KR100755378B1

KR100755378B1 - 금도금액

Info

Publication number: KR100755378B1
Application number: KR20050123911A
Authority: KR
Inventors: 타카유키 소네; 준코 츠유키
Original assignee: 니혼 엘렉트로플레이팅 엔지니어스 가부시키가이샤
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2007-09-04
Also published as: KR20060119691A; JP2006322037A

Abstract

비시안계의 금도금액에 관해서, 범프 형상의 형성 능력이 우수하고, 열처리를 행한 경우에 있어서도, 하지와의 밀착성이 양호하며, 또한, 범프의 접합성을 확보하기 위해서 적절한 경도를 갖는 금도금을 처리하는 것이 가능한 금도금액을 제공한다.

금 농도 5~20g/L의 아황산금나트륨 또는 그의 에틸렌디아민 착체와, 10~100g/L의 아황산나트륨과, 탈륨 농도 1~50ppm의 탈륨 화합물을 함유하는 금도금액에 있어서, 아황산칼륨을 0.1~50g/L 함유하는 것으로 했다.

Description

금도금액{GOLD PLATING SOLUTION}

본 발명은 비시안계의 금도금액에 관한 것이며, 특히, 범프 형성에 적합한 금도금 처리를 행할 수 있는 금도금액 및 그것을 이용한 금도금 방법에 관한 것이다.

금도금 처리는, 그 뛰어난 전기적 특성으로부터 전자, 전기부품, 음향기기 부품 등의 공업분야에 있어서 널리 이용되고 있다. 예를 들면, 반도체의 전기소자 등에 있어서의 범프 형성에 있어서는, 전기적인 접합을 확보하기 위해 금도금 처리가 많이 이용되고 있다.

최근에는, 환경문제 등의 관점에서, 종래부터 사용되고 있는 시안계 금도금액 대신에, 비시안계의 금도금액이 각종 제안되고 있다. 이 비시안계의 금도금액으로서는, 아황산금나트륨 등의 아황산금염을 금의 공급원으로 하고, 전도염으로서 아황산염, 결정 조정제, 광택제 등을 함유한 것이 알려져 있다.

(특허문헌1, 특허문헌2)

[특허문헌1] 일본국 특개소64-68489호 공보

[특허문헌2] 일본국 특개소56-108892호 공보

그런데, 범프를 형성할 때의 금도금으로서는, 양호한 접합 특성을 실현하기 위해서, 어느 정도의 경도, 특히, 열처리후의 경도가 지나치게 높지 않은 금도금인 것이 요구된다. 또한, 범프를 형성할 때의 하지와의 밀착성, 예를 들면, 범프 하지가 TiW/Au 혹은 Ti/Pd 등의 스팩 피막인 경우, 그 하지 표면에 금도금을 실시하여도 벗겨지지 않는 것 또한 요구되고 있다.

더욱이, 제조하는 전기 소자의 경박단소화(輕薄短小化)가 활발히 진행되고 있고, 형성되는 범프 형상도 미소한 것으로 되고 있어, 최근에는 수십 ㎛ 각의 범프의 형성도 행하여지고 있다. 그러한 미소한 범프를 형성할 경우, 상술한 경도나 밀착성의 요구는 물론, 범프 형상을 정밀도가 좋게 형성할 수 있는 금도금 처리인 것이 요구되고 있다. 예를 들면, 각주상 범프를 형성할 경우, 각주 측면이 팽윤하는 것 같은 금도금 처리가 실시되는 것은 바람직하지 않고, 레지스트의 프로파일에 따른 직선성이 높은 금도금을 처리할 수 있는 것이 요구되고 있다.

그렇지만, 상기한 선행 기술에 있어서의 금도금액으로는, 예를 들면, 결정 조정제로서 탈륨 화합물을 함유하는 특허문헌 1의 금도금액으로는, 비교적 거친 결정 상태의 금도금이 실시되지만, 열처리후의 금도금 경도가 약간 높은 것으로 되어, 각주상 범프를 형성할 경우, 각주 측면이 팽윤하는 것 같은 석출이 일어나기 쉽다. 접합성의 점에 있어서 만족할 수 있는 것이라 말할 수 없다. 또한, 도금의 균일성이나 광택성의 향상을 위해 폴리에틸렌이민 등의 유기광택제를 함유하는 특허문헌 2의 금도금액에서는, 결정입자가 정밀하여 범프 형상의 형성 능력이 우수하고, 열처리후의 금도금의 경도도 저하한다. 그러나, 특허문헌 2와 같이 유기광택제 를 함유하는 금도금액에서는, 하지와의 밀착성이 양호하지 않은 것, 예를 들면, TiW/Au와 같은 하지에 대하여 금도금을 실시하고, 그 후 열처리를 행하면, 그 금도금이 하지와의 계면에서 박리 현상을 일으키는 경우도 있었다. 이 점에 있어서, 특허문헌 1의 금도금액은 하지와의 밀착성은 양호했지만, 상술한 바와 같이 결정 상태가 거친 것과 경도가 약간 높은 것이 접합성의 점에서 만족할 수 있는 것은 아니었다.

본 발명은, 이러한 사정을 배경으로 하여 이루어진 것이며, 비시안계의 금도금액에 관해서, 범프 형상의 형성 능력이 뛰어나고, 열처리를 행하였을 경우에 있어서도, 하지와의 밀착성이 양호하고, 또한, 범프의 접합성을 확보하기 위해서 적절한 경도를 갖는 금도금을 처리하는 것이 가능한 금도금액을 제공하는 것이다.

본 발명자는, 종래의 비시안계의 금도금액에 관해서, 여러가지 조합의 액조성을 평가해서 예의 연구를 행한 결과, 본 발명에 따른 금도금액을 상도하는 것에 이르렀다.

본 발명에 따른 금도금액은, 금 농도 5~20g/L의 아황산금나트륨 또는 그의 에틸렌디아민 착체와, 10~100g/L의 아황산나트륨과, 탈륨 농도 1~50ppm의 탈륨 화합물을 함유하는 금도금액에 있어서, 아황산칼륨을 0.1~50g/L 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 금도금액은, 종래의 아황산금염을 베이스로 하는 비시안계의 전해 금도금액이지만, 전도염으로서의 아황산나트륨 이외에, 소정량의 아황산 칼륨을 더 첨가한 것을 특징으로 하는 것이다. 이 아황산칼륨을 함유시키면, 범프 형상의 형성 능력이 우수하고, 열처리를 행하였을 경우에 있어서도, 하지와의 밀착성이 양호하고, 또한, 범프의 접합성을 확보하기 위해서 적절한 경도를 갖는 금도금을 처리하는 것이 가능해진다.

이 아황산칼륨의 기능에 대해서는 명확히 판명되어 있지는 않지만, 결정 조정제로서 함유되어 있는 탈륨과 공존하므로써, 적절한 금도금의 석출을 촉진하고, 유기광택제와 동일하게 도금의 균일성에 기여하고 있는 것으로 추측하고 있다. 또한, 이 아황산칼륨은, 무기의 첨가제이기 때문에, 유기광택제를 함유한 금도금액과 같이 하지와의 밀착성을 저하시키는 일이 없는 것으로 생각된다.

본 발명에 따른 금도금액에서는, 각 액조성이 소정농도인 것이 필요하다. 금의 공급원인 아황산금나트륨 또는 그의 에틸렌디아민 착체는, 금 농도로 5~20g/L로 한다. 5g/L 미만에서는, 거친 결정이 되어 쉽게 범프 형상의 형성 능력이 저하하고, 20g/L를 초과하면 비용적으로 불리해지기 때문이다. 이 금 농도는, 실용상 10~16g/L인 것이 특히 바람직하다.

다음에, 전도염으로서의 아황산나트륨은 10~100g/L로 한다. 10g/L미만에서는, 금의 착체의 안정성이 저하하는 경향이 되고, 100g/L를 초과하면 거친 결정으로 되어 쉽게 범프 형상의 형성 능력이 저하하기 때문이다. 이 아황산나트륨 농도는, 실용상 50~80g/L인 것이 특히 바람직하다. 또한, 결정 조정제로서의 탈륨 화합물은, 탈륨 농도로 1~50ppm으로 한다. 1ppm 미만에서는, 거친 결정으로 되어 쉽게 범프 형상의 형성 능력이 저하하고, 50ppm을 초과하면 석출하는 금의 순도 저하를 초래하기 때문이다. 이 탈륨 농도는, 실용상 5~20ppm인 것이 특히 바람직하다. 이 탈륨 화합물로서는, 포름산탈륨, 황산탈륨, 질산탈륨, 산화탈륨 등을 이용할 수 있다.

그리고, 아황산칼륨은, 0.1~50g/L 함유하는 것이 바람직하다. 0.1g/L 미만에서는, 치밀한 결정이 석출되는 작용이 불충분하게 되고, 50g/L를 초과하면 반대로 거친 결정으로 되어 범프 형상의 형성 능력이 저하하기 때문이다. 이 아황산칼륨 농도는, 실용상 0.5~30g/L인 것이 특히 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 금도금액은, pH6.0~10.0이고, 액비중 10~30°Be'(보오메 도)인 것이 바람직하다. pH6.0 미만에서는, 금의 착체가 불안정해지는 경향으로 되고, pH10을 초과하면 광택이 있는 결정 상태가 되고, 딱딱한 금도금으로 되는 경향이 강해지기 때문이다. 이 pH값은, 실용상 7.0~9.O인 것이 특히 바람직하다. 이 pH조정에는, 수산화나트륨, 수산화칼륨 등을 이용할 수 있다. 또한, 액비중은 도금액의 전기 전도도를 적절하게 유지하는 지표로 되기 때문에, 액비중 10~30°Be'(보오메 도)의 범위가 바람직하고, 실용적으로는 13~20°Be'(보오메 도)인 것이 특히 바람직하다.

본 발명에 따른 금도금액을 이용해서 전해 금도금 처리를 하는 경우, 도금 조건은, 전류밀도 0.1~2.0A/dm², 액온 40~70℃로 하는 것이 바람직하다. 전류밀도가 0.1A/dm²미만이면 거친 결정 상태가 되는 경향이 있고, 2.0A/dm²을 초과하면 광택 성이 높고, 딱딱한 금도금으로 되기 때문이다. 또한 액온이 40℃ 미만이면, 소위 야케(burned)도금 상태로 되는 경향이 있고, 70℃를 초과하면, 거친 결정 상태가 되는 경향이 있기 때문이다. 실용적으로는, 전류밀도 0.2~1.0A/dm², 액온 50~60℃로 하는 것이 특히 바람직하다.

상술한 본 발명에 따른 금도금액은, 액의 안정성을 높이기 위한 산화 방지제나, 석출물의 평활성을 높이기 위한 평활화제, 또는, 도금액의 표면장력을 내리기 위한 계면활성제를 적당히 첨가하는 것도 가능하다.

실시예

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명에 따른 금도금액의 최선의 형태에 대해서, 실시예에 근거하여 설명한다.

표 1에는, 본 발명의 금도금액으로서 평가한 실시예 1~4의 각 조성을 나타낸다.

	Au (g/L)	아황산 나트륨(g/L)	탈륨 (㎎/L)	아황상 칼륨(g/L)	pH	형상 관찰	경도 Hv	박리 평가
실시예 1	10	50	30	1.0	7.0	○	45	없음
실시예 2	14	50	10	10.0	8.0	○	40	없음
실시예 3	16	50	20	2.0	8.0	○	40	없음
실시예 4	18	50	10	6.0	8.0	○	50	없음

형상관찰 ○: 직선성이 좋음, △: 직선성이 약간 나쁨, Ｘ: 측면 팽윤 있음.

우선, 표1에 나타내는 각 실시예의 금도금액을 제작했다. Au(금)은, 아황산금나트륨을 이용해서 금도금액을 작성했다. 그리고, TiW 하지가 피복된 표면에, 60㎛각의 범프(높이 20㎛)를 형성할 수 있도록 패터닝한 레지스트가 도포된 시험 샘플 기판을 준비하고, 각 실시예의 금도금액으로, 전류밀도 0.8A/dm², 액온 60℃로 하여, 금도금 처리를 행하였다.

그리고, 레지스트를 제거 후, 각주상의 범프 표면의 경도, 금속현미경에 의한 범프 형상관찰을 행하였다. 그리고, 280℃, 30분의 열처리를 하고, 열처리후에 있어서 금도금의 비카스 경도측정 및 밀착성 평가를 행하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

실시예 1~4의 금도금액에서는, 범프 형상의 관찰을 한 바, 직선성이 매우 양호한 각형상이 형성되어 있었다. 또한, 열처리후의 경도도, Hv40~50정도이며, 접합시에 적합한 경도인 것으로 판명되었다. 더욱이, 하지인 TiW와는, 열처리후에 있어서도 박리하는 일 없이 안정하게 밀착하고 있는 것이 확인되었다.

비교예: 비교로서, 종래부터 이용되고 있는 도금액에 대해서 평가를 행하였다.

표 2에, 비교예로서 평가한 금도금액의 각 조성을 나타낸다.

	Au (g/L)	아황산 나트륨(g/L)	탈륨 (㎎/L)	폴리에틸렌 이민(㎎/L)	pH	형상 관찰	경도 Hv	박리 평가
비교예 1-1	10	50	10	-	7.8	△	60	없음
비교예 1-2	13	80	20	-	7.8	Ｘ	70	없음
비교예 2-1	10	50	1	1.0	7.8	△	45	일부 있음
3D비교예 2-2	13	80	5	5.0	7.8	○	40	있음

비교로서 평가한 금도금액은, 상기한 실시예의 액조성 중, 아황산칼륨을 첨가하지 않은 것(비교예 1-1 및 1-2)이고, 아황산칼륨 대신에 유기광택제인 폴리에틸렌이민을 첨가한 것(비교예 2-1 및 2-2)으로 했다. 도금 조건에 대해서는, 상기 실시예와 동일하게 했다. 또한, 평가에 있어서도, 금속 현미경에 의한 범프 형상관찰, 열처리후의 금도금의 비카스 경도측정 및 밀착성 평가를 행하였다. 그 결과를 표2에 나타낸다.

표 2로부터 판명되는 바와 같이, 비교예의 금도금액에서는, 기본적으로 범프 형상의 형성능력이 충분한 것은 아니었다. 일부의 범프에서는, 각주의 측면측에 팽윤된 상태로 이루어진 것도 존재하고 있었다. 또한, 비교예 1-1, 1-2에서는, 열처리후의 경도가 Hv60~70으로 되어, 접합에는 지나치게 딱딱한 경향의 금도금인 것이 확인되었다. 또한, 비교예 2-1, 2-2에서는, 열처리후의 경도는 Hv40~45로 낮은 값이었지만, 이 비교예 2-1, 2-2 모두, 하지인 TiW와의 밀착성이 양호하지 않고, 열처리후에 하지 TiW와의 계면에서 박리하고 있는 것이 확인되었다.

본 발명에 의하면, 범프 형상의 형성능력이 우수하고, 열처리를 행한 경우에 있어서도 하지와의 밀착성이 양호하고, 또한 범프의 접합성을 확보하기 위해서 적절한 경도를 갖는 금도금을 처리하는 것이 가능해진다.

Claims

금 농도 5~20g/L의 아황산금나트륨 또는 그의 에틸렌디아민 착체와, 10~100g/L의 아황산나트륨과, 탈륨 농도 1~50ppm의 탈륨 화합물을 함유하는 전해 금도금액에 있어서,

아황산칼륨을 0.1~50g/L 함유함과 동시에, pH6.0~10.0이고, 액비중 10~30°Be'(보오메 도)인 것을 특징으로 하는 범프 형성용 전해 금도금액.
삭제
제1항에 기재된 범프 형성용 전해 금도금액을 이용하는 금도금 방법으로서,

전류밀도 0.1~2.0A/dm², 액온 40~70℃의 조건에서 전해 도금을 하는 범프 형성용 전해 금도금 방법.