KR100298518B1 - 미세한균열이없는니켈층제공방법 - Google Patents

미세한균열이없는니켈층제공방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100298518B1
KR100298518B1 KR1019980009932A KR19980009932A KR100298518B1 KR 100298518 B1 KR100298518 B1 KR 100298518B1 KR 1019980009932 A KR1019980009932 A KR 1019980009932A KR 19980009932 A KR19980009932 A KR 19980009932A KR 100298518 B1 KR100298518 B1 KR 100298518B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nickel
boron
layer
temperature
substrate
Prior art date
Application number
KR1019980009932A
Other languages
English (en)
Other versions
KR19980086545A (ko
Inventor
찰스 커티스 골드스미스
토마스 레스터 누네스
Original Assignee
포만 제프리 엘
인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 포만 제프리 엘, 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 filed Critical 포만 제프리 엘
Publication of KR19980086545A publication Critical patent/KR19980086545A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100298518B1 publication Critical patent/KR100298518B1/ko

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/48Coating with alloys
    • C23C18/50Coating with alloys with alloys based on iron, cobalt or nickel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/18Pretreatment of the material to be coated
    • C23C18/1851Pretreatment of the material to be coated of surfaces of non-metallic or semiconducting in organic material
    • C23C18/1872Pretreatment of the material to be coated of surfaces of non-metallic or semiconducting in organic material by chemical pretreatment
    • C23C18/1875Pretreatment of the material to be coated of surfaces of non-metallic or semiconducting in organic material by chemical pretreatment only one step pretreatment
    • C23C18/1879Use of metal, e.g. activation, sensitisation with noble metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/1601Process or apparatus
    • C23C18/1633Process of electroless plating
    • C23C18/1689After-treatment
    • C23C18/1692Heat-treatment
    • C23C18/1696Control of atmosphere
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/31Coating with metals
    • C23C18/32Coating with nickel, cobalt or mixtures thereof with phosphorus or boron
    • C23C18/34Coating with nickel, cobalt or mixtures thereof with phosphorus or boron using reducing agents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/0306Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/22Secondary treatment of printed circuits
    • H05K3/24Reinforcing the conductive pattern
    • H05K3/245Reinforcing conductive patterns made by printing techniques or by other techniques for applying conductive pastes, inks or powders; Reinforcing other conductive patterns by such techniques

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemically Coating (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

Abstract

본 발명은 깨끗한 니켈 막을 생성하고 습윤성 표면을 가진 저응력 무전해 침착된 니켈 층을 생성하는 방법을 개시한다. 확산은 비산화 환경에서 질소 함유 혼합기체를 사용하여 수행된다. 확산온도는 적어도 500℃, 즉, 종래의 전형적인 확산 온도보다 적어도 150℃ 낮은 최적의 온도로 설정된다. 확산 동안에 질소가 존재하면, 방출되는 붕소의 방향이 막 표면으로부터 멀어지는 방향으로 변한다. 따라서, 종래 붕소가 그 내부로 확산하여 제거되도록 하기 위한 매체로서 필요하였던 유리(glass)를 포함하는 내화성 금속 상에 니켈 층을 도금할 필요가 없게 된다.

Description

미세한 균열이 없는 니켈 층 제공 방법{METHOD FOR PRODUCING A LOW-STRESS ELECTROLESSLY DEPOSITED NICKEL LAYER}
본 발명은 무전해 도금 니켈 및 관련 금속과 합금을 확산시키는 방법에 관한 것으로, 특히, 아민-붕소 자가촉매 반응조(amine-boron autocatalytic bath)내에서 침착된 니켈 층으로부터 붕소를 제거하기 위한 개선된 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 기술에 있어서, 특히, 집적 회로칩이 장착될 하이 레벨 패키지에서 기판의 소정 영역을 선택적으로 도금할 필요가 있다. 이러한 하이 레벨 패키지의 예로서 다층 세라믹 모듈을 들 수 있는데, 이것은 전형적으로 I/O의 재분배 뿐 만 아니라 카드, 보드등과의 접속을 가능하게 하는데 필요한 칩간 접속을 제공한다. 본 기술분야에 9211로 잘 알려진 바와 같이, 이러한 유형의 기판은 그린 세라믹판(green caramic sheets)으로 만들어지며, 내부적인 상호접속 야금술 시스템을 구비하며 다수의 비아 홀(via hole)이 펀치되어 있는 접속 패턴을 가진다. 상호접속 라인 및 패턴은 알루미늄과 같은 표준 전도성 물질로 만들어지는 반면에, 비아 홀의 야금은 전형적으로 세라믹 및 야금의 동시 소성(燒成)(co-firing)이 가능하도록 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 티탄(Ti), 망간(Mn)등과 같은 스크린인쇄된(screened) 내화성 금속으로 만들어진다. 이러한 물질은 세라믹 기판을 형성하는 그린 세라믹판을 소결(燒結)(sintering)하는 데 필요한 고온에도 견딜 수 있다.
소결에 앞서, 하나의 그린 세라믹판 내의 전도성 물질(바람직하게는 내화성 금속)로 채워진 비아 홀이 다른 세라믹 판내의 대응하는 비아 홀과 매칭되도록 이들 판들을 서로의 상부면에 적층시킨다. 결국, 하나의 세라믹판 내의 상호접속 라인 또는 제분;r 라인은 상호접속된 비아 홀로 인해 상부(또는 하부)면까지 그 경로가 이어질 것이다. 그 다음, 최상부(또는 최하부)층에서의 노출된 스크린인쇄된 소결된 내화성 금속 영역을 경납땜 또는 연납땜이 가능한 금속으로 덮음으로써, (바닥층일 경우) 모듈핀을 부착시키거나, 또는 기판상에 장착된 칩의 C4 볼(ball) 또는 땜납 범프(bump)와의 필요한 접속부를 만든다. 텅스텐, 몰리브덴등으로 채워진 비아 홀들은 경납땜 또는 연납땜에 습윤(wet)되지 않으므로, 이 금속은 카드 또는 모듈과의 차후의 상호접속을 위하여, 표면상에 연납땜 또는 경납땜 가능한 금속층을 필요로 한다.
도금 방법에는 통상적으로 도금조가 사용되는데, 이러한 도금조는 금속 이온에 대한 자가촉매 화학적 환원제와 함께 침착되는 금속 이온을 포함하며, 또한, 용제내의 금속 이온을 환원시킴으로써 금속을 소정 층에 침착시킨다. 전형적인 환원제는 산 용액내의 염화니켈 또는 아민 붕소용으로 통상적으로 사용되는 차아인산염(hypophosphite) 이온을 포함한다. 그러면, 니켈 층은 전자의 예에서는 인의 잔류물을 포함할 것이며, 후자의 예에서는 붕소의 잔류물을 포함할 것이다. 이러한 잔류물은 금속층내에 응력을 유입시킴으로써 신뢰성 문제를 야기시킬 수 있고, 또한, 표면의 습윤성(wettability)에 심각한 영향을 주어, 후속되는 장래의 경납땜 또는 연납땜 단계에 악영향을 미친다.
내화성 금속상의 도금 니켈 야금은 연납땜/경납땜 가능한 표면을 형성하는 하나의 방법이다. 니켈은 전기도금 또는 무전해 도금의 두가지 방법으로 도금될 수 있다. 무전해 도금은 도금을 수행하기 위하여 모든 피쳐(feature)를 전기접속시킬 필요가 없다는 이점을 가진다. 무전해 조(bath)로부터의 도금에서는 니켈 착화합물중 얼마간이 막(film)에 혼합되는 경향이 있으므로, 이로 인해 막에는 불순물이 섞이게 된다. 도금단계에 있어서, 내화성 금속과의 부착을 제공하는 열 확산 단계가 필요하다. 니켈 막의 불순물을 확산 단계 동안에 Ni3P로서 침전되어 막 특성의 주된 문제점을 야기시킨다. 도금된 막은 높은 잔류 응력을 가지며, 이는 패키지를 밀봉시키는 데 나쁜 영향을 주는 미세한 균열(micro-crack)의 잠재적인 원인이 된다. 또한, 이러한 침전물은 습윤성 문제를 일으킨다. 후속되는 세척(cleaning) 단계는 니켈 제거시에 Ni3P 침전물을 남겨두는 경향이 있으므로, 이로 인하여 "블랙 비아(black vias)"가 형성되어 차후에 습윤성 문제를 일으키기 쉽다.
무전해 도금에 유리하게 사용될 수 있는 다른 반응조(bath)는 니켈 아민-붕소 화합물을 포함하는 반응조이다. 소정의 붕소는 니켈을 따라 같이 침착(co-deposit)된다. 이러한 반응조(bath)는 상술한 차아인산염에 대하여 몇몇의 장점을 가진다. 내화성 금속간의 부착력을 증진시키는 니켈 확산은 막에 낮은 응력을 주어 미세한 균열 문제를 해결한다. 붕소는 확산의 초기 단계동안 약 400℃에서 Ni3B 로서 침전된다. 그러나, 더 높은 온도에서, Ni3B는 해리되고, 붕소는 하부 피쳐내 유리속으로 확산된다. 후술하는 바와 같이, 니켈 막으로부터 붕소를 제거하기 위해서는 유리가 필요하다. 이러한 고온에서의 해리는, 니켈만으로 만들어진 순수한 막을 생성하여, 상술한 차아인산염 조를 사용하여 생성된 막 보다 상당히 습윤성을 실질적으로 개선시킨다.
니켈 막으로부터 붕소를 제거하고 무전해 침착된 니켈 층의 품질을 향상시키기 위하여 유리를 사용하는 것은 플레밍(Fleming) 등에 의한 미국 특허 제 4,407,860호에 개시되어 있다. 특히, 유리를 포함하는 표면상에 아민-붕소 자가촉매 환원제를 가지는 반응조(bath)가 제공되며, 후속적으로, 붕소를 포함한 니켈 층을 적어도 750℃에서, 붕소가 니켈 층으로부터 기판상의 유리로 확산되기에 충분한 시간동안 계속 가열한다.
도 1a 내지 도 1c는 종래 기술로서, 유리를 포함하는 몰리브덴 패이스트(molybdenum paste) 상에 침착된 확산 니켈 막의 일련의 금속학적 단면을 도시한다. 이러한 유형의 구조는 통상적으로 15분 동안 860℃의 온도에서 확산된다.
먼저, 소결된 알루미나(alumina) 기판(10)의 표면상에 니켈 층을 침착시킨다. 기본적인 야금 패턴(통상적으로 내화성 금속의 스크린인쇄된 패턴) 또는 무전해 도금 방법의 전형적인 작용제로써 영역을 활성화시킴으로써 정의되는 구성으로 각종 패턴이 선택적으로 형성된다. 무전해 도금 기법을 사용하면 단지 스크린인쇄된 금속영역만을 선택적으로 도금시킬 수 있다. 도금할 영역은 중량 기준으로 통상 0.5 내지 15% 범위로 표면에 인접한 유리 입자미세 균열이 없음을 가져야 한다. 무전해 니켈 층미세 균열이 없는의 침착에 사용되는 베이스는 중량 기준으로 4 내지 11% 범위의 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈, 티탄, 망간 및 유리 프릿(glass frit)(12)과 같은 내화성 금속(11)으로 형성되는 스크린인쇄된 층을 포함한다. 이러한 패턴은 그린 세라믹판상에 스크린인쇄되어 기판과 함께 소결되거나, 혹은 이 대신에, 이전에 소결된 세라믹 기판상에 스크린인쇄되어 소결될 수 있다. 대체적인 방법으로, 금속 스크린인쇄 패턴은 유리 프릿이 없는 페이스트(paste)를 사용하여 형성될 수 있다. 그러나, 후자의 경우일지라도, 적절한 양만큼 페이스트 패턴을 침투시키기 위하여 기판상으로 이동하는 유리 프릿이 존재해야만 한다.
종래 기술의 방법론은 내화성 금속 표면상에 팔라듐(pd) 시드(seed) 금속층을 침착시키기에 충분한 시간동안, PdCl2조(bath)내에 소결된 알루미나 기판을 침지(dipping)시킴으로써 내화성 금속 표면을 활성화시키는 것을 포함한다. 세척 방법이후, 기판은 니켈 도금조에 위치하는데, 이 니켈 도금조는 금속 피쳐상에 바람직한 두께의 니켈 막(17)을 도금하기 위한 아민 붕소 자가촉매 환원제 및 니켈 이온을 포함한다. 바람직하게, 니켈 층은 밑에 있는 내화성 금속 영역상에만 침착된다. 전형적으로, 니켈 층은 중량 기준으로 0.1 내지 0.7% 의 붕소를 포함하여, 2 내지 15㎛ 범위의 두께를 가지는 하나의 층을 생성할 것이다.
그다음, 이러한 방식으로 처리된 기판은 불활성 대기내에서 750 내지 1200℃의 온도로 가열된다. 이러한 환경은 헬륨(He) 또는 아르곤(Ar)과 같은 불활성 기체일 수 있고, 또한 H2및 H2와 N2의 화합물 또는 진공을 포함하는 환원 대기일 수 있다. 가열 단계는 소정 시간동안 수행되어, 니켈 층에서의 붕소가 하향 확산되어 하부의 몰리브덴층에서의 유리에 의해 잡히거나 또는 반응하도록 한다. 도금된 니켈 막의 확산 단계는 내화성 금속에 대한 부착을 발생시킨다. 상술한 확산단계는 먼저 Ni3B 침전물을 가진 막을 생성한다. 이러한 침전물은 막의 특성 및 연납땜/경납땜의 습윤 특성에 영향을 미치므로 바람직하지 않다. 예를 들어 750℃ 및 그 이상의 고온에서의 확산은 막 특성을 증강시키고 또한, 붕소를 하부 유리 함유물로 확산시킴으로써 그 막으로부터 붕소 침전물을 제거한다.
종래 기술의 방법은 상당히 제한적이라는 점에서 심각한 제약을 가진다. 금속층을 수용하는 표면 영역에 인접하여 유리 입자를 가지는 기판을 제공하는 단계는 불필요한 방법이다. 더욱이, 종래 기술의 기법에서 통상적으로 사용되는 온도는 불필요하게 높으며 제조 비용을 증가시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은 아민-붕소 자가촉매 반응조 방법에서 침착된 니켈층으로부터 붕소를 제거하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 금속 피쳐를 가지는 표면상에 니켈 층을 무전해 도금하여, 질소를 함유한 환원 대기 내에서 확산을 수행하는 데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 니켈 막을 확산시키는 최소 온도를 500℃ 라는 낮은 온도로 저하시켜, 동력학 데이터(Kinetic data)에 일치하는 시간 동안 확산을 수행하여, 니켈 막의 완전한 확산을 보장하고 최소한 95%의 붕소를 제거하는 데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 유리 함유 내화성 금속 상에 니켈 막을 도금하여, 붕소를 유리로 확산시킨 후 제거하는 것을 필요로 함이 없이, 금속 피쳐를 가지는 소결된 세라믹 기판상에 독립된(free-standing) 니켈 막을 침착시키는 데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 확산이 비산화(non-oxidizing) 환경에서 수행되도록 보장하는데 있다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 무전해 니켈 침착층을 생성하고, 습윤성 표면을 가지는 순수 니켈 막을 만들어 내는 개선된 방법을 제공하는데, 여기서 확산은 종래 기술의 방법에 비해 150℃ 이상 저하된, 즉, 500℃ 라는 낮은 확산 온도에서, N2를 하유한 환원 기체 내에서 수행된다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 확산 동안에 질소가 존재하면, 방출되는 붕소의 방향이 막 표면으로부터 멀어지는 방향으로 변하며, 이에 따라 종래 붕소를 유리 내부로 확산시켜 제거하기 위해 유리를 포함하는 내화성 금속 상에 막을 도금할 필요가 없게 된다.
본 발명의 또다른 양상에 따르면, 금속 피쳐를 포함하는 기판상에 저응력(low-stress) 니켈 층을 제공하기 위한 방법이 기술되는데, 상기 방법은, 기판상의 선택된 유리가 없는 금속화 영역 상에 니켈-붕소 층을 침착시키는 단계와, 비산화 환경에서 상기 결과적인 기판 및 니켈-붕소 층을 적어도 500℃에서 가열하여 상기 니켈-붕소 층으로부터 붕소를 확산시켜 버리는 단계를 포함한다.
도 1a 내지 1c는 종래 기술로서 유리를 함유한 몰리브덴 페이스트 상에 침착된 니켈 막의 금속학적 단면을 도시한 도면.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 방법 단계를 사용하여 금속 핀이 소결된 세라믹 기판에 경납땜되는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 도면.
도 3은 확산 온도 대, 95%의 붕소를 제거하는데 소요되는 시간을 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명의 방법에 따라서, 몰리브덴 박막상에 도금되고 또한 순차적으로 제거되는, 400℃에서 15분 동안 가열된 약하게 에칭된(lightly etched) 니켈막의 금속 조직 단면도.
도 5는 도 4에 도시된 니켈 막을 4 시간동안 600℃에서 가열한 후의 야금학적 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
2 : 금속 조립체 10 : 기판
11 : 금속 페이스 13 : Ni3B
14 : 금속핀 15 : 구리-은 경납땜부
15 : 니켈 층 17 : 니켈 막
18 : N2
본 발명에 대한 특허청구의 범위를 포함하는 본 명세서에 있어서, 본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 도면과 함께 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
이제, 도 2a를 참조하면, 금속핀(14)이 금속 조립체(2)에 경납땜된 기판(10)이 도시되어 있다. 이 기판(10)은 바람직하게는 소결된 알루미나로 이루어진다. 도시된 바와 같이, 기판(10)상에는 습윤성을 개선하기 위하여 니켈 층(16)으로 도금된 내화성 금속 베이스(11)가 위치한다. 이 니켈 도금층(16)은 상술한 종래의 기법 또는 본 발명에 따른 방법을 사용하여 침착 및 확산되었다. 금속핀(14)은 바람직하게는, 공융(共融)(eutectic)의 구리-은 경납땜부(15)로써 금속 베이스(11)에 경납땜된다. 공융의 구리-은 경납땜부(15)는 778℃에서 녹는데, 당업자라면 종래기술로써 니켈을 호가산시키기에는 이 온도가 너무 낮다는 것을 알 수 있을 것이다.
핀 경납땜을 완료한 후에, 금속 베이스(11), 핀(14), 구리-은 경납땜부(15) 및 니켈 층(16)을 포함하는 최종 조립체(2)의 노출된 금속은 부식을 방지하기 위한 부가적인 니켈 코팅을 필요로 한다. 본 발명의 중요한 양상에 따르면, 경납땜부(15)는 붕소가 확산될 수 있는 어떠한 유리 함유물(12)도 갖지 않는다는 데에 주목해야 한다.
니켈 도금 및 후속된 니켈 확산을 일으키는 핀 조립체에 대한 일련의 단계는 다음과 같다.
PdCl2조(bath)내에 기판(10)을 침지시킴으로써 내화성 금속 표면을 활성화하여, 표면상에 팔라듐 시드 금속층을 침착시킨다. 이러한 활성화 단계 및 적절한 세척 단계(예를들면, HCl 린스 또는 물 린스) 후에, 도 2b에 도시된 바와 같이, 아민-붕소 자가촉매 환원제를 함유한 도금조내에 기판을 두어, 금속 피쳐상에 니켈막(17)을 원하는 두께(예를들면, 4.5 미크론)로 도금시킨다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 도금된 니켈 막(17)은 그후에 확산되어 내화성 금속과 부착된다. 이러한 확산은, N2(18)를 함유한 환원 대기내에서 수행된다. 혼합기체, 예를들면, 소정 비율의 N2및 H2혼합기체도 마찬가지로 가능하다. 사실상, N2를 함유한 소정의 비산화 기체 대기를 사용하여도 동일한 결과를 얻을 수 있다. 이러한 확산으로 인해, Ni3B 침전물은 해리(dissociate)되고, 또한 니켈 표면(17)을 통하여 확산된다. 이러한 확산 방법과 동시에, 니켈 층이 하부 금속층에 본딩(bonding)된다. 확산 온도에서의 최적 시간(붕소의 제거 및 금속과의 본딩)은 다음과 같은 방식으로 도 3으로부터 결정된다. 먼저, 확산이 발생되는 온도를 선택한다. 이 온도는 가열로의 동작 특성과 기판의 온도 감도를 고려하여 선택된다. 공융의 구리-은 경납땜부(15)인 경우, 최적의 온도는 그의 융해점보다 상당히 낮은 대략 650℃이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 정확한 확산 시간은 234분(대략 3.9시간)이다. 따라서, 조립체는 650℃의 온도에서 3.9시간 동안 N2함유 대기내에서 확산된다. 도 2c에 화살표로 도시한 바와 같이, 붕소는 가열로의 대기속으로 확산된다.
당업자라면 예를 들어, 순수 은과 같은 다른 형태의 경납땜일 경우에 1000℃ 이상의 고온과 같은, 보다 높은 온도가 요구될 수 있다는 사실을 명백히 알 수 있을 것이다. 또한, 구리-은 경납땜의 용융점이 높을 수록, 니켈 확산 온도는 높아질 것이다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 높은 확산 온도를 원치 않는, 예를 들어, 고객의 요구와 같은 다른 고려사항에 따라서 공융의 구리-은 경납땜부를 선택한다.
도 2d에서는 최종 제품이 개략적으로 도시되어 있다. 최외곽 니켈 보호층(17)은 저응력을 가지며 붕화 니켈(nickel boride) 침전물을 포함하지 않는다(붕소를 함유하지 않은 니켈 막은 저응력의 특성을 가진다).
도 3에 도시된 그래프는 비결정질지르코늄(amzirc), 즉, 구리-지르코늄(구리 99.5%, 지르코늄 0.5%) 핀상에 도금된 니켈을 확산시키지 않고서, 니켈 도금된 금속 피쳐를 포함하는 모듈상에 동력학 실험을 행하여 얻은 것이다.
전술한 방법의 동력학 연구는 400℃에서 니켈 막을 확산시키고, 성형(forming) 기체 대기에서 상이한 온도로 각종 샘플을 유지하므로써 수행되었다. Ni3B의 소멸은 엑스선(X-ray) 회절을 사용하여 분석되었다. 결과적인 데이타는 Johnson-Mehl 법칙에 들어 맞았다. 샘플로부터 95%의 Ni3B가 제거되어야 한다는 것을 유일한 기준으로 하여, 다양한 온도에서 확산이 발생되는 시간 길이를 측정했다. 이러한 분석의 최종 결과는 도 3에 그래프로 도시되어 있다. 소정의 확산 온도에서, 규정 시간보다 적은 시간동안 제품(work-piece)을 유지시키면 니켈 막의 확산은 불충분하게 될 것이다. 샘플을 보다 긴 시간 동안 유지시키는 것은 불필요하고 비경제적이다.
이제 도 4를 참조하면, 400℃에서 15분 동안 가열된 후의 약하게 에칭된 니켈 막의 금속 조직 단면이 도시되어 있다. 먼저 몰리브덴 판상에 니켈 막을 도금하였고, 후속하여 이 막을 제거하였다. 도시된 니켈 층의 두께는 약 8㎛이다. 사진에서의 검은 점들은 Ni3B 침전물이다. 또한, 이 침전물들은 바로, 상술한 방법을 사용하여 제거될 필요가 있는 것들이다.
마지막으로, 도 5를 참조하면, 600℃에서 4시간동안 니켈 막을 가열한 이후에 도 4의 에칭된 막의 금속 조직 단면을 도시한 것이다. 사진에 나타나는 바와 같이, 이제 침전물은 완전히 제거되었고, 보다 큰 크기의 입자를 가지는 무응력(stress-free) 니켈 막만이 남아 있다.
본 발명은 바람직한 일 실시예를 참조하여 기술되었지만, 당업자라면 본 발명에 따르는 방법은 본 발명에 개시된 상세한 설명 및 조건에 한정되지 않으며, 첨부된 특허청구의 범위에 의해 정의되는 본 발명의 사상을 벗어나지 않고서도 특히 소결 세라믹 기판상의 납땜핀외의 적용시에 다양한 변경 및 변형을 할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
본 발명은 깨끗한 니켈 막을 생성하고 습윤성 표면을 가진 저응력 무전해 침착된 니켈 층을 생성하는 방법을 개시한다. 확산은 비산화 환경에서 질소 함유 혼합기체를 사용하여 수행된다. 확산온도는 적어도 500℃, 즉, 종래의 전형적인 확산 온도보다 적어도 150℃ 낮은 최적의 온도로 설정된다. 확산 동안에 질소가 존재하면, 방출되는 붕소의 방향이 막 표면으로부터 멀어지는 방향으로 변한다. 따라서, 종래 붕소가 그 내부로 확산하여 제거되도록 하기 위한 매체로서 필요하였던 유리(glass)를 포함하는 내화성 금속 상에 니켈 층을 도금할 필요가 없게 된다.

Claims (11)

  1. 금속 피쳐를 가진 기판상에 미세 균열이 없는 니켈 층을 제공하기 위한 방법에 있어서,
    상기 기판상의 선택된 유리가 없는 그속화 영역상에 니켈-붕소 층을 침착시키는 단계와,
    비산화 환경에서 상기 결과적인 기판 및 니켈-붕소 층을 가열하여 상기 니켈-붕소 층으로부터 상기 붕소를 확산시켜 없애는 단계를 포함하며,
    상기 확산은 상기 금속 피쳐 내에 유리가 없음에도 불구하고 수행되는 미세 균열이 없는 니켈 층을 제공하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 니켈-붕소 층은 무전해 도금에 의해 침착되는
    미세 균열이 없는 니켈 층을 제공하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 비산화 환경은 질소 함유 혼합 기체를 포함하는
    미세 균열이 없는 니켈 층을 제공하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 혼합 기체는 환원 기체인
    미세 균열이 없는 니켈 층을 제공하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 침착 방법은,
    상기 기판을 PdCl2조(bath)내에 침지(dipping)시켜 상기 금속화 영역상에 Pd층을 침착시키는 단계와,
    상기 기판을 아민-붕소 자가촉매 환원제를 가진 니켈 도금조내에 침지시켜 상기 니켈-붕소 층을 도금하는 단계와,
    상기 도금된 니켈-붕소 층을 확산시켜 상기 내화성 금속과 부착시키고 상기 도금된 니켈-붕소 층으로부터 붕소를 제거하는 단계를 포함하는
    미세 균열이 없는 니켈 층을 제공하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산이 완료되고 적어도 95%의 붕소가 제거될 때까지 상기 가열이 지속되는
    미세 균열이 없는 니켈 층을 제공하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열은 525℃의 온도에서 950분 동안, 550℃의 온도에서 700분 동안, 575℃의 온도에서 400분 동안, 600℃의 온도에서 300분 동안 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 온도에서 행해지는
    미세 균열이 없는 니켈 층을 제공하는 방법.
  8. 금속 피쳐를 가진 표면상에 미세 균열이 없는 니켈 층을 제공하기 위한 방법에 있어서,
    상기 기판상의 상기 금속 피쳐상에 니켈-붕소 층을 침착시키는 단계와,
    비산화 환경에서 상기 결과적인 표면 및 니켈-붕소 층을 얻어도 500℃의 온도에서 가열하여 상기 니켈-붕소 층으로부터 상기 붕소를 확산시켜 없애는 단계를 포함하며,
    상기 확산은 상기 금속 피쳐내에 유리가 없음에도 불구하고 수행되는
    미세 균열이 없는 니켈 층을 제공하는 방법.
  9. 제 10 항에 있어서,
    상기 가열은 525℃의 온도에서 950분 동안, 550℃의 온도에서 700분 동안, 575℃의 온도에서 400분 동안, 600℃의 온도에서 300분 동안 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 온도에서 행해지는
    미세 균열이 없는 니켈 층을 제공하는 방법.
  10. 금속 피쳐를 가진 기판상에 미세 균열이 없는 니켈 층을 제공하기 위한 방법에 있어서,
    상기 기판상의 상기 금속 피쳐 상에 니켈-붕소 층을 침착시키는 단계와,
    비산화 환경에서 상기 결과적인 기판 및 니켈-붕소 층을 500℃에서 750℃의 온도의 범위에서 가열하여 상기 니켈-붕소 층으로부터 상기 붕소를 확산시켜 없애는 단계를 포함하며,
    상기 확산은 상기 금속 피쳐 내에 유리가 없는 상태에서 수행되는
    미세 균열이 없는 니켈 층을 제공하는 방법.
  11. 금속 피쳐를 가진 기판상에 미세 균열이 없는 니켈 층을 제공하는 방법에 있어서,
    상기 기판상의 상기 금속 피쳐 상에 니켈-붕소 층을 침착시키는 단계와,
    상기 니켈-붕소 층의 상부에 니켈 층을 침착시키는 단계와,
    비산화 환경에서 상기 결과적인 기판, 니켈-붕소 층, 니켈 층을 500℃에서 750℃의 온도로 가열하여 상기 니켈-붕소 층으로부터 상기 붕소를 확산시켜 없애는 단계를 포함하며,
    상기 확산은 상기 금속 피쳐 내에 유리가 없음에도 불구하고 수행되는
    미세 균열이 없는 니켈 층을 제공하는 방법.
KR1019980009932A 1997-05-21 1998-03-23 미세한균열이없는니켈층제공방법 KR100298518B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/861,473 1997-05-21
US8/861,473 1997-05-21
US08/861,473 US5876795A (en) 1997-05-21 1997-05-21 Method for producing a low-stress electrolessly deposited nickel layer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19980086545A KR19980086545A (ko) 1998-12-05
KR100298518B1 true KR100298518B1 (ko) 2001-11-22

Family

ID=25335901

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019980009932A KR100298518B1 (ko) 1997-05-21 1998-03-23 미세한균열이없는니켈층제공방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US5876795A (ko)
JP (1) JP3079083B2 (ko)
KR (1) KR100298518B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6362089B1 (en) 1999-04-19 2002-03-26 Motorola, Inc. Method for processing a semiconductor substrate having a copper surface disposed thereon and structure formed
FI114855B (fi) * 1999-07-09 2005-01-14 Outokumpu Oy Menetelmä reiän tulppaamiseksi ja menetelmällä valmistettu jäähdytyselementti
US7037559B2 (en) * 2003-05-01 2006-05-02 International Business Machines Corporation Immersion plating and plated structures
DE102005058654B4 (de) * 2005-12-07 2015-06-11 Infineon Technologies Ag Verfahren zum flächigen Fügen von Komponenten von Halbleiterbauelementen

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4055706A (en) * 1974-07-16 1977-10-25 Office National D'etudes Et De Recherches Aerospatiales (O.N.E.R.A.) Processes for protecting refractory metallic components against corrosion
US4407860A (en) * 1981-06-30 1983-10-04 International Business Machines Corporation Process for producing an improved quality electrolessly deposited nickel layer

Also Published As

Publication number Publication date
JP3079083B2 (ja) 2000-08-21
KR19980086545A (ko) 1998-12-05
US5876795A (en) 1999-03-02
JPH10330949A (ja) 1998-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5755859A (en) Cobalt-tin alloys and their applications for devices, chip interconnections and packaging
US5100714A (en) Metallized ceramic substrate and method therefor
US5787578A (en) Method of selectively depositing a metallic layer on a ceramic substrate
TW527249B (en) Electroless process for the preparation of particle enhanced electric contact surfaces
JP2009239278A (ja) 電子部品搭載用基板、及び、その製造方法
JPWO2008038681A1 (ja) セラミック基板部品及びそれを用いた電子部品
US4407860A (en) Process for producing an improved quality electrolessly deposited nickel layer
KR100298518B1 (ko) 미세한균열이없는니켈층제공방법
KR101038491B1 (ko) 리드프레임 및 그 제조 방법
US6742248B2 (en) Method of forming a soldered electrical connection
Chiou et al. Metallurgical reactions at the interface of Sn/Pb solder and electroless copper-plated AlN substrate
JP2004055624A (ja) 基板の製造方法
US5077100A (en) Method for forming electrical connections between copper conductors
JP2007063042A (ja) セラミクス基板およびセラミクス基板を用いた電子部品
JPH09186161A (ja) 半導体装置のはんだバンプ形成方法
JP3470789B2 (ja) 配線基板及びその製造方法
JP3725960B2 (ja) セラミック基板及びその製造方法
JP4264091B2 (ja) 配線基板の製造方法
US6068912A (en) Platible non-metallic filler material for metallurgical screening paste
JP3005202B2 (ja) 電子部品をAu−Siでロウ付けするための配線基板及びその製造方法
JP5552957B2 (ja) 端子構造、プリント配線板、モジュール基板及び電子デバイス
US7976892B2 (en) Method for producing a conductive coating on an insulating substrate
JP3792642B2 (ja) 配線基板およびその製造方法
JPH08209359A (ja) Icパッケージ
JPH10135606A (ja) 配線基板のニッケル金めっき方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20100601

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee