DD244768A1

DD244768A1 - PROCESS FOR MAINTAINING LOADING OF NICKEL LAYERS

Info

Publication number: DD244768A1
Application number: DD28539185A
Authority: DD
Inventors: Volker Wadewitz; Falk Richter; Wilfried Lamm; Renate Gesemann
Original assignee: Liebknecht Mikroelektron
Priority date: 1985-12-24
Filing date: 1985-12-24
Publication date: 1987-04-15
Also published as: DD244768B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhaltung der Loetfaehigkeit von Nickelschichten und ist vorzugsweise fuer die Herstellung elektronischer Bauelemente einsetzbar. Ziel der Erfindung ist es, die Weichloetfaehigkeiten vernickelter elektronischer Bauelemente unter Verwendung eines umweltfreundlichen Vergoldungsverfahrens bei Einsparung von Gold zu erhalten. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe durch die Abscheidung von 10 bis 50 nm dicken, dichten Goldschichten geloest, indem die vernickelten Substrate fuer die Zeitdauer von 0,5 bis 10 min in ein an sich bekanntes ungiftiges, reduktives Goldbad mit einem p H-Wert im Bereich 7 bis 13 und einer Temperatur von 355 bis 371 K bei einer Badbelastung von 1 bis 10 dm2/l eingetaucht werden.The invention relates to a method for maintaining the solderability of nickel layers and is preferably used for the production of electronic components. The object of the invention is to obtain the softness properties of nickel-plated electronic components using an environmentally friendly gold plating process while saving gold. According to the invention, the object is achieved by depositing 10 to 50 nm thick, dense gold layers by placing the nickel-plated substrates in a per se known non-toxic, reductive gold bath with a p H value in the range 7 for the period of 0.5 to 10 minutes to 13 and a temperature of 355 to 371 K at a bath load of 1 to 10 dm2 / l are immersed.

Description

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Explanation of the essence of the invention

Ausgehend vom Ziel der Erfindung stellt sich die technische Aufgabe, ein Verfahren zur Erhaltung der Lötfähigkeit von Nickelschichten zu finden, bei dem auf die Nickelschicht eine haftfeste, dünne, dichte und gleichmäßige Goldschicht mit konstanter Abscheidungsgeschwindigkeit stromlos und ungiftig aufgebracht wird.Starting from the object of the invention, the technical problem of finding a method for maintaining the solderability of nickel layers, in which on the nickel layer, an adherent, thin, dense and uniform gold layer with a constant deposition rate is applied electrolessly and non-toxic.

Die besten Ergebnisse hinsichtlich Dichtigkeit bei geringer Schichtdicke ergeben sich erfindungsgemäß, wenn eine besonders feinkörnige, flächehafte Struktur der Goldschicht erzielt wird. Diese Struktur kann erfindungsgemäß durch eine blumenkohlartige Nickelphosphprschicht als Unterlage, einem Ätzvorgang mit einer speziellen Ätzlösung und eine Abscheidung aus einem stromlosen Goldbad in einem engen Konzentrationsbereich erreicht werden, wobei die Probe auf die Abscheidungstemperatur.vorgewärmt werden muß. Für die Abscheidung der Nickelphosphorschicht wird ein bekanntes stromloses alkalisches hypophosphithaltiges Bad eingesetzt. Es ist vor dem Vergolden nötig, die Nickeloberfläche durch Tauchen in eine Ätzlösuhg, die aus einer wäßrigen Lösung von Schwefelsäure und Flußsäure besteht, zu dekapieren. Die Einwirkdauer liegt zwischen:1 und 5 Minuten. Anschließend werden die Bauelemente in deionisiertem Wasser gespült und danach in einem zweiten Gefäß mit deionisiertem Wasser auf eine Temperatur gebracht, die im Bereich 85... 100°C liegt. Danach werden die Bauelemente in ein Vergoldungsbad gebracht, das folgende Zusammensetzung aufweist:The best results in terms of tightness with a small layer thickness are achieved according to the invention, if a particularly fine-grained, planar structure of the gold layer is achieved. This structure can be achieved according to the invention by a cauliflower-like nickel phosphorous layer as a substrate, an etching process with a special etching solution and a deposition from an electroless gold bath in a narrow concentration range, wherein the sample must be preheated to the deposition temperature. For the deposition of the nickel phosphorus layer, a known electroless alkaline hypophosphite bath is used. It is necessary before gilding, the nickel surface by immersion in a Ätzlösuhg, which consists of an aqueous solution of sulfuric acid and hydrofluoric acid, to decape. The exposure time is between: 1 and 5 minutes. Subsequently, the components are rinsed in deionized water and then brought in a second vessel with deionized water to a temperature which is in the range 85 ... 100 ° C. Thereafter, the components are placed in a gold plating bath having the following composition:

— Gold 0,6 alsTrinatriumbisulfitoaurat (Na₃Au(SOa)₂)Gold 0.6 as trisodium bisulfitoaurate (Na ₃ Au (SO ₂ ) ₂ )

— Formaldehyd 0,9... 1,1 g/l (HCHO)Formaldehyde 0.9 ... 1.1 g / l (HCHO)

— Natriumsulfit 7,7... 8,3 g/l (NaSO₃)Sodium sulfite 7.7 - 8.3 g / l (NaSO ₃ )

— Ethylendiamin 0,7... 0,8 g/l NH₂-CH₂-CH₂-NH₂ - Ethylenediamine 0.7 ... 0.8 g / l NH ₂ -CH ₂ -CH ₂ -NH ₂

— Ethylendiamintetraessigsäure- 0,9... 1,0 g/l di-NatriumsalzEthylenediaminetetraacetic acid 0.9-1.0 g / l di-sodium salt

— Kaliumbromid 0,8...1,2g/l- Potassium bromide 0.8 ... 1.2g / l

Zusätzlich können dem Vergoldungsbad zur Beschleunigung der Abscheidung 0,1 ...10 mg/4 Thallium-I-Nitrat zugesetzt werden.In addition, 0.1 ... 10 mg / 4 thallium I nitrate may be added to the gilding bath to accelerate deposition.

Der pH-Wert der Lösung wird durch Zugabe von Schwefelsäure im Bereich 7... 13 eingestellt. Die Badtemperatur soll zwischen 82 und 98°C gehalten werden. Die Badbelastung kann zwischen 1 bis 10dm²/l liegen. Die Einwirkdauer des Bades liegt günstigerweise im Bereich 0,5:.. 10 Minuten. Die Abscheidungsgeschwindigkeit der Goldschicht ist bis nahe der Erschöpfung des Bades verhältnismäßig konstant. Zur Erhaltung der Lötfähigkeit von Nickelschichten genügen bei Erhaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens Überzüge mit einer Dicke von 10 bis50nm. Die gewonnenen Überzüge sind besonders feinkörnig und flächenhaft. Die Haftfestigkeit der erzeugten Schichten ist sehr gut und übertrifft die Bruchfestigkeit des Siliciums.The pH of the solution is adjusted by addition of sulfuric acid in the range 7 ... 13. The bath temperature should be kept between 82 and 98 ° C. The bath load can be between 1 and 10dm ² / l. The exposure time of the bath is favorably in the range 0.5: .. 10 minutes. The deposition rate of the gold layer is relatively constant until near exhaustion of the bath. In order to maintain the solderability of nickel layers, coatings with a thickness of 10 to 50 nm are sufficient when the process according to the invention is preserved. The coatings obtained are particularly fine-grained and areal. The adhesive strength of the layers produced is very good and exceeds the breaking strength of silicon.

Es muß ergänzt werden, daß auch anders hergestellte Nickelschichten —z. B. galvanisch abgeschiedene oder gesputterte—mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zufriedenstellende Ergebnisse liefern.It must be added that also differently prepared nickel layers -z. B. galvanically deposited or sputtered-provide satisfactory results with the method according to the invention.

embodiment

Es sollen nach einem bekannten-stromlosen Verfahren beidseitig vernickelte Siliciumscheiben vergoldet werden. Dazu werden die Scheiben aufrecht in Kunstoffmagazine gestellt und im 1 .Verfahrensschritt 10s in gepufferte Flußsäure getaucht, danach für die Dauer von 30s in.fließendem deionisiertem Wasser gespült und dann für die Dauer von 60s in ein Gefäß mit deionisiertem Wasser gebracht, dessen Temperatur 90^cC beträgt und nach Ablauf dieser Zeit unverzüglich in ein Vergoldungsbad getaucht, dessen Temperatur 82°C beträgt, mit einer Zusammensetzung:It should be gilded on both sides nickel-coated silicon wafers according to a known-electroless method. For this purpose, the discs are placed upright in plastic magazines and dipped 10s in buffered hydrofluoric acid in the 1 .Verfahrenschritt, then rinsed for 30s in.ließendem deionized water and then placed for 60s in a vessel with deionized water whose temperature is 90 ^c C, immediately after this time immersed in a gilding bath at a temperature of 82 ° C, having a composition of:

Goldgold 0,6 g/l0.6 g / l als Na₃Au(SO₃J₂ as Na ₃ Au (SO ₃ J ₂ 0,1 g/l0.1 g / l HCHOHCHO 8,0 g/l8.0 g / l Na₂SO₃ Na ₂ SO ₃ 0,75 g/l0.75 g / l NH₂-CH₂-CH₂-NH₂ NH ₂ -CH ₂ -CH ₂ -NH ₂ Ethylendiamintetraessigsäure-ethylenediaminetetraacetic 1,0 g/l1.0 g / l di-Natriumsalzdi-sodium salt 1,0 g/l1.0 g / l KBrKBr 2,0 mg/l2.0 mg / l TINO₃ TINO ₃ 12,012.0 pH-WertPH value

Die Scheiben werden nach einer Vergoldungszeit von 2 min dem Bad entnommen, in deionisertem Wasser gespült und in einer Zentrifuge getrocknet.The discs are removed from the bath after a gilding time of 2 minutes, rinsed in deionized water and dried in a centrifuge.

Es zeigte sich, daß bei Scheiben, die durch Sputtern vernickelt sind, ebenfalls gute Ergebnisse mit einem Bad gleicher Zusammensetzung, aber dem pH-Wert 7,4 erzielt werden.It has been found that slices plated by sputtering also give good results with a bath of the same composition but with a pH of 7.4.

Claims

Invention claim:

1. the cementation baths,

1. A method for preserving the solderability of nickel layers, characterized in that the nickel-plated substrates dipped in an etching solution of dilute hydrofluoric acid for a period of 1 to 5 minutes, then placed in deionized water at a temperature in the range 85 ... 100 ⁰ C. and then in a gilding bath with the composition

with a pH adjusted by sulfuric acid in the range 7 ... 13 and bath temperatures in the range 82 to 98 ° C for a period of 0.5 to 10min at a bath load of 1 to 10dm ² / l and finally rinsed in deionized water and be dried.

2. The method according to item 1, characterized in that a sulfuric acid mixture is used as the etching solution for the pretreatment of the nickel-plated substrates.

3. The method according to item 1, characterized in that the gold plating bath 0.1 ... lOmg / IThallium-l-nitrate are added.

Field of application of the invention

The invention relates to a method for the (permanent) preservation of the solderability of nickel layers, preferably those which are applied as contact layers in the manufacture of electronic components.

Characteristic of the known technical solutions

In electrical engineering / electronics, it is customary metallized, in particular nickel-plated components, by means of a lead-tin solder and a corresponding soldering on a support, socket, heat sink o.a. to fix. A prerequisite for optimal soft solder joints is a good wetting of the metal surfaces to be joined. This can be considerably impaired by coatings (eg oxides) on the metal surfaces. It is known that nickel surfaces form particularly fast passive cover layers, which reduce the solderability. To improve solderability, therefore, the use of reducing flux for solder or soldering in a reducing atmosphere has been proposed. Furthermore, the mechanical destruction of the oxide layers z. B. known by ultrasound. Other known methods are the thermal decomposition of metal oxides and the brazing under a protective gas atmosphere, whereby the formation of oxides should be avoided. All mentioned auxiliaries have proved disadvantageous in the production of semiconductor components and nickel-plated contact surfaces. The best achievement was the gilding of the nickel layers. The gilding can be done by sputtering, vapor deposition, galvanic or chemical (electroless) deposition. Sputtering and evaporation are disadvantageous because the deposition of the gold also occurs on parts of the components or equipment where it is troublesome or at least not required. An increased gold consumption is necessary. Although the electrolytic deposition of gold is more economical, it requires an electrical connection to every surface that is to be gold-plated, which itself can again disturb the gold plating. There are therefore also a number of baths for electroless gold plating, which can be divided into two groups:

2. the reductive baths.

A cementation bath is described for example in DE-OS 2803147. However, it has the principal disadvantage - like all Zementationsbäder - attack the substrate and low adhesion of the gold layer produced. Furthermore, the layer thickness of the producible with this bath gold coatings is limited. The electroless gold plating bands also include the reductive Bas, which is described in WP 150762, which is characterized by its non-toxicity and relative stability. Commercially available reducing agents are used for this purpose (sodium hypophosphite, formaldehyde and hydrazine); to stabilize the solution, sodium sulfide, a di- or triaminalkyl, di- or triaminoaryl and / or di- or triaminoaralkyl compound, potassium bromide and a chelating agent are used. The gold salts used are alkali metal sulfitoaurates of the general formula MeAu (SO ₃₎ The temperature of the bath should be in the range from 353 to 371 K. A disadvantage of the bath with the specified tolerances of the bath composition is that a reliable preservation of the solderability takes place only at layer thicknesses of Au Layer of> 200nm occurs.

To reduce the gold layer thickness, coatings of the nickel layer with palladium and subsequently gold flash are also known. The disadvantage here is that an additional noble metal layer is needed.

Object of the invention

It is the object of the invention to preserve the shelf life of nickel-plated electronic components (component chips) while preserving the possibility of further processing with the most economical use of oil.