CN111690958B - 一种锡镀液、其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锡镀液、其制备方法和应用。本发明锡镀液的组合物原料，以锡镀液为1L计，其包括如下用量的组分：30～120g/L的甲磺酸锡；60～300g/L的甲磺酸；0.1～100mg/L的聚维酮K45；0.01～10mg/L的低分子聚醚，所述低分子聚醚为双胺酚醚和/或马来酰亚胺基聚乙二醇单甲醚；和水。本发明的锡镀液在不含氟化表面活性剂的情况下也可用于为倒装芯片封装体在金属类UBM层上形成锡类焊料凸点，成本较低，工艺简单；其在电流效率方面有利，不产生金属间化合物层中的破裂和凸点内的空隙，可以用于形成平整性高和高度波动小的凸点，适用于高速电镀。

Description

一种锡镀液、其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种锡镀液、其制备方法和应用。
背景技术
倒装芯片导电互连凸点在晶圆级封装制程中有着广泛的应用。这些互连凸点充当半导体组件至印刷线路板的电连接和物理连接。通常锡/铅合金用于形成焊料凸点；然而，因铅的毒性所致，业界已经尝试寻找可易于共-沉积的可接受的无铅纯锡或锡合金。
在凸点电镀中，凸点厚度均匀性问题、空隙问题是最为主要的两大问题，业界均致力于开发解决这两大问题的镀液或添加剂。专利CN105316711A中公开了一种包含全氟烷基表面活性剂的焊料凸点用锡合金电镀液，用于形成倒装芯片封装的焊料凸点的锡类电镀液，该锡类电镀液包含甲磺酸锡、甲磺酸银、甲磺酸、氟化表面活性剂、芳香族聚氧亚烷基醚和水。该锡类电镀液在电流效率方面有利，不产生金属间化合物(IMC)层中的破裂和凸点内的空隙，可以用于形成平整性高和高度波动小的凸点，适用于高速电镀。但该发明明确指出其锡类电镀液必须包含制备较为繁琐的氟化表面活性剂，才能达到上述效果。
因此，如何在解决凸点厚度均匀性和空隙问题的同时降低成本、简化工艺成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中必须使用氟化表面活性剂才能使得使用锡类电镀液形成的焊料凸点的厚度均匀和空隙较小的缺陷，而提供的一种锡镀液、其制备方法和应用。本发明的锡镀液在可以不使用氟化表面活性剂的情况下，形成焊料凸点的厚度均匀且无空隙，简化了锡类电镀液的制备工艺。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
本发明提供了一种锡镀液，以锡镀液为1L计，其包括如下用量的组分：30～120g/L的甲磺酸锡；60～300g/L的甲磺酸；0.1～100mg/L的聚维酮K45；0.01～10mg/L的低分子聚醚，所述低分子聚醚为双胺酚醚和/或马来酰亚胺基聚乙二醇单甲醚；和水。
本发明中，所述的甲磺酸锡的用量较佳地为40～110g/L，更佳地为45～100g/L。
本发明中，所述的甲磺酸的用量较佳地为70～280g/L，更佳地为75～250g/L。
本发明中，所述的聚维酮K45的用量较佳地为0.5～50mg/L，更佳地为1～10mg/L。
本发明中，所述的低分子聚醚的用量较佳地为0.05～5mg/L，更佳地为0.1～1mg/L。
本发明中，所述的低分子聚醚较佳地为双胺酚醚。
本发明中，所述的锡镀液较佳地不含氟化表面活性剂。
本发明中，以锡镀液为1L计，所述的锡镀液较佳地由下述用量的组分组成，30～120g/L的甲磺酸锡；60～300g/L的甲磺酸；0.1～100mg/L的聚维酮K45；0.01～10mg/L的低分子聚醚，所述低分子聚醚为双胺酚醚和/或马来酰亚胺基聚乙二醇单甲醚；和水。
本发明中，除了上述成分以外，本发明的锡镀液较佳地还包含各种本领域常规添加剂；所述添加剂较佳地为促进剂、抑制剂、消泡剂、有机抗氧化剂和晶粒细化剂的一种或多种；所述抗氧化剂较佳地为苯酚、氢醌和间苯二酚的一种或多种。
本发明还提供了一种所述的锡镀液的制备方法，其包括如下步骤：将前述各组分混合，即可。
其中，所述混合为本领域常规的操作，一般采用搅拌的方法；较佳地，上述所制备的锡镀液再经孔径为微米级的筒式过滤器过滤；更佳地，所述孔径的大小为0.2～6μm。其中，经筒式过滤器过滤是为了除去妨碍合金焊料凸点的形成的沉淀或杂质。
本发明还提供了一种所述锡镀液在倒装芯片中形成焊料凸点中的应用。所述的应用较佳地包括下列步骤：
1)用铜或铜/镍镀液电镀硅晶片，所述硅晶片具有露出电极焊盘的保护层和凸点下金属层；
2)在所述凸点下金属层上形成铜或铜/镍柱；
3)在形成所述的铜或铜/镍柱后的12h内，用所述的锡镀液电镀所述铜或铜/镍柱，从而形成焊料凸点。
步骤1)中所述的铜或铜/镍镀液较佳地为本领域常规的铜或铜/镍镀液，例如，铜镀液可以为包含硫酸铜、硫酸、盐酸、水和可选的添加剂的镀液。铜镀液可商购获得；所述电镀的操作较佳地为本领域常规的电镀操作。
步骤3)中所述电镀的操作较佳地为本领域内常规的连续电镀操作，12h的连续电镀操作可使由铜或镍表面上形成氧化膜或金属层间产生破裂和缺陷导致的金属间粘着最小化。
步骤3)中所述锡镀液电镀的操作可以通过本领域中已知的任何适宜工艺进行，因此本文不对其具体条件进行说明。例如，用于形成焊料凸点的所述电镀的操作在凸点下金属层上形成铜柱的硅晶片作为阴极和惰性金属电极(例如，铂电极或镀铂电极)作为阳极的条件下进行；较佳地，所述电镀的操作在3A/dm2～20A/dm2的电流密度下进行；更佳地，所述电镀的操作在10A/dm2～19A/dm2的电流密度下进行高速电镀；
本领域技术人员知晓，在形成焊料凸点之后，通常进行焊料回流。
在不违背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：本发明的锡镀液可防止金属间化合物层中破裂的发生和凸点内空隙的形成，减少WID和WIW凸点的高度波动，提高电镀工艺的电流效率，获得即使在高速电镀范围内(10A/dm2～19A/dm2)镀膜性质也优异的倒装芯片封装体。
附图说明
图1是实施例1焊料回流之后的X-射线无空隙图。
图2是对比例1焊料回流之后的X-射线有空隙图。
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。
1、铜柱的形成
在倒装芯片半导体封装体的铜凸点下金属UBM层上形成铜柱。具体而言，用含有CuSO4·5H2O、H2SO4、HCl、H2O和添加剂的市售硫酸铜类镀液(SYS2310,上海新阳半导体有限公司，中国)在室温下搅拌并以10A/dm2的电流密度电镀12英寸的图案化晶片并形成铜柱，直至铜柱高度达到10μm；铜电镀根据制造商的推荐来进行，因而本文给出电镀条件的简要说明。
2、锡镀液的制备
将各组分搅拌混合并经孔径为1μm的筒式过滤器过滤，从而制得锡镀液。实施例1-10如表1所示及对比例1-14的锡镀液如表2所述均按此方法进行制备。
表1各实施例锡镀液组分参数
表2各对比例电镀液组分参数
3、锡镀液在形成焊料凸点中的应用
在12英寸图案化晶片上形成铜柱之后的12h内，将各实施例和对比例的锡镀液分别电镀该铜柱，从而形成焊料凸点。该电镀采用本领域常规的连续电镀工艺在13A/dm2的电流密度下在室温搅拌锡镀液的同时进行。再以2℃/分钟的速率加热至240℃并以3℃/分钟的速率冷却之后，进行焊料回流。在焊料回流前后通过SEM电子显微镜和X射线成像分析在13A/dm2的电流密度下电镀形成的焊料凸点。各实施例与对比例所形成的焊料凸点的参数如下表3所示。
表3焊料凸点的参数

Claims (10)

1.一种锡镀液，其特征在于，以锡镀液为1L计，所述的锡镀液由下列用量的组分组成：30～120g/L的甲磺酸锡；60～300g/L的甲磺酸；0.1～100mg/L的聚维酮K45；0.01～10mg/L的低分子聚醚，所述低分子聚醚为双胺酚醚和/或马来酰亚胺基聚乙二醇单甲醚；和水。
2.如权利要求1所述的锡镀液，其特征在于，所述的甲磺酸锡的用量为40～110g/L；
和/或，所述的甲磺酸的用量为70～280g/L。
3.如权利要求1所述的锡镀液，其特征在于，所述的甲磺酸锡的用量为45～100g/L；
和/或，所述的甲磺酸的用量为75～250g/L。
4.如权利要求1所述的锡镀液，其特征在于，所述的聚维酮K45的用量为0.5～50mg/L；
和/或，所述的低分子聚醚的用量为0.05～5mg/L。
5.如权利要求1所述的锡镀液，其特征在于，所述的聚维酮K45的用量为1～10mg/L；
和/或，所述的低分子聚醚的用量为0.1～1mg/L，所述的低分子聚醚为双胺酚醚。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的锡镀液的制备方法，其包括如下步骤：将所述的锡镀液的各组分混合，即可。
7.如权利要求6所述的锡镀液的制备方法，所述的锡镀液在混合后再经孔径为微米级的筒式过滤器过滤。
8.如权利要求7所述的锡镀液的制备方法，所述孔径的大小为0.2～6μm。
9.一种如权利要求1-5任一项所述的锡镀液在倒装芯片中形成焊料凸点中的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的应用包括下列步骤：
1)用铜镀液电镀硅晶片，所述硅晶片具有露出电极焊盘的保护层和凸点下金属层；
2)在所述凸点下金属层上形成铜柱；
3)在形成所述的铜柱后的12h内，用所述的锡镀液电镀所述铜柱，从而形成焊料凸点。
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