DE4425110C1

DE4425110C1 - Wäßriges Bad für die galvanische Abscheidung von Palladiumüberzügen, Verfahren der galvanischen Abscheidung sowie Verwendung des Bades

Info

Publication number: DE4425110C1
Application number: DE19944425110
Authority: DE
Inventors: Thomas Frey; Guenther Dr Herklotz; Gerhard Arnold; Ruediger Dr Thiele
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1994-07-15
Filing date: 1994-07-15
Publication date: 1995-10-26
Anticipated expiration: 2014-07-16

Description

Die Erfindung betrifft ein wässeriges Bad für die galvanische Abscheidung von Palladium-Über zügen, das 5-50 g/l Palladium als Aminpalladiumdihalogenid, Ammoniumbromid, 10-150 g/l Amidosulfonsäure und/oder Ammoniumsulfamat und ein Pyridin-Derivat enthält und einen mit Ammoniumhydroxid eingestellten pH-Wert von 6,5-10 aufweist, ein Verfahren zur galvanischen Abscheidung von Palladium-Überzügen daraus und deren Verwendung.

Nach der deutschen Offenlegungsschrift 30 45 968 lassen sich duktile, porenfreie und haftfeste Palladium-Beschichtungen aus einem Bad galvanisch abscheiden, das 5-50 g/l Palladium amminchlorid und/oder -bromid, 10-150 g/l Sulfamidsäure und 10-150 g/l Ammoniumchlorid enthält und einen pH-Wert von etwa 6,5-10,0 aufweist. Die Palladium-Beschichtungen sind besonders für elektrische Kontakte geeignet.

Aus der deutschen Patentschrift 33 17 493 ist ein wässeriges Bad für die galvanische Abschei dung von Palladium-Überzügen bekannt, das 5-50 g/l Palladium als Tetramminpalladiumdibro mid, 10-150 g/l Ammoniumbromid, 10-150 g/l Amidosulfonsäure und/oder Ammoniumsulfa mat und als Pyridin-Derivat 1-20 g/l Nicotinsäure und/oder 0,1 mg/l-0,5 g/l Nicotinsäureamid enthält und einen pH-Wert von 6,5-10 aufweist. Aus diesem Bad lassen sich bei einer Tempe ratur von 20-50°C und einer Stromdichte von 0,1-20 Ndm² haftfeste, duktile, glänzende und poren- und rißfreie Palladium-Überzüge mit einer Schichtdicke von 0,5-10 Mikrometer ab scheiden.

Die deutsche Offenlegungsschrift 3347 384 betrifft ein galvanisches Palladium-Bad, das als Komplexbildner Pyridin oder ein Pyridin-Derivat enthält und dadurch die schnelle Abscheidung von glänzenden, hochduktilen, haftfesten, riß- und porenfreien Palladium-Schichten ermöglicht.

Die aus dem Bad gemäß der deutschen Patentschrift 33 17 493 abgeschiedenen Palladium- Überzüge sind für die Verwendung auf dem Gebiet der elektrischen Kontakte sehr gut geeignet, können aber, da nur unzureichend bondbar, zur Herstellung elektrischer Verbindungen durch Bonden nicht benutzt werden. Das Bonden ist ein in der Halbleitertechnik angewandtes Verfah ren zur Herstellung elektrischer Verbindungen zwischen den Kontaktstellen der Chips und den internen Anschlußflächen der Systemträger unter Verwendung sehr feiner Drähte, der Bond drähte, die häufig aus Gold oder Gold-Legierungen bestehen. Die Bondanschlüsse werden durch Ultraschallschweißen, Thermokompression beziehungsweise das Thermosonic-Verfah ren hergestellt. Die externen Anschlüsse zur gedruckten Schaltung werden meist durch Löten hergestellt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Bad der eingangs charakterisierten Art und ein Verfahren für die galvanische Abscheidung von Palladium-Überzügen daraus zu finden, womit sich zur Herstellung elektrischer Verbindungen durch Löten und Bonden geeignete Palladium-Überzüge erzeugen lassen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bad gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zu seiner Herstellung Diamminpalladiumdichlorid als Palladium-Quelle verwendet wird und es 0,01-2 g/l des Pyridin-Derivats und Bromid und Chlorid in einem Mol-Verhältnis von 3 zu 1 enthält.

Das Bad mit einem pH-Wert von 8-9 hat sich besonders bewährt.

Zur Verwendung in dem Bad gemäß der Erfindung geeignete Pyridin-Derivate sind zum Bei spiel Methyl-, Hydroxymethyl-, Formyl-, Acetyl- und Sulfopropylpyridin,
Hydroxy- und Sulfopolyethoxymethylpyridine der allgemeinen Formel I

mit R = Hydroxy- oder Sulfo-Gruppe und m = 4-8,
Carboxymethylenoxy-polyethoxymethylpyridine der allgemeinen Formel II

mit n = 3-7 und die Ester und Amide davon und
Pyridiniumverbindungen, wie das Pyridinium-N-propylsulfonat und seine 4-Formyl- und 4-Carbamoylderivate.

Besonders bewährt haben sich Nicotinsäure, Nicotinsäureamid und N-substituierte Nicotinsäu reamide, wie zum Beispiel N,N-Dimethylnicotinsäureamid.

Das Verfahren zur galvanischen Abscheidung von Palladium-Überzügen aus dem Bad gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Bad bei einer Temperatur von 20-50°C und einer Stromdichte von 0,1-20 A/dm² betrieben wird. In günstiger Weise kann auch mit ei nem Bad, das Raumtemperatur aufweist, gearbeitet werden.

Unter diesen Bedingungen lassen sich lötbare, haftfeste und rißfreie Überzüge mit Schichtdic ken im Bereich von 0,01-0,5 Mikrometer abscheiden. Überraschenderweise besitzen die aus dem Bad und nach dem Verfahren gemäß der Erfindung abgeschiedenen Palladium-Überzüge auch eine sehr gute Bondbarkeit, die - so wird vermutet - wesentlich auf dem ausgewählten Bromid/Chlorid-Mol-Verhältnis und dem Zusammenwirken von Bromid, Chlorid und Pyridin-De rivat beruht.

Die unter Einsatz der aus dem Bad und nach dem Verfahren gemäß die Erfindung erzeugten Palladium-Überzüge hergestellten gebondeten Verbindungen zeichnen sich durch ihre hohe Haftfestigkeit und Zuverlässigkeit aus, so daß sich die Palladium-Überzüge sehr gut als interne Anschlußflächen von Systemträgern verwenden lassen. Da sie - aufgrund ihrer Lötbarkeit - ebenso als externe Anschlußflächen geeignet sind, wird durch die Erfindung die Möglichkeit ge schaffen, die sonst übliche Verzinnung der für die externen Anschlüsse vorgesehenen Flächen einzusparen und die internen und externen Anschlußflächen durch galvanische Abscheidung in nur einem Verfahrensschritt aus einem einzigen Bad zu erzeugen. Vorteilhafterweise bildet dann der Palladium-Überzug in Form einer durchgehenden Deckschicht die Oberfläche des Sy stemträgers, so daß auch das sonst erforderliche aufwendige selektive Galvanisieren entfällt.

Die Palladium-Überzüge lassen sich beispielsweise auf Kupfer, Kupfer-Legierungen, wie Kup fer/Beryllium und Messing, Nickel und Nickel-Legierungen abscheiden.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden in den folgenden Beispielen ein Bad gemäß der Erfindung und - zum Vergleich dazu - zwei bekannte Bäder und die Abscheidung von Palladi um-Überzügen daraus beschrieben. Zur Prüfung, ob die abgeschiedenen Palladium-Überzüge bondbar sind oder nicht, wird die Kraft zum Abreißen (Abreißkraft) von damit verbundenen Gold-Bonddrähten bestimmt.

Beispiel 1

Es wird eine Lösung aus Wasser und

15 g/l Pd als Pd(NH₃)₂Cl₂,
80 g/l NH₄Br,
50 g/l Amidosulfonsäure und
10 mg/l Nicotinsäureamid

hergestellt und mit NH₄OH auf einen pH-Wert von 8,7 eingestellt. Aus diesem Bad mit einer Temperatur von 24°C werden mit einer Stromdichte von 3 A/dm² auf vernickelten CuFe2-Blechen Palladium-Überzüge mit einer Schichtdicke von etwa 0,05 Mikrometer abge schieden. Die Überzüge sind haftfest, rißfrei, lötbar und bondbar.

Beispiel 2 (Vergleich)

Es wird eine Lösung aus Wasser und

15 g/l Pd als Pd(NH₃)₂Cl₂,
80 g/l NH₄Cl,
50 g/l Amidosulfonsäure und
10 mg/l Nicotinsäureamid

hergestellt und mit NH₄OH auf einen pH-Wert von 8,7 eingestellt. Aus diesem Bad mit einer Temperatur von 24°C werden mit einer Stromdichte von 3 A/dm² auf vernickelten CuFe2-Blechen Palladium-Überzüge mit einer Schichtdicke von etwa 0,05 Mikrometer abge schieden. Die Überzüge sind haftfest, rißfrei und lötbar.

Beispiel 3 (Vergleich)

Es wird eine Lösung aus Wasser und

15 g/l Pd als Pd(NH₃)₄Br₂,
80 g/l NH₄Br,
50 g/l Amidosulfonsäure und
10 mg/l Nicotinsäureamid

hergestellt und mit NH₄OH auf einen pH-Wert von 8,7 eingestellt. Aus diesem Bad mit einer Temperatur von 24°C werden mit einer Stromdichte von 3 Ndm² auf vernickelten CuFe2-Blechen Palladium-Überzüge mit einer Schichtdicke von etwa 0,05 Mikrometer abge schieden. Die Überzüge sind haftfest, rißfrei und lötbar.

Bestimmung der Abreißkraft zur Prüfung der Bondbarkeit

Unter Verwendung der gemäß den Beispielen mit einem Palladium-Überzug versehenen ver nickelten CuFe2-Bleche und von Gold-Bonddrähten mit einem Durchmesser von 25 Mikrometer werden Bondanschlüsse nach dem Thermosonic-Verfahren hergestellt. Die Abreißkraft der Bondanschlüsse wird durch sogenannte Pull-Tests (Pulltester: Precima MCT 15) bestimmt, wo bei mittels eines kleinen Hakens bei stereomikroskopischer Betrachtung die Drahtschleife an der Bondstelle abgerissen und die dazu erforderliche Abreißkraft über eine Kraftmeßzelle regi striert wird.

Die in jeweils 40 Pull-Tests ermittelten Minimum-, Mittel- und Maximum-Werte der Abreißkraft werden in der Tabelle angegeben. Der Vergleich der Werte zeigt, daß die Bondstellen auf den aus dem erfindungsgemäßen Bad abgeschiedenen Palladium-Überzügen die größte Haftfestig keit besitzen.

In der Praxis besitzen die Minimum-Werte eine besondere Bedeutung für die Bewertung der Bondbarkeit. Von fehlender Bondbarkeit wird bei Werten unterhalb von 4 cN (Centinewton) ge sprochen; denn dann treten Ausfälle durch Bruch an den Bondstellen auf, wenn die gebondeten Halbleiterbauelemente zum Schutz gegen mechanische und atmosphärische Einflüsse mit Kunststoff umhüllt werden. Bei den Palladium-Überzügen gemäß der Erfindung beträgt der Mi nimum-Wert 5,2 cN. Damit ist beim Einspritzen der viskosen Kunststoffpreßmasse eine zuver lässige Haftfestigkeit der Bondstellen gewährleistet.

Tabelle

Claims

1. Wässeriges Bad für die galvanische Abscheidung von Palladium-Überzügen, das 5-50 g/l Palladium als Aminpalladiumdihalogenid, Ammoniumbromid, 10-150 g/l Amidosulfon säure und/oder Ammoniumsulfamat und ein Pyridin-Derivat enthält und einen mit Ammo niumhydroxid eingestellten pH-Wert von 6,5-10 aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zu seiner Herstellung Diaminpalladiumdichlorid als Palladium-Quelle verwendet wird und es 0,01-2 g/l des Pyridin-Derivats und Bromid und Chlorid in einem Mol-Verhältnis von 3 zu 1 enthält.

2. Bad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen pH-Wert von 8-9 aufweist.

3. Bad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als Pyridin-Derivat Nicotin säure oder Nicotinsäureamid enthält.

4. Verfahren zur galvanischen Abscheidung von Palladium-Überzügen unter Verwendung ei nes Bades nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bad bei einer Temperatur von 20-50°C und einer Stromdichte von 0,1-20 A/dm² betrieben wird.

5. Verwendung des Bades nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Abscheidung von Palla dium-Überzügen als interne Anschlußflächen von Systemträgern.

6. Verwendung des Bades nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Abscheidung von Palla dium-Überzügen als externe Anschlußflächen von Systemträgern.

7. Verwendung des Bades nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Abscheidung von Palla dium-Überzügen als durchgehende löt- und bondbare Deckschichten von Systemträgern.