TWI824612B - 金鈀金鍍膜結構及其製作方法 - Google Patents
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Abstract
本發明為一種金鈀金鍍膜結構及其製作方法，此金鈀金鍍膜結構是位於焊墊上依序由第一金鍍層、鈀磷鍍層、純鈀鍍層和第二金鍍層所堆疊而成，其中第一金鍍層是半置換半還原型鍍層，第一金鍍層的形成有助於良好地成長鈀磷鍍層，來避免界面缺陷，且利用鈀磷鍍層不易受熱遷移的特性，可防止焊墊的金屬原子向上遷移，使耐熱效果得以有效提升，從而適合高溫耐熱產品之開發和應用。
Description
本發明有關於一種焊墊表面處理技術，特別是指一種金鈀金鍍膜結構及其製作方法。
於晶圓、液晶顯示器基板、陶瓷基板、鋁基板、IC載板與印刷電路板等電子工業零件中，焊墊之表面處理製程的目的是用以提升打線與焊墊在焊接上的接合性與耐蝕性。常見的焊墊的表面處理方式，如化鎳金製程，是在焊墊的表面上分別沉積化學鎳層及浸鍍金層。化學鍍是一個自我催化的反應，利用氧化還原的方式將鎳金屬沉積於焊墊上，浸鍍金為一種置換反應，在鍍液中擁有較高電動勢的金屬離子，會取代並沉積在較低電動勢的金屬基材上。而此置換反應會對鎳層中所析出粒子的粒界部分進行強烈的選擇性攻擊，導致金層下方形成殘缺部分而產生蝕孔，相對的鎳層將變的脆弱，在焊接時將無法確保充分的焊接接合強度。
因此，新的化鎳鈀金(ENEPIG)製程被提出，以藉由鈀層來解決金對鎳強烈攻擊現象。一般鎳厚3~5μm規格的ENEPIG能力，空間大約在50μm，當線距做得越來越細，在使用上便有越來越多的限制。且隨著高頻通訊的發展，鎳受限於本身電磁性材料的特性，會造成高頻傳輸的損耗，所以近年來有越來越多的終端客戶提出無鎳的表面處理流程需求。將鎳層從ENEPIG疊構中移除，除了在細線路能力上有所提升外，還是希望鍍層必須要有良好的焊接及打線能力，薄鎳鈀金被視為ENEPIG過渡到無鎳化鈀浸金(EPIG)的一個暫時替代製程。然而，由於EPIG一直存在信賴性問題無法克服，而薄鎳鈀金在生產上可直接利用降低鎳槽溫度與時間來控制鎳厚度，基本上可以與ENEPIG無縫銜接，轉換的花費與風險均較EPIG低，所以現行無鎳的表面處理流程，還一直停留在薄鎳鈀金階段。隨著5G發展，鎳層對越高頻訊號傳遞的損失影響會越大，需要將鎳層厚度降得更低，甚至不能夠有鎳層，所以開發了新的浸金化學鍍鈀浸金（IGEPIG）製程，藉由鍍層的疊構特性來改善EPIG長期無法克服的信賴性問題。目前的IGEPIG是使用純鈀藥水形成純鈀鍍層，然而，純鈀鍍層受熱遷移狀況較為嚴重，鈀受熱遷移後，使得底銅會向上遷移至表面，導致耐熱性質不佳。另外，當先使用置換反應在銅面上鍍鈀的金屬觸媒時，由於置換反應中的無效反應會造成銅焊墊表面產生微量腐蝕(void)，而導致界面缺陷，仍舊無法可靠地確保其焊接能力。
有鑑於此，本發明的主要目的在提供一種金鈀金鍍膜結構及其製作方法，可減少純鈀鍍層受熱遷移的狀況，並避免鍍膜結構中產生界面缺陷，從而可提升耐熱性能及焊接接合的可靠度。
為達上述之目的，本發明提供一種金鈀金鍍膜結構，其位於焊墊上，此金鈀金鍍膜結構包括有第一金鍍層、鈀磷鍍層、純鈀鍍層以及第二金鍍層。其中，第一金鍍層是半置換半還原型鍍層，第一金鍍層位於焊墊上，鈀磷鍍層位於第一金鍍層上，純鈀鍍層位於鈀磷鍍層上，第二金鍍層位於純鈀鍍層上。
本發明也提供一種金鈀金鍍膜結構的製作方法，其步驟包括先提供一焊墊；再利用半置換半還原型反應於焊墊上形成第一金鍍層；接續，利用置換型、還原型或者半置換半還原型反應於第一金鍍層上形成鈀磷鍍層；然後，利用置換型、還原型或者半置換半還原型反應於鈀磷鍍層上形成純鈀鍍層；最後，利用置換型、還原型或者半置換半還原型反應於純鈀鍍層上形成第二金鍍層。
與先前技術相比，本發明具有以下優勢：
（1） 本發明提供的金鈀金鍍膜結構利用半置換半還原型的第一金鍍層的形成有助於良好地成長鈀磷鍍層，可避免界面缺陷。
（2） 本發明提供的金鈀金鍍膜結構利用鈀磷鍍層不易受熱遷移的特性，可防止焊墊的金屬原子向上遷移，使耐熱效果得以有效提升，因此有利於高溫耐熱產品之開發和應用。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
請參閱第1圖，其顯示本發明之實施例一所提供的一種金鈀金鍍膜結構的製作方法之流程，其具體步驟如下：
首先，如步驟S10所述，提供一焊墊。本實施例中，步驟S10還包括先對於焊墊的表面進行前處理，前處理步驟包括：使用脫脂劑，於50℃的溫度下清潔除油；使用過硫酸鈉，於25℃的溫度下進行微蝕；使用10％硫酸，於常溫下進行酸洗。
接續，如步驟S20所述，利用半置換半還原型反應於焊墊表面形成第一金鍍層；此步驟S20是先以微量的金進行置換反應，之後，再以這微量的金作為觸媒進行還原反應，以形成第一金鍍層來作為後續鈀磷鍍層的觸媒。本實施例中，步驟S20是使用半置換半還原型藥劑，於80 ℃的溫度下進行半置換半還原型反應，以形成厚度0.01〜0.15微米之第一金鍍層。
再如步驟S30所述，利用置換型、還原型或者半置換半還原型反應於第一金鍍層上形成鈀磷鍍層。此鈀磷鍍層為非晶質結構。本實施例中，步驟S30是使用磷含量為1〜6重量％的化鈀藥劑，於48 ℃的溫度下進行還原型反應，以形成厚度0.02〜0.15微米之鈀磷鍍層。
然後，如步驟S40所述，利用置換型、還原型或者半置換半還原型反應於鈀磷鍍層上形成純鈀鍍層。此純鈀鍍層為晶質結構。本實施例中，步驟S40是使用不含磷的純化鈀藥劑，於70 ℃的溫度下進行還原型反應，以形成厚度0.05〜1微米之純鈀鍍層。
最後，如步驟S50所述，利用置換型、還原型或者半置換半還原型反應於純鈀鍍層上形成第二金鍍層。本實施例中，步驟S50是使用半置換半還原型藥劑，於80 ℃的溫度下進行反應，以形成厚度0.01〜0.3微米之第二金鍍層。
上述方法中，各步驟S10〜S50可於操作溫度為25〜95℃，酸鹼值為pH 4〜9的條件下進行。
請參閱第2圖，其繪示本發明之實施例一所製得的金鈀金鍍膜結構。此金鈀金鍍膜結構位於焊墊1上，並由第一金鍍層2、鈀磷鍍層3、純鈀鍍層4、第二金鍍層5依序堆疊而成。本實施例中，第一金鍍層2是半置換半還原型鍍層，而鈀磷鍍層3和純鈀鍍層4皆為還原型鍍層，第二金鍍層5為半置換半還原型鍍層；但在實際應用上，鈀磷鍍層3、純鈀鍍層4和第二金鍍層5可為置換型、還原型或者半置換半還原型鍍層。
具體而言，焊墊1的材質可為銅。較佳者，鈀磷鍍層3中磷的含量為1〜6重量％，鈀的含量為94〜99重量％。較佳者，純鈀鍍層4中鈀的含量為99.9重量％以上，更佳為99.95重量％以上。
請參閱第3A圖和第3B圖，其顯示了兩種鍍膜結構的聚焦離子束掃描觀察圖，其中第3B圖為本發明之實施例一所製得的金鈀金鍍膜結構，第3A圖的鍍膜結構相較於實施例一是於焊墊和鈀層之間不包含金鍍層。第3A圖的鍍膜結構由於在銅焊墊上進行置換反應來形成鈀金屬觸媒，因置換反應中的無效反應會造成銅面產生微量腐蝕，而第3B圖的金鈀金鍍膜結構，則是以半置換半還原型反應先形成有一層金鍍層作為觸媒，進而鍍上鈀磷鍍層，再鍍上純鈀鍍層，最後，鍍上另一層金鍍層，由圖中可以發現在銅焊墊和金鍍層之間並沒有造成任何腐蝕現象。由此可知，本發明利用金鍍層作為觸媒可以良好地成長鈀磷鍍層，可避免界面缺陷，而此鈀磷鍍層為合金鍍層，相較於純鈀鍍層，受熱時較不易遷移，因此可以阻擋底部的焊墊的金屬原子向上遷移。
進一步地，為了說明和驗證本發明提出的金鈀金鍍膜結構及其製作方法所能達到之技術效果，使用本發明所提供的製作方法(實施例二)與習知的製作方法(比較例一至比較例三)分別於銅箔上製作鍍膜結構。各鍍膜結構的製作流程及其操作條件如下表一所示。另外，使用光學顯微鏡（OM）觀察的方式檢視各鍍膜結構於高溫烘烤前後(烘烤條件為350℃，1小時)的表面狀況。
表一
| 步驟 | 藥液 | 溫度 | 時間 | 實施例二 | 比較例一 | 比較例二 | 比較例三 | |
| 1 | 酸性脫脂 | Type A | 室溫 | 3分鐘 | ● | |||
| Type B | 50℃ | 5分鐘 | ● | ● | ● | |||
| 2 | 微蝕 | 過硫酸鈉溶液 | 室溫 | 15秒 | ● | ● | ● | ● |
| 3 | 酸洗 | 硫酸 | 室溫 | 30秒 | ● | ● | ● | ● |
| 4 | 觸媒催化 | 置換型金藥水 | 80℃ | 10分鐘 | ● | |||
| 半置換半還原型金藥水 | 80℃ | 2分鐘 | ● | ● | ● | |||
| 5 | 酸洗 | 硫酸 | 室溫 | 1分鐘 | ● | |||
| 後清洗 | (*功能為去除殘留觸媒) | 80℃ | 15分鐘 | ● | ● | ● | ||
| 6 | 化鈀一 | 置換型純鈀藥水 | 55℃ | 5分鐘 | ● | |||
| 還原型鈀磷藥水 | 55℃ | 5分鐘 | ● | |||||
| 7 | 化鈀二 | 還原型純鈀藥水 | 70℃ | 50分鐘 | ● | ● | ● | ● |
| 還原型鈀磷藥水 | 55℃ | 15分鐘 | ● | |||||
| 8 | 半置換半還原金 | 半置換半還原型金藥水 | 80℃ | 6分鐘 | ● | ● | ● | ● |
請同時參照第4A圖至第4D圖，其繪示本發明之實施例二以及比較例一至三所製得的鍍膜結構之示意圖。比較例一為單層純鈀之浸金化學鍍鈀浸金（IGEPIG）鍍膜結構(見第4B圖)，觸媒使用置換型金藥水，會在銅金界面留下置換空洞，比較例二同為單層純鈀之IGEPIG鍍膜結構(見第4C圖)，但觸媒金使用半置換半還原型金藥水，銅金界面無空洞形成。實施例二為具有鈀磷鍍層/純鈀鍍層之雙層鈀鍍膜結構(見第4A圖)，鈀磷鍍層在作為觸媒之第一金鍍層與純鈀鍍層之間，比較例三同為具有鈀磷/純鈀鍍層之雙層鈀鍍膜結構(見第4D圖)，但其鈀磷鍍層形成在純鈀鍍層與最上層金鍍層之間。這些鍍膜結構經由350℃的溫度下烘烤1小時後，比較例一和比較例二由於沒有鈀磷鍍層的阻絕，其底層的銅原子及鈀層的鈀原子向上擴散至金鍍層表面，使表面造成異色，比較例三的阻絕效果不佳，同樣會出現異色，而本發明之實施例二的底層的銅原子則因鈀磷鍍層的阻絕效果較佳，只有鈀原子擴散至金鍍層表面，異色較輕微。如第5圖所示，其顯示了上述製作流程所製得的鍍膜結構於烘烤前和烘烤後的光學顯微鏡觀察圖。由實驗結果發現，比較例一至三所製得的鍍膜結構在烘烤之後，鍍膜結構表面皆出現發黑的情況，這表示有銅原子遷移至鍍層表面，且僅有本發明之實施例二所製得的金鈀金鍍膜結構的表面沒有明顯發黑，這表示可以抑制銅熱遷移之狀況。由此可以證實本發明先以一層半置換半還原型的金鍍層當作觸媒，進而鍍上鈀磷鍍層的製作方法，可以有效防止焊墊的金屬原子的熱遷移，進而得到耐熱性較佳的金鈀金鍍膜結構。
綜上所述，根據本發明所揭露的金鈀金鍍膜結構及其製作方法，藉由半置換半還原型的第一金鍍層的形成有助於良好地成長鈀磷鍍層，可以避免界面缺陷的形成，而此鈀磷鍍層受熱時不易遷移，可以阻絕焊墊的金屬原子向上遷移，使得耐熱效果得以有效提升，因此有利於高溫耐熱產品之開發和應用。
唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
1:焊墊
2:第一金鍍層
3:鈀磷鍍層
4:純鈀鍍層
5:第二金鍍層
S10-S50:步驟
第1圖為本發明之實施例一所提供的金鈀金鍍膜結構的製作方法之流程圖。
第2圖為本發明之實施例一所製得的金鈀金鍍膜結構之示意圖。
第3A圖和第3B圖為兩種鍍膜結構的聚焦離子束掃描觀察圖。
第4A圖至第4D圖依序為本發明之實施例二以及比較例一至三所製得的鍍膜結構之示意圖。
第5圖為本發明之實施例二以及比較例一至三所製得的鍍膜結構分別於烘烤前後的光學顯微鏡掃描觀察圖。
1:焊墊
2:第一金鍍層
3:鈀磷鍍層
4:純鈀鍍層
5:第二金鍍層
Claims (18)
- 一種金鈀金鍍膜結構，其位於一焊墊上，該金鈀金鍍膜結構包括： 一第一金鍍層，其位於該焊墊上，該第一金鍍層是半置換半還原型鍍層； 一鈀磷鍍層，其位於該第一金鍍層上； 一純鈀鍍層，其位於該鈀磷鍍層上；以及 一第二金鍍層，其位於該純鈀鍍層上。
- 如請求項1所述之金鈀金鍍膜結構，其中該鈀磷鍍層、該純鈀鍍層和該第二金鍍層是置換型、還原型或者半置換半還原型鍍層。
- 如請求項1所述之金鈀金鍍膜結構，其中該焊墊的材質為銅。
- 如請求項1所述之金鈀金鍍膜結構，其中該鈀磷鍍層中磷的含量為1〜6重量％，鈀的含量為94〜99重量％。
- 如請求項1所述之金鈀金鍍膜結構，其中該純鈀鍍層中鈀的含量為99.9重量％以上。
- 如請求項1所述之金鈀金鍍膜結構，其中該第一金鍍層的厚度為0.01〜0.15微米。
- 如請求項1所述之金鈀金鍍膜結構，其中該鈀磷鍍層的厚度為0.02〜0.15微米。
- 如請求項1所述之金鈀金鍍膜結構，其中該純鈀鍍層的厚度為0.05〜1微米。
- 如請求項1所述之金鈀金鍍膜結構，其中該第二金鍍層的厚度為0.01〜0.3微米。
- 一種金鈀金鍍膜結構的製作方法，其步驟包括： 提供一焊墊； 利用半置換半還原型反應於該焊墊上形成一第一金鍍層； 利用置換型、還原型或者半置換半還原型反應於該第一金鍍層上形成一鈀磷鍍層； 利用置換型、還原型或者半置換半還原型反應於該鈀磷鍍層上形成一純鈀鍍層；以及 利用置換型、還原型或者半置換半還原型反應於該純鈀鍍層上形成一第二金鍍層。
- 如請求項10所述之金鈀金鍍膜結構的製作方法，其中各步驟之操作溫度為25〜95℃，酸鹼值為pH 4〜9。
- 如請求項10所述之金鈀金鍍膜結構的製作方法，其中該焊墊的材質為銅。
- 如請求項10所述之金鈀金鍍膜結構的製作方法，其中該鈀磷鍍層中磷的含量為1〜6重量％，鈀的含量為94〜99重量％。
- 如請求項10所述之金鈀金鍍膜結構的製作方法，其中該純鈀鍍層中鈀的含量為99.9重量％以上。
- 如請求項10所述之金鈀金鍍膜結構的製作方法，其中該第一金鍍層的厚度為0.01〜0.15微米。
- 如請求項10所述之金鈀金鍍膜結構的製作方法，其中該鈀磷鍍層的厚度為0.02〜0.15微米。
- 如請求項10所述之金鈀金鍍膜結構的製作方法，其中該純鈀鍍層的厚度為0.05〜1微米。
- 如請求項10所述之金鈀金鍍膜結構的製作方法，其中該第二金鍍層的厚度為0.01〜0.3微米。
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|---|---|---|---|---|
| CN101668880A (zh) * | 2007-04-27 | 2010-03-10 | 日立化成工业株式会社 | 连接端子、使用了连接端子的半导体封装件及半导体封装件的制造方法 |
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2022
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Patent Citations (2)
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| CN117580267A (zh) * | 2024-01-16 | 2024-02-20 | 珠海斯美特电子材料有限公司 | 一种印制电路板的镀金工艺 |
| CN117580267B (zh) * | 2024-01-16 | 2024-03-26 | 珠海斯美特电子材料有限公司 | 一种印制电路板的镀金工艺 |
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