DE69607130T2 - Elektroplattieren von Nickel auf Nickel-Ferrit Vorrichtungen - Google Patents
Elektroplattieren von Nickel auf Nickel-Ferrit VorrichtungenInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft das Gebiet der Elektroplattierung und insbesondere die Elektroplattierung einer Nickelschicht auf eine Nickelferriteinrichtung.
- Bei der Herstellung von Schaltkreisen, die magnetische Komponenten umfassen, ist es manchmal nötig, daß eine Nickelschicht auf Leiter elektroplattiert wird, die auf einem Nickel-Ferrit-Substrat angeordnet sind. Bei der Herstellung integrierter Leistungsmodule ist es z. B. wünschenswert, Nickel auf Kupferleiter zu elektroplattieren, die auf Nickel- Zink-Ferrit-Substraten angeordnet sind. Die mit Nickel plattierten Leiter weisen eine Oberfläche auf, die mit Aluminiumdrähten mittels Drahtbondung verbunden werden können, so daß zusätzliche Komponenten direkt mit den Schaltkreiskomponenten auf dem Ferrit-Substrat verbunden werden können.
- Während die Technologie der Nickel-Plattierung im wesentlichen fest etabliert ist, tritt bei der herkömmlichen Plattierung mit Nickel auf Nickel-Ferrit-Substraten ein übermäßiges seitliches Wachstum auf. Zum Beispiel wurde beim Beschichten von Kupferleitern auf Ferrit mit etwa 2 um Nickel ein seitliches Anwachsen von Nickel von über 100 um beobachtet. Ein derartiges Anwachsen ist bei der Herstellung von Schaltkreisbauteilen im höchsten Maße schädlich, da benachbarte Leiter kurzgeschlossen werden können. Außerdem verhindert ein derartiges seitliches Anwachsen die Herstellung hochdichter Schaltkreise mit eng beabstandeten Leitern. Folglich besteht Bedarf für ein neues Verfahren zum Elektroplattieren von Nickel auf Nickel-Ferrit-Substrate.
- US-3,960,674 offenbart ein Verfahren zum Elektroplattieren von Nickel auf leitfähige Metallmuster, die auf einem nicht leitfähigen Ferrit-Substrat ausgebildet sind.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, wie es in Anspruch 1 definiert wird.
- Die Erfindung basiert auf der Entdeckung durch die vorliegenden Anmelder, daß Borsäure in herkömmlichen Nickelplattierungsbädern verantwortlich für übermäßiges seitliches Aufwachsen bei der Elektroplattierung von Nickel auf Nickel-Ferrit-Substrate ist. Während Nickelbäder ohne Borsäure keine akzeptablen galvanischen Niederschläge erreichen, wirkt die Borsäure mit dem Ferrit-Substrat zusammen, wobei ein übermäßiges seitliches Wachstum verursacht wird. Die Anmelder haben ferner entdeckt, daß durch Ausschluß der Borsäure und Hinzufügung eines anderen säurehaltigen Plattierungspuffers, z. B. Zitronensäure, eine isotropische Nickel-Plattierung erhalten werden kann und eine Oberfläche erzeugt wird, die eine Verbindung mittels Drahtbondung ermöglicht.
- Die Vorteile, die Natur und verschiedene zusätzliche Merkmale der Erfindung werden bei der Betrachtung der beispielhaften Ausführungsform ersichtlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben wird.
- Es zeigen:
- Fig. 1 eine schematische Darstellung eines plattierten Nickel-Ferrit-Substrates im Schnitt, das einem übermäßigem seitlichen Wachstum ausgesetzt ist; und
- Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Nickel-Ferrit- Substrates im Schnitt, das gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung plattiert wurde.
- Es ist verständlich, daß diese Zeichnungen lediglich zur Darstellung der Konzepte der Erfindung dienen und nicht maßstabsgetreu sind.
- Nachstehend wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die den Querschnitt eines Nickel-Ferrit-Substrates 10, z. B. Nickel-Zink-Ferrit, zeigt, das einen Leiter 11, z. B. aus Kupfer, trägt. Eine Nickelbeschichtung 12 ist auf dem Leiter unter Einsatz eines herkömmlichen Nickelplattierungsbades abgeschieden worden. Wie dargestellt, erstreckt sich das plattierte Nickel auf jeder Seite des Leiters 11 im wesentlichen weiter als die Dicke des Nickels an der Oberseite des Leiters beträgt. Diese seitliche Erstreckung stellt das übermäßige seitliche Wachstum dar, und es ist leicht ersichtlich, daß dieses Wachstum die dichte Anordnung von Leitern einschränkt.
- Im speziellen beobachteten die Anmelder Plattierungsmuster, die ähnlich zur der in Fig. 1 dargestellten sind, bei denen ein herkömmliches Nickel- Sulfamat-Bad nach Barrett verwendet wurde. 2 um Nickel wurden auf zwei parallele Kupferleiter plattiert, die auf einem Nickel-Zink-Ferrit-Substrat in einem Abstand von 360 um beabstandet sind. Die Plattierung wurde mit einer Stromdichte von 20 mA/cm² 5 Minuten lang durchgeführt. Schichten mit etwa 150 um Nickel wurden an jeder Seite der Leiter abgeschieden. Das Verhältnis der Vertikalabmessung zur seitlichen Ausdehnung war etwa 0,013. Die Verminderung der Plattierungszeit durch Erhöhen der Plattierungsstromdichte verhinderte nicht die übermäßige seitliche Ausdehnung. Auch nicht die Plattierung mit einem anderen kommerziellen Bad, von Sulfamtronics.
- Um zu untersuchen, ob die Borsäure zum seitlichen Wachstum beiträgt, wurden Proben mit Nickel plattiert, und zwar unter Einsatz von Nickel-Sulfamat-Bädern, die verschiedene Mengen Borsäure in einem Bereich von 30 g/L bis unter 2 g/L enthielten. Es ist herausgefunden worden, daß bei einer Borsäurekonzentration von 2 g/L oder weniger kein seitliches Wachsturn beobachtet wurde. Jedoch war die sich ergebende Nickelbeschichtung nicht mit Aluminium mittels einer Drahtbondung verbindbar.
- Da bei herkömmlichen Nickelplattierungsbädern Borsäure als Pufferstoff verwendet wird, um die Bildung von Ni(OH)&sub2; am Kathodenübergang und die Bildung von Wasserstoff zu verhindern, entwickelten die Anmelder neue gepufferte Plattierungsbäder, die im wesentlichen frei von Borsäure sind (< 2 g/L).
- Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht des Querschnitts eines Nickel-Ferrit-Substrates 20, das einen Metalleiter 21 trägt, der mit Nickel 22 von einem Borsäure-freien gepufferten Nickelplattierungsbad elektroplattiert ist. Wie dargestellt, ist das seitliche Wachstum des Nickels im wesentlichen gleich mit dem vertikalen Wachstum, daher ist die Plattierung isotrop.
- Das Nickel-Ferrit-Substrat 20 kann ein beliebiges Nickel-enthaltendes Ferrit umfassen, jedoch wird ein Ferrit in der Form Ni1-xZnxFe&sub2;O&sub4;, NiFe2-xAlxO&sub4; und Ni1-xCdxFexO&sub4; bevorzugt, wobei x von 0 bis nahezu 1 variieren kann. Der Metalleiter 21 kann aus einem beliebigen Metall sein, das mit dem Nickel- Ferrit-Substrat durch Feuerüberzug (Silber-Palladium) oder durch Elektroplattierung zu einem Mischmetallüberzug (z. B. Kupfer auf eine Silber-Palladium-Legierung elektroplattiert) angeheftet werden kann. Das Nickelplattierungsbad umfaßt eine Lösung aus Nickelsalz in einem säurehaltigen Puffer mit einem pH-Wert von etwa 3 oder weniger, die weniger als 2 g/L Borsäure enthält. Es ist möglich, jeden säurehaltigen Puffer zu verwenden, der einen pH-Wert in diesem Bereich aufweist. Bevorzugte Nickelsalze umfassen Nickelsulfat, Nickelsulfamat, Nickelchlorid und Nickel-Fluorborat. Bevorzugte säurehaltige Puffer umfassen Zitronensäure, Essigsäure, Phosphorsäure, Bernsteinsäure, Glycolsäure und Weinsäure.
- Ein Nickelplattierungsbad mit der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt.
- Ni(SO&sub3;NH&sub2;)&sub2; · 4H&sub2;O 383
- NiCl&sub2; · 6H&sub2;O 11
- Zitronensäure 10
- Nickel-Ferrit-Proben mit Kupferleitern wurden bei (22 mA/cm²) mit einem pH-Wert von etwa 1,9 und einer Temperatur in einem Bereich von 35 bis 45ºC plattiert. Dabei wurde kein seitliches Wachstum beobachtet. Die Probe wurde auf eine Dicke von 20 um plattiert. Das seitliche Wachstum wurde mit etwa 20 um gemessen, das bedeutet, daß die Plattierung isotrop war. Das Erscheinungsbild war akzeptabel und die Beschichtung war mittels Drahtbondung mit einem Aluminiumdraht verbindbar.
- Nickelplattierungsbäder mit den gleichen Nickelsalzarten und -konzentrationen wie in Beispiel 1, jedoch mit den nachstehend aufgeführten Puffern wurden vorbereitet. Ferner wurden Nickel-Ferrit-Proben mit Kupferleitern (vorplattiert für 15 Minuten bei 27 mA/cm²) vorbereitet und in den Bädern bei 35ºC mit Nickel plattiert. Die nachstehende Tabelle I zeigt die Konzentration der Puffer, den Plattierungsstrom, den pH-Wert des Bades auf, und ob das Nickel eine übermäßige seitliche Ausdehnung (anisotropisches Wachstum) aufweist und ob die Nickelbeschichtung mit Aluminium mittels Drahtbondung verbindbar war. Tabelle I
Claims (6)
1. Verfahren zum Elektroplattieren von Nickel auf eine
Nickel-Ferrit-Vorrichtung mit folgenden Schritten:
ein Substrat mit Ferrit, welches Nickel umfaßt, wird
bereitgestellt;
ein metallischer Leiter wird an das Substrat
anhaften lassen;
das Substrat und der Leiter werden in ein Nickel-
Plattierungsbad eingetaucht, welches Nickel-Salz und eine
Puffersäure, die im wesentlichen frei von Borsäure ist,
umfaßt, um das Bad auf einen pH-Wert von etwa 3 oder
weniger zu puffern;
ein elektrischer Strom wird durch den Leiter fließen
lassen, um eine gewünschte Dicke des Nickels an dem
Leiter isotropisch zu elektroplattieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Ferrit, welches Nickel aufweist, ein Ferrit umfaßt,
das aus einer Gruppe gewählt wird, die aus Ni1-xZnxFe&sub2;O&sub4;,
NiFe2-xAlxO&sub4; und Ni1-xCdXFe&sub2;O&sub4; besteht, wobei 0 < X < 1.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Metall Kupfer umfaßt.
4. Verfahren nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Metall eine Silber-Palladium-Legierung umfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Nickel-Salz ein Nickel-Salz umfaßt, das aus der
Gruppe gewählt wird, die Nickelsulfat, Nickelsulfamat,
Nickelchlorid und Nickelfluorborat umfaßt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Puffersäure einen Puffer umfaßt, der aus der Gruppe
gewählt wird, die Zitronensäure, Essigsäure,
Phosphorsäure, Bernsteinsäure, Glycolsäure und Weinsäure
umfaßt.
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