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Verfahren zum Abscheiden von Goldüberzügen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden porenfreier Goldüberzüge auf metallische Träger, beispielsweise Halbleiterbauelementgehäuse, auf deren Oberfläche Bauelemente auflegiert werden, bei dem nach entsprechender Vorbehandlung des Trägers zunächst eine dünne, haftfeste und dichte Goldzwischenschicht aus einem sauren, sodann eine zweite dickere Deckschicht aus einem alkalischen Elektrolyten abgeschieden wird. Das Abscheiden von Gold auf metallischen Trägern ist bereits seit langem bekannt, so aus der deutschen Patentschrift Nr. 298 687, wo der Träger zuerst in einem cyankalischen Bad vorvergoldet und dann aus einer sauren Goldsalzlösung Gold galvanisch niedergeschlagen wird.
Nach der deutschen Patentschrift Nr. 666 288 wird beim Vergolden von Schreibfedern nach einem Beizen zum Aufbringen der Goldschicht zuerst ein saures Goldplattierungsbad und dann ein alkalisches Bad verwendet. Einen ähnlichen Vorgang schlägt auch die deutsche Patentschrift Nr. 738 649 vor. Wie in diesen Patentschriften vermerkt ist, hat bei den dort dargelegten Verfahren der Goldüberzug stets Poren. Nun sind poröse Überzüge für viele Anwendungsgebiete der Technik, z. B. bei Halbleiterbauelementen, sehr nachteilig.
Es ist auch eine Vielzahl von Verfahren zum Vergolden von Gehäusen für Halbleiterbauelemente, sowohl galvanische als auch katalytische, bekannt, bei denen mehrere Schichten übereinander abgeschieden, wobei zum Teil von Gold verschiedene Zwischenschichten, wie Nickel, aufgebracht und unter Schutzgaseinwirkung erheblich erhitzt werden. Dabei finden sowohl ausschliesslich galvanische oder katalytische Verfahren, aber auch die Kombination bei der Anwendung.
Die Praxis hat nun gezeigt, dass die mit den bekannten Verfahren hergestellten Goldüberzüge im allgemeinen den beim Auflegieren des Halbleiterbauelementes auftretenden Temperaturschock nicht ohne wesentliche Beeinträchtigung ihrer Qualität überstehen und damit in ihrer Funktionstüchtigkeit merklich beeinträchtigt werden. Das gilt in gleichem Masse für die Biegefestigkeit der auf den Anschlussdrähten aufgebrachten Schichten sowie für deren Lötfähigkeit.
Schliesslich sind bei den auf Schutzgaseinwirkung beruhenden Vergoldungsverfahren sowohl die zu ihrer Realisierung notwendigen Einrichtungen als auch das Verfahren relativ aufwendig und damit kostspielig.
Zweck der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Abscheiden porenfreier Goldüberzüge, beispielsweise auf Gehäuse für Halbleiterbauelemente, zu finden, das die mit dem bekannten Stand der Technik verbundenen Mängel weitestgehend ausschliesst und insbesondere bei möglichst niedrigem technischem Aufwand leicht zu handhaben ist ; dabei soll es möglich sein, die vorzugsweise aus Silizium als Grundmaterial bestehenden Halbleiterbauelemente mit dem vergoldeten Gehäuse innig zu verbinden, Drähte auf den dafür vorgesehenen Stellen zu kontaktieren und sowohl die Biegefestigkeit der Schichten auf den Drähten als auch deren Lötfähigkeit zu garantieren.
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Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die erstgenannte Goldschicht aus einem sauren, Glanzbildner enthaltenden Elektrolyten, die zweite hingegen aus einem alkalischen, von Glanzbildnern freien Elektrolyten abgeschieden wird. Zum Erzeugen von glänzenden Schichten ist es bereits bekannt, einem Plattierbad einen Glanzbildner zuzusetzen. Es hat sich aber überraschenderweise gezeigt, dass durch die erfinderischen Massnahmen, d. h. also das Abscheiden einer ersten Goldschicht aus einem Plattierbad mit Glanzbildner und dann das Abscheiden einer zweiten Goldschicht aus einem Plattierbad ohne Glanzbildner, ein porenfreier Überzug erhalten wird.
Bei galvanischer Abscheidung der ersten Schicht werden vorzugsweise im sauren Bereich arbeitende Elektrolyte verwendet, wobei der pH-Wert vorteilhaft mit Citronensäure auf einen Wert : 4 eingestellt werden soll. Auch istzur Erzielung dichter, feinkristalliner Schichten der Ersatz an sich bekannter Glanzbildner erforderlich.
Die folgende galvanische Starkvergoldung soll so verlaufen, dass die abgeschiedene Schicht ein homogenes Gefüge aufweist.
Das gefundene Verfahren zum Vergolden von Gehäusen für Halbleiterbauelemente zielt nicht nur auf eine möglichst einfache und kostensparende Technologie ab, es ist auch darauf gerichtet. die Aus- beute bei der Produktion von Halbleiterbauelementen zu steigern, soweit diese Steigerung von der Qualität der aufgebrachten Schichten abhängt.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Als metallischer Träger wird dafür ein Gehäuse aus Nicosil, d. h. aus einer Legierung aus Ni, Co und Fe ge- wählt. Beide Goldschichten sollen galvanisch abgeschieden werden.
Nach einer groben Vorentfettung in bekannter Weise, z. B. durch Tauchen in Lösungsmittel oder heisse Entfettungslauge und anschliessendes Spülen werden die Gehäuse zunächst in einer Vorbeize behandelt, die nur auf die Oberfläche entzundernd und lockernd einwirkt, ohne das Grundmaterial wesentlich anzugreifen. Eine solche Beize besteht aus :
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<tb> Amidosulfonsäure <SEP> z. <SEP> B. <SEP> 300 <SEP> g
<tb> Natriumchlorid <SEP> z. <SEP> B. <SEP> 300 <SEP> g
<tb> Natriumnitrat <SEP> z. <SEP> B. <SEP> 100 <SEP> g
<tb> Wasser <SEP> (destilliert) <SEP> z. <SEP> B. <SEP> 800 <SEP> ml.
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Bei der angegebenen Zusammensetzung wird zweckmässigerweise eine Temperatur von etwa 60 C und eine Beizzeit von 10 bis 15 min eingehalten.
Nach kurzem Zwischenspülen erfolgt das Glanzbeizen in einer an sich bekannten Beize, bestehend aus Eisessig, Salpetersäure und Salzsäure, und - wieder nach Zwischenspülen - das elektrolytische Entfetten.
Nach erneutem Spülen wird die erste galvanische Goldschicht abgeschieden. Sie hat die Aufgabe, eine gut haftende und möglichst dichte Verbindung zwischen dem Grundmetall und der zweiten Goldschicht herzustellen. Als Elektrolyte eignen sich hiezu, wie bereits erwähnt, besonders solche, die in saurem Bereich arbeiten, wobei das PH vorzugsweise mit Citronensäure auf einen Wert 4 einzustellen ist. Um dichte feinkristalline Überzüge zu erhalten, ist ein Zusatz an sich bekannter Glanzbildner oder saurer Glanzelektrolyte erforderlich.
Wesentlich ist, dass diese Vorvergoldung nicht zu dick aufgebracht wird, da sonst die in den
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Die zweite, dickere galvanische Goldschicht muss die genannten Bedingungen der Haft-und Temperaturfestigkeit, Kontaktierfähigkeit, Lötfähigkeit und Biegefestigkeit erfüllen. Hiezu eignen sich am besten Schichten, die neben einer hohen Reinheit des Goldes ein durch langsame Kristallisation bewirktes homogenes Gefüge aufweisen und deren Dicke gleich oder grösser als 2 J. L ist.
Um die notwendig hohe Reinheit der Goldschicht zu erzielen, ist es erforderlich, Elektrolyte ohne jeglichen Glanzzusatz zu verwenden, während die langsame Kristallisation, d. h. das homogene Gefüge der Schicht, durch eine gegenüber sonst üblichen Vergoldungsverfahren extrem niedrige Stromdichte bewirkt wird, so dass unter Berücksichtigung der Schichtdicke Vergoldungszeiten bis zu 60 min pro Charge notwendig werden.
Die Mindestdicke der zweiten Schicht hängt im wesentlichen von ihrer Struktur ab und kann je nach Art der vom Anwender der Gehäuse durchgeführten Bond- und Kontaktierungsprozesse variieren.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass im allgemeinen Schichten zwischen 2 und 4 li, einschliesslich der Vorvergoldungsschicht, ausreichen.
Das gilt im gleichen Masse für den Fall, dass das Vorvergolden in an sich bekannter Weise kataly-
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tisch-reduktiv bewirkt wird. Auch hier wird eine dickere, galvanische Goldschicht aufgebracht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Abscheiden porenfreier Goldüberzüge auf metallische Träger, beispielsweise Halbleiterbauelementgehäuse, auf deren Oberfläche Bauelemente auflegiert werden, bei dem nach entsprechender Vorbehandlung des Trägers zunächst eine dünne, haftfeste und dichte Goldzwischenschicht aus einem sauren, sodann eine zweite dickere Deckschicht aus einem alkalischen Elektrolyten
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sauren, Glanzbildner enthaltenden Elektrolyten, die zweite hingegen aus einem alkalischen, von Glanzbildnern freien Elektrolyten abgeschieden wird.