上述问题的。本发明的发明人尝试采用现有的化学镀钯和镀金工艺,按照该专利中的工艺步骤,并未能实现该专利所描述的试验效果。
再例如,专利CN101182637B中介绍了一种微碱性的化学镀银液。本发明的发明人尝试采用这种化学镀银液进行铜基材上较小线宽线距的镀覆,发现在较小线宽线距的镀覆情况下,效果并不理想。
因此,市面上急需一种新的化学镀银液以及其制备工艺来解决上述各种问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有的化学镀液及工艺存在渗镀、漏镀、黑垫以及现有的化学镀银液在较小线宽线距的镀覆情况下效果不理想的缺陷,从而提供了一种化学镀银液以及制备方法。本发明的化学镀银液成本低、镀层不易磁化、键合性能好、焊接稳定、品质可靠、适合较小线宽线距且不产生渗镀、漏镀、黑垫风险,并且本发明的化学镀银液的制备方法简单,适于工业化应用。
本发明是通过如下技术方法解决上述技术问题的:
本发明的技术方案是提供了一种化学镀银液,其包括如下用量的组分:
(1)银离子或银络离子0.01~30g/L;
(2)胺类络合剂0.05~175g/L;
(3)含羟基的羧酸类络合剂0.05~50g/L;
(4)含巯基类络合剂0.05~50g/L;
(5)余量为水。
较佳地,本发明的化学镀银液中不添加有氨基酸类络合剂。所述氨基酸类络合剂可为本领域常规,例如,甘氨酸、α-丙氨酸、β-丙氨酸、胱氨酸、邻氨基苯甲酸、天冬氨酸、谷氨酸或氨磺酸、亚氨二磺酸、氨二乙酸、氨三乙酸、乙二胺四乙酸、二乙三氨五乙酸、羟乙基乙二胺三乙酸或芳香环氨基酸。
本发明中,所述银离子的来源可为本领域的银盐,较佳地为硝酸银和/或氨磺酸银。
本发明中,所述银络离子可为本领域常规,较佳地为银氨络离子、银胺络离子、银-氨基酸络离子、银-卤化物络离子、银-亚硫酸盐络离子和银-硫代硫酸盐络离子中一种或多种。
本发明中,所述胺类络合剂可为本领域常规,较佳地为醇胺类络合剂、氨、柠檬酸三铵、磷酸铵、硫酸铵、硝酸铵、醋酸铵、碳酸铵、磺酸铵、甲胺、乙胺、乙二胺、1,2-丙二胺、1,3-丙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、三胺基三乙胺、咪唑、氨基吡啶、苯胺和苯二胺中的一种或多种。
其中,所述醇胺类络合剂可为本领域常规,较佳地为乙醇胺、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺和异丙醇胺中的一种或多种。
本发明中,所述含羟基的羧酸类络合剂可为本领域常规,较佳地为柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸、苹果酸、乳酸、1-羟基-乙叉-1,1-二膦酸、磺基水杨酸邻苯二甲酸及它们的碱金属盐和铵盐中的一种或多种。
其中,所述的柠檬酸的铵盐较佳地为柠檬酸三铵和/或柠檬酸铵。
本发明中,所述含巯基类络合剂可为本领域常规,较佳地为二巯基丙醇、二巯基丙烷磺酸钠、巯基乙胺、巯基乙酸、2-巯基苯并噻唑、6-乙氧基-2-巯基苯并噻唑、2-巯基苯并咪唑、2-巯基苯并恶唑和巯基丁二酸中的一种或多种。
本发明中,所述的水为本领域常规,较佳地为去离子水。
本发明中,所述银离子或所述银络离子的含量较佳地为0.6~10g/L,更佳地为1~8g/L,进一步更佳地为2g/L、3g/L或4g/L。
本发明中,所述胺类络合剂的含量较佳地为10~150g/L,更佳地为20~80g/L,进一步更佳地为40g/L、50g/L、55g/L或70g/L。
本发明中,所述含羟基的羧酸类络合剂的含量较佳地为2~40g/L,更佳地为20~30g/L。
本发明中,所述含巯基类络合剂的含量较佳地为1~10g/L,更佳地为2~8g/L,进一步更佳地为3g/L、4g/L、5g/L、6g/L或7g/L。
本发明的一较佳实例的化学镀银液包括下述组分及用量:硝酸银30g/L;碳酸铵40g/L;磺基水杨酸40g/L;巯基乙酸4g/L;余量为去离子水。
本发明的另一较佳实例的化学镀银液包括下述组分及用量:硝酸银0.8g/L;磺酸铵80g/L;葡萄糖酸2g/L;二巯基丙醇8g/L;余量为去离子水。
本发明的另一技术方案是提供了一种上述化学镀银液的制备方法,其包括如下步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀即可。
本发明的又一技术方案是提供了一种上述化学镀银液在集成电路封装中的应用。
本发明中,所述化学镀银液在集成电路封装中应用工艺为本领域常规的化学镀工艺。一般地,所述的化学镀工艺的流程为:机械粗化、化学除油、水洗、敏化、水洗、活化、水洗、解胶、水洗、化学镀、水洗、干燥、镀层后处理。
本发明中,所述化学镀银液的pH值可通过本领域常规方法得到,较佳地为通过氨水调节。
本发明中,所述化学镀银液的pH值为本领域常规,较佳地为7~11,更佳地为7.8~10.2,进一步更佳地为8.8~9.8,再进一步更佳地为8.8~9.2或9.2~9.8。
本发明中,所述化学镀银液的施镀温度为本领域常规,较佳地为40~70℃,更佳地为45~60℃,进一步更佳地为50~55℃。
本发明中,所述化学镀银液的施镀时间为本领域常规,较佳地为0.5~5min,更佳地为1~3min,进一步更佳地为1.5~2.5min,再进一步更佳地为2min。
较佳地,本发明的化学镀银液应用在线宽线距在25微米以下的铜基材的集成电路封装领域;更佳地,本发明的化学镀银液应用在线宽线距在10~25微米的铜基材的CMOS图像传感器芯片封装领域。
在符合本领域常识的基础上,上述各优选条件,可任意组合,即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于:
本发明的化学镀银液成本低、镀液稳定、镀层不易磁化、键合性能好,工艺简单、焊接稳定、品质可靠、适合较小线宽线距且不产生渗镀、漏镀、黑垫风险。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,按照常规方法和条件,或按照商品说明书选择。
实施例1
化学镀银液1,其包括如下用量的组分:
硝酸银0.6g/L;
三乙烯四胺20g/L;
柠檬酸5g/L;
二巯基丙醇1g/L;
余量为去离子水。
其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
实施例2
化学镀银液2,组分及用量为:
Ag+([Ag(NH3)2]+)2g/L;
碳酸铵30g/L、硝酸铵40g/L;
乳酸2g/L;
二巯基丙烷磺酸钠2g/L;
余量为去离子水。
其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
实施例3
化学镀银液3,组分及用量为:
硝酸银6g/L;
硫酸铵40g/L;
柠檬酸三铵30g/L;
巯基乙胺3g/L;
余量为去离子水。
其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
实施例4
化学镀银液4,组分及用量为:
硝酸银30g/L;
碳酸铵40g/L;
磺基水杨酸40g/L;
巯基乙酸4g/L;
余量为去离子水。
其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
实施例5
化学镀银液5,组分及用量为:
硫酸银3g/L;
硫酸铵20g/L;
柠檬酸铵2g/L;
2-巯基苯并噻唑5g/L;
余量为去离子水。
其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
实施例6
化学镀银液6,组分及用量为:
硝酸银1g/L;
磷酸铵20g/L;
乳酸10g/L;
2-巯基苯并咪唑6g/L;
余量为去离子水。
其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
实施例7
化学镀银液7,组分及用量为:
氨磺酸银8g/L;
单乙醇胺50g/L;
酒石酸20g/L;
巯基丁二酸7g/L;
余量为去离子水。
其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
实施例8
化学镀银液8,组分及用量为:
硝酸银0.8g/L;
磺酸铵80g/L;
葡萄糖酸2g/L;
二巯基丙醇8g/L;
余量为去离子水。
其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
实施例9
化学镀银液9,组分及用量为:
硝酸银10g/L;
乙二胺10g/L;
磺基水杨酸40g/L;
巯基乙胺9g/L;
余量为去离子水。
其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
实施例10
化学镀银液10,组分及用量为:
氨磺酸银4g/L;
硝酸铵35g/L、乙醇胺20g/L;
苹果酸10g/L;
巯基乙酸10g/L;
余量为去离子水。
其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
实施例11
化学镀银液11:仅将实施例1中硝酸银的含量变为0.01g/L,除去离子水外其它组分及含量不变,去离子水补足余量。其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
实施例12
化学镀银液12:仅将实施例1中三乙烯四胺的含量变为0.05g/L,除去离子水外其它组分及含量不变,去离子水补足余量。其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
实施例13
化学镀银液13:仅将实施例1中三乙烯四胺的含量变为150g/L,除去离子水外其它组分及含量不变,去离子水补足余量。其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
实施例14
化学镀银液14:仅将实施例1中三乙烯四胺的含量变为175g/L,除去离子水外其它组分及含量不变,去离子水补足余量。其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
实施例15
化学镀银液15:仅将实施例1中柠檬酸的含量变为0.05g/L,除去离子水外其它组分及含量不变,去离子水补足余量。其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
实施例16
化学镀银液16:仅将实施例1中二巯基丙醇的含量变为0.05g/L,除去离子水外其它组分及含量不变,去离子水补足余量。其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
实施例17
化学镀银液17:仅将实施例1中二巯基丙醇的含量变为50g/L,除去离子水外其它组分及含量不变,去离子水补足余量。其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
对比例1
化学镀银液18,组分及用量为:
硝酸银0.6g/L;
三乙烯四胺20g/L;
柠檬酸5g/L;
甘氨酸10g/L;
余量为去离子水。
其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
对比例2
化学镀银液19,组分及用量为:
Ag+([Ag(NH3)2]+)2g/L;
EDTA 30g/L、硝酸铵40g/L;
乳酸2g/L;
余量为去离子水。
其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
对比例3
化学镀银液20,组分及用量为:
硝酸银6g/L;
DTPA 40g/L;
柠檬酸三铵30g/L;
余量为去离子水。
其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
对比例4
化学镀银液21,组分及用量为:
硝酸银10g/L;
碳酸铵40g/L;
磺基水杨酸40g/L;
丙氨酸40g/L;
余量为去离子水。
其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
对比例5
化学镀银液22,组分及用量为:
硫酸银3g/L;
硫酸铵20g/L;
柠檬酸铵2g/L;
亚氨二磺酸30g/L;
余量为去离子水。
其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
对比例6
化学镀银液23,组分及用量为:
硝酸银1g/L;
磷酸铵20g/L;
邻苯二甲酸10g/L;
丙氨酸60g/L;
余量为去离子水。
其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
对比例7
化学镀银液24,组分及用量为:
氨磺酸银8g/L;
硫酸铵50g/L;
酒石酸20g/L;
氨磺酸30g/L;
余量为去离子水。
其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
对比例8
化学镀银液25,组分及用量为:
硝酸银0.8g/L;
磺酸铵80g/L;
葡萄糖酸2g/L;
皮考啉酸20g/L。
其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
对比例9
化学镀银液26,组分及用量为:
硝酸银3g/L;
乙二胺10g/L;
磺基水杨酸40g/L;
氨二乙酸5g/L;
余量为去离子水。
其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
对比例10
化学镀银液27,组分及用量为:
氨磺酸银4g/L;
硝酸铵35g/L、乙醇胺20g/L;
苹果酸10g/L;
余量为去离子水。
其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
对比例11
化学镀银液28:仅将实施例1中二巯基丙醇的含量变为0.01g/L,除去离子水外其它组分及含量不变,去离子水补足余量。其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
对比例12
化学镀银液29:仅将实施例1中二巯基丙醇的含量变为60g/L,除去离子水外其它组分及含量不变,去离子水补足余量。其制备方法包括下述步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀,即可。
效果实施例1~29
将实施例1~17的化学镀银液1~17以及对比例1~12的化学镀银液18~29施镀到不同线宽线距的铜基板上,施镀温度以及施镀时间如下表1所示:
表1实施例1~17以及对比例1~12的施镀条件
检测效果实施实施例1~29的各项性能,结果如下表2所示:表2效果实施例1~29的各项性能测试结果
从以上效果实施例可以看出,本发明的化学镀银液在线宽线距为10~25微米时可以避免漏镀、渗镀和黑垫问题,同时焊接时并无气泡生成。而对比例中的化学镀银液在线宽线距为10~25微米时,有漏镀、渗镀的现象。
Claims (15)
1.一种化学镀银液,其特征在于,其包括如下用量的组分:
(1)银离子或银络离子0.01~30g/L;
(2)胺类络合剂0.05~175g/L;
(3)含羟基的羧酸类络合剂0.05~50g/L;
(4)含巯基类络合剂0.05~50g/L;
(5)余量为水;
所述化学镀银液中不添加有氨基酸类络合剂。
2.如权利要求1所述的化学镀银液,其特征在于,所述氨基酸类络合剂为甘氨酸、α-丙氨酸、β-丙氨酸、胱氨酸、邻氨基苯甲酸、天冬氨酸、谷氨酸或氨磺酸、亚氨二磺酸、氨二乙酸、氨三乙酸、乙二胺四乙酸、二乙三氨五乙酸、羟乙基乙二胺三乙酸和芳香环氨基酸中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的化学镀银液,其特征在于,所述银离子的来源为硝酸银和/或氨磺酸银。
4.如权利要求1所述的化学镀银液,其特征在于,所述银络离子为银氨络离子、银胺络离子、银-氨基酸络离子、银-卤化物络离子、银-亚硫酸盐络离子和银-硫代硫酸盐络离子中一种或多种;
和/或,所述胺类络合剂为醇胺类络合剂、氨、柠檬酸三铵、磷酸铵、硫酸铵、硝酸铵、醋酸铵、碳酸铵、磺酸铵、甲胺、乙胺、乙二胺、1,2-丙二胺、1,3-丙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、三胺基三乙胺、咪唑、氨基吡啶、苯胺和苯二胺中的一种或多种;所述醇胺类络合剂为乙醇胺、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺和异丙醇胺中的一种或多种;
和/或,所述含羟基的羧酸类络合剂为柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸、苹果酸、乳酸、磺基水杨酸邻苯二甲酸及它们的碱金属盐和铵盐中的一种或多种;所述的柠檬酸的铵盐为柠檬酸三铵和/或柠檬酸铵;
和/或,所述含巯基类络合剂为二巯基丙醇、二巯基丙烷磺酸钠、巯基乙胺、巯基乙酸、2-巯基苯并噻唑、6-乙氧基-2-巯基苯并噻唑、2-巯基苯并咪唑、2-巯基苯并恶唑和巯基丁二酸中的一种或多种;
和/或,所述的水为去离子水。
5.如权利要求1所述的化学镀银液,其特征在于,所述银离子或所述银络离子的含量为0.6~10g/L;
和/或,所述胺类络合剂的含量为10~150g/L;
和/或,所述含羟基的羧酸类络合剂的含量为2~40g/L;
和/或,所述含巯基类络合剂的含量为1~10g/L。
6.如权利要求5所述的化学镀银液,其特征在于,所述银离子或所述银络离子的含量为1~8g/L;
和/或,所述胺类络合剂的含量为20~80g/L;
和/或,所述含羟基的羧酸类络合剂的含量为20~30g/L;
和/或,所述含巯基类络合剂的含量为2~8g/L。
7.如权利要求6所述的化学镀银液,其特征在于,所述银离子或所述银络离子的含量为2g/L、3g/L或4g/L;
和/或,所述胺类络合剂的含量为40g/L、50g/L、55g/L或70g/L;
和/或,所述含巯基类络合剂的含量为3g/L、4g/L、5g/L、6g/L或7g/L。
8.如权利要求1所述的化学镀银液,其特征在于,其包括下述组分及用量:硝酸银30g/L;碳酸铵40g/L;磺基水杨酸40g/L;巯基乙酸4g/L;余量为去离子水;
和/或,其包括下述组分及用量:硝酸银0.8g/L;磺酸铵80g/L;葡萄糖酸2g/L;二巯基丙醇8g/L;余量为去离子水。
9.一种如权利要求1~8任一项所述的化学镀银液的制备方法,其特征在于,其包括如下步骤:按用量将化学镀银液的各组分混合均匀即可。
10.一种如权利要求1~8任一项所述的化学镀银液在集成电路封装中的应用。
11.如权利要求10所述的化学镀银液在集成电路封装中的应用,其特征在于,所述化学镀银液在集成电路封装中的应用为化学镀工艺。
12.如权利要求11所述的化学镀银液在集成电路封装中的应用,其特征在于,所述化学镀工艺中,所述化学镀银液的pH值通过氨水调节;
和/或,所述化学镀工艺中,化学镀银液的pH值为7~11;
和/或,所述化学镀工艺中,所述化学镀银液的施镀温度为40~70℃;
和/或,所述化学镀工艺中,所述化学镀银液的施镀时间为0.5~5min。
13.如权利要求12所述的化学镀银液在集成电路封装中的应用,其特征在于,所述化学镀工艺中,化学镀银液的pH值为7.8~10.2;
和/或,所述化学镀工艺中,所述化学镀银液的施镀温度为45~60℃;
和/或,所述化学镀工艺中,所述化学镀银液的施镀时间为1~3min。
14.如权利要求13所述的化学镀银液在集成电路封装中的应用,其特征在于,所述化学镀工艺中,化学镀银液的pH值为8.8~9.8;
和/或,所述化学镀工艺中,所述化学镀银液的施镀温度为50~55℃;
和/或,所述化学镀工艺中,所述化学镀银液的施镀时间为1.5~2.5min。
15.如权利要求14所述的化学镀银液在集成电路封装中的应用,其特征在于,所述化学镀工艺中,化学镀银液的pH值为8.8~9.2或9.2~9.8;
和/或,所述化学镀工艺中,所述化学镀银液的施镀时间为2min。
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