DD299382A7 - Chemisch-reduktive gold-elektrolyt-kombination und verfahren zur goldabscheidung unter verwendung dieser kombination - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine chemisch-reduktive Gold-Elektrolyt-Kombination und ein Verfahren zur Goldabscheidung unter Verwendung dieser Kombination, bevorzugt zur Goldabscheidung auf Nickel- und Nickellegierungsschichten. Die Kombination besteht aus einem Vorbad und einem Hauptbad und gegebenenfalls einer Dekapierloesung und gegebenenfalls einer Vorbehandlung. Die erhaltene Goldschicht ist chip- und drahtbondbar.{chemisch-reduktive Gold-Elektrolyt-Kombination; Goldabscheidung; Goldabscheidung auf Nickelschichten; Goldabscheidung auf Nickellegierungsschichten; chipbondbare Goldschicht; drahtbondbare Goldschicht}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die chemisch-reduktive Gold-Elektrolyt-Kombination und das Verfahren zur Goldabscheidung unter Verwendung dieser Kombination kann für die Herstellung von haftfesten Goldschichten, bevorzugt auf Ni-, Ni_xPy- oder Ni_xB_y-Oberfläclien, genutzt werden. Besonders ist die stabile Elektrolyt-Kombination für die Herstellung von Chip- und Drahtbondinseln geeignet.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik »

Die Verwendung chemisch-reduktiver Metallisierungsbäder für die Herstellung von Goldschichten ist allgemein bekannt (Goldie, Gold als Oberfläche, technisches und dekoratives Vergolden, 1983). Schwierigkeiten bei der Vergoldung ergeben sich bei der Abscheidung auf Nickelschicht-Oberflächen. Entweder findet keine Abscheidung auf Nickel-oder Nickellegierungsoberflächen statt (US-PS 1322203) oder es handelt sich um eine Zementationsabscheidung (US-PS 3123484), die nur die Abscheidung dünner Goldschichten gestattet (DD-PS 265 915). Eine Zementation des Goldes hat außerdem den Nachteil, bei längeren Behandlungszoiten zur Verschlechterung dar Haftfähigkeit der Goldschicht zu führen.

Zum Chip- bzw. Drahtbonden werden Goldschichtdicken von 0,2-3,0Mm benötigt. Die dafür angegebenen Elektrolyte mit hoher Abscheidungsrate sind jedoch nur b grenzt stabil (Rich, D. W., Proc. Am. Electropl. foe. 1971, S. 58 und US-PS 4169171). Häufig werden für selektive Beschichtungsaufgaben alkalisch lösliche Fotoresists oder -lacke zur Abdeckung nicht zu beschichtender Flächen eingesetzt. Es können daher keine im alkalischen Bereich, >pH 9 arbeitenden Gold-Elektrolyte benutzt werden (Dettke, Stromlose Beschichtung, Eugen G.Leuze Verlag 1988, S.74-78).

Ebenso wird in der DD-PS 263307 ein chemisch-reduktives Goldbad mit hoher Abscheidungsrate beschrieben. Nachteil dieses Bades ist jedoch, daß ein gleichzeitiger zementotiver Abscheidungsprozeß stattfindet.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines stabilen chemisch-reduktiven Metallisierungsbades im nichtalkalischen Bereich für die Herstellung von haftfesten Goldschichten auf Ni-, Ni_xPy oder Ni_KB_y-Oberflächen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgab'e der Erfindung ist es, eine stabile Abscheidung von haftfesten, bondbaren Goldschichten von >0,2μιη mit besonders schnellen Abscheldungszeiten zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Gold-Elektrolyt-Kombinatlon, bestehend aus einem Vorbad, enthaltend einen Gold-Strlke-Elektrolyten mit dem Anion Disulfitoaurat-I ([Au(SOa)₂)³') als Goldsalz, einem Alkali- und/oder Ammoniumsulfit (SO₃)²' als Stabilisator und einem Reduktionsmittel, und einem Hauptbad, enthaltend das Anion Dlcyanoaurat-I [Au(CN)₂ ^-) als Goldsalz, Thioharnstoff oder dessen Derivate als Stabilisatoren und Cobalt-Il-Salze als Reduktionsmittel, gegebenenfalls fines Komplexbildners und gegebenenfalls eines Nickel-Il-Salzes, gelöst.

Derlm Vorbad enthaltene Gold-Strike-Elaktrolyt mit dem Anion Disulfitoaurat-I kann in Form seiner Ammonium· oder Alkalisalze eingesetzt werden. Als geeignete Reduktionsmittel des Vorbades eignen sich beispielsweise Aldehyde und Aldehyd-Sulfit-Addukte. Besonders geeignet ist Formaldehyd (Methanal) und das Addukt Formaldehyd/Natriumsulfit (Rongalit*). Dem Vorbad kann gegebenenfalls ein Komplexbildner, beispielsweise Ethylendiamin, zugesetzt werden. Das Im Hauptbad verwendete Goldanion, Dicyanoaurat-I, kann ebenfalls in Form seiner Ammonium-, oder Alkalisalze eingesetzt werden. Dem Hauptgold werden als Stabilisatoren Thioharnstoff oder dessen Derivate zugesetzt; beispielsweise Thiosemicarbazid.

Als wesentlicher Bestandteil des Hauptbades werden dem Elektrolyten CobalMI-Salze zugesetzt, beispielsweise Cobalt-Ilhalogenide, Cobalt-ll-sulfat, Cobalt-ll-nitrat, Cobalt-ll-formiat oder Cobalt-ll-acetat.

Gegebenenfalls kann dem Hauptgold ein Nickelsalz, beispielsweise ein Nickel-ll-halogenid, mit besonderem Vorteil Nickel-Ilchlorid, zur Erhöhung der Abscheidungsgeschwindigkeit zugesetzt werden.

Zur Beschichtung von Nickel- oder Nickellegierungsoberflächen kann es notwendig sein, zusätzlich eine Dekapierlösung zu verwenden. Diese Dekapierlösung besteht aus einer Hydroxycarbonsäure oder deren Salzen und Ammoniumchlorid. Als geeignete Hydroxycarbonsäuren sind beispielsweise Weinsäure oder Citronensäure zu nennen.

Die Dekapieriösung ist anzuwenden, wenn die vorhandene Nickel· oder Nickellegierungsoberfläche bei der Goldbeschichtung eine hohe Zementation zeigt und eine zusätzliche Auflösung der Nickelschicht durch die saure Elektrolytlösung auftritt. Lösungen aus Alkali- oder Ammonium-carbonsäuren, beispielsweise Natriumeitrat mit Ammoniumchlorid bei pH 6-8 passiveren Nickeloder Nickellegierungsoberflächen. Die Zementationsrate wird dadurch vermindert. Ein im Neutralbereich bis maximal pH 8 arbeitender Gold-Strike-Elektrolyt, der ebenfalls eine Alkali- oder Ammoniumcarbonsäure und Ammoniumchlorid enthält, gewährleistet eine haftfeste Abscheidung von Goldschichten. Eine zusätzliche Auflösung der passiven Nickelschichten (beispielsweise selektiv unter den Goldschichten) tritt nicht auf. Die dichte Vorgoldschicht schützt die Nickeloberfläche vor einer selektiven Auflösung im sauren Gold-Haupt-Elektrolyten. Der saure Gold-Haupt-Elektrolyt wird durch die Verwendung von Thioharnstoff oder dessen Derivaten zusätzlich stabilisiert, wobei bei bleibender Stabilität durch eine angepaßte Konzentration von Nickelionen (Nickelchlorid) im Elektrolyt eine Beschleunigung der katalytischen Roduktionsreaktion und damit eine Abscheidungsrate von 2 μιη/η erzielt wird.

Durch eine Vorbehandlungslösung im Falle der Weitervergoldung von Gold und/oder Goldoberfläche kann die Startreaktion der Abscheidung vom Hauptgold beschleunigt werden. Die Vorbehandlungslösung besteht aus Schwermetallionen, z. B. NI^J+-lonen und/oder Co²⁺-lonen im sauren Milieu, die an der Goldoberfläche adsorbiert werden und das Oberflächenpotential verändern. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Goldabscheidung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Elektrolyt-Kombination und gegebenenfalls der Dekapierlösung.

Ausführungsbeispiele Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von 4 Beispielen näher erläutert. Beispiel 1 Der Erfindungsgegenstand eignet sich besonders gut zur Abscheidung von Goldschichten auf leitend gemachten Keramik-Chip· Carrier-Gehäusen. Dabei werden sie mit chemisch-reduktiven Nickel-Phosphor-Schichten und Gold (2-3pm) als äußeres Kontaktschichtsystem metallisiert. Die Nickel-Phosphorschicht wird zunächst mit folgender Dekapierlösung 30s bei Zimmertemperatur behandelt:

10 g/1 Natriumeitrat

15g/l Ammoniumchlorid.

Anschließend erfolgt die Vergoldung mit der erfindungsgemäßen Kombination.

a) Gold-Strike-Elektrolyt: 30 Minuten, 6O⁰C GoIdBIsNa₃Au(SO₃I₂ 0,6 g/l Methanal 0,1 g/l Natriumeitret 10,0 g/l Na₂SO₃ 5,0 g/l Ethylendiamin 0,84 g/l NH₄CI 15,0 g/l

b) Gold-Haupt-Elektrolyt: 90 Minuten, 82-84⁰C KAu(CN)₂ 6,0 g/l Thioharnstoff 24,8 g/l CoCI₂-6H₂O 20,0 g/l NiCI₂-6H₂O 10,0 g/l Ammoniumdihydrogencitrat 20,0 g/l

Beispiel 2 Eine teilweise mit alkalisch löslichem Festresist „Riston 3615"· abgedeckte Miniaturleiterplatte soll selektiv auf vorhandenen,

chemlsch-reduktiv vernickelten Kupfer-Kontaktschichtstrukturen vergoldet werden.

Dekapierlösung wie Beispiel 1. Anschließend erfolgt die Vergoldung mit folgender erfindungsgemSßer Kombination:

a) Gold-Strike-Elektrolyt: IS Minuten, 6O⁰C, pH 5,1 mit Citronensäure Gold als (NH₄)JAu(SOj)₂ 1,0 g/l

Methanal 0,15 g/l Natriumeitrat 15,0 g/l

Na₂SO₃ 7,0 g/l

Ethylendiamin 0,84 g/l

NH₄CI 10,0 g/l

b) Gold-Haupt-Elektrolyt: 30 Minuten, 82-84⁰C KAu(CN)₂ 4,0 g/l Thioharnstoff 20,0 g/l CoCI₂ -6H₂O 20,0 g/l NlCI₂-6H₂O 15,0 g/l Ammoniumdihydrogencitrat 15,0 g/l <

Beispiel 3

Eine Streifenleitungsschaltung auf AI₂O₃-Keramik soll mit dem Schichtsystem Ni_xP_y-galv. Cu-Ni_xPy-Au aufgebaut werden. Mit lift-off-Technik wird zunächst die Leitbahnstruktur einschl. galv. Kupfer hergestellt. Nach dem Entfernen des Fotolackes wird das Schichtsystem Ni„P_y-galv. Kupfer mit Ni_xPy aus einem alkalischen Elektrolyten beschichtet und mit der erfindungsgemäßen Kombination folgendermaßen vergoldet:

a) Gold-Strike-Elektrolyt: 30 Minuten, 6O⁰C analog Beispiel 2, Jedoch mit Gold als (NH₄IaAu(SO₃I₂ 1,2 g/l Ammoniumdihydrogencitrat 20,0 g/l

(anstelle Natriumeitrat)

b) Vorbehandlungslösung für Gold: 4 Minuten, 82-84⁰C NiCI₂-6H₂O 15,0 g/l

CoCI₂-6H₂O 20,0 g/l

gelöst in 15%iger Salzsäure

c) Goid-Haupt-Elektrolyt: 30 Minuten, 82-84⁰C KAu(CN)₂ 7,0 g/l Thioharnstoff 25,0 g/l CoCI₂-6H₂O 15,0 g/l NiCI₂-6H₂O 15,0 g/l Ammoniumdihydrogencitrat 20,0 g/l

Beispiel 4 Durch Lasermetallisierung wird eine Ni_xP_y-Struktur aus einem alkalischen Elektrolyten auf AI₂O₃-Keramik hergestellt. Zur Herstellung von Drahtbondinseln soll diese Struktur vergoldet werden. Eine spezielle Dekapierlösung wird nicht verwendet. ' Anschließend erfolgt die Vergoldung mit der erfindungsgemäßen Kombination.

a) Gold-Strike-Elektrolyt: 15 Minuten, 6O⁰C Gold als (NH₄J₃Au(SO₃)J 2,0 g/l Methanal 0,1 g/l Natriumeitrat 10,0 g/l Na₂SO₃ 5,0 g/l Ethylendiamin 0,84 g/l NH₄CI 15,0 g/l

b) Gold-Haupt-Elektrolyt: 30 Minuten, 82-84^eC, pH 5 mit NH₄OH KAu(CN)₂ . 5,0 g/l Thioharnstoff 24,8 g/l

CoCI-6H₂O 20,0 g/l

NiCI₂-6H₂O 10,0 g/l

Ammoniumdihydrogencitrat 20,0 g/l

Claims (7)

1. Chemisch-reduktive Gold-Elektrolyt-Kombination, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einem Vorbad, enthaltend einen Gold-Strike-Elektrolyt mit dem Anion Disulfitoaurat-I ([Au(SO₃I₂]³") als Goldsalz, einem Alkali- oder Ammoniumsulfit (SOa)^2- als Stabilisator und einem Reduktionsmittel und gegebenenfalls einem Komplexbildner und einem Hauptbad, enthaltend das Anion Dicyanoaurat-I [Au(CN)₂ ^-] - als Goldsalz, Thioharnstoff oder dessen Derivate als Stabilisatoren, Cobalt-Il-Salze als Reduktionsmittel, und gegebenenfalls ein Nickel-Il-Salz, bestehen.

2. Chemisch-reduktive Gold-Elektrolyt-Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gold-Strike-Elektrolyt 0,3-2,0g/l Gold als Na₃[Au(SOa)₂), 3-15g/l Natriumsulfit, 0,05-1,0g/l Ethylendiamin, 0,1—0,5g/l Methanal, 10—25g/l Ammoniumchlorid und 5-25g/l Salz einer Hydroxycarbonsäure enthält.

3. Chemisch-reduktive Gold-Elektrolyt-Kombination nach mindestens einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gold-Haupt-Elektrolyt 3-10g/l K [Au(CN)₂], 5-25g/l Thioharnstoff, 10-30g/l CoCI₂ · 6H₂0,5-15g/l NiCI₂ · 6H₂O und 10-30g/l eines Ammoniumsalzes einer Hydroxycarbonsäure enthält.

4. Verfahren zur Goldabscheidung, dadurch gekennzeichnet, daß als Bad eine chemisch-reduktive Gold-Elektrolyt-Kombination gemäß Anspruch 1 und gegebenenfalls eine Dekaoierlösung, bestehend aus einer Hydroxycarbonsäure oder deren Salzen und Ammoniumchlorid, verwendet wird.

5. Verfahren zur Goldabschoidun nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dekapierlösung, enthaltend 1—2üg/l einer Hydroxycarbonsäure oder deren Salz und 5-25g/l Ammoniumchlorid, verwendet wird.

6. Verfahren zur Goldabscheidung, dadurch gekennzeichnet, daß als Bad eine chemisch-reduktive Gold-Elektrolyt-Kombination gemäß Anspruch 1 und gegebenenfalls eine Vorbehandlungslösung für zu vergoldende Oberflächen, bestehend aus einer sauren Lösung, die Ni²⁺-lonen und/oder Co²⁺-lonen enthält, verwendet wird.

7. Verfahren zur Goldabscheidung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf 60-9O⁰C erhitzte Vorbehandlungslösung, enthaltend 10-30g/l NiCI₂ · 6H₂O und 5-15g/l CoCI₂ · 6H₂O verwendet wird.