DD244768A1 - Verfahren zur erhaltung der loetfaehigkeit von nickelschichten - Google Patents

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Volker Wadewitz
Falk Richter
Wilfried Lamm
Renate Gesemann
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Liebknecht Mikroelektron
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhaltung der Loetfaehigkeit von Nickelschichten und ist vorzugsweise fuer die Herstellung elektronischer Bauelemente einsetzbar. Ziel der Erfindung ist es, die Weichloetfaehigkeiten vernickelter elektronischer Bauelemente unter Verwendung eines umweltfreundlichen Vergoldungsverfahrens bei Einsparung von Gold zu erhalten. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe durch die Abscheidung von 10 bis 50 nm dicken, dichten Goldschichten geloest, indem die vernickelten Substrate fuer die Zeitdauer von 0,5 bis 10 min in ein an sich bekanntes ungiftiges, reduktives Goldbad mit einem p H-Wert im Bereich 7 bis 13 und einer Temperatur von 355 bis 371 K bei einer Badbelastung von 1 bis 10 dm2/l eingetaucht werden.

Description

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Darlegung des Wesens der Erfindung
Ausgehend vom Ziel der Erfindung stellt sich die technische Aufgabe, ein Verfahren zur Erhaltung der Lötfähigkeit von Nickelschichten zu finden, bei dem auf die Nickelschicht eine haftfeste, dünne, dichte und gleichmäßige Goldschicht mit konstanter Abscheidungsgeschwindigkeit stromlos und ungiftig aufgebracht wird.
Die besten Ergebnisse hinsichtlich Dichtigkeit bei geringer Schichtdicke ergeben sich erfindungsgemäß, wenn eine besonders feinkörnige, flächehafte Struktur der Goldschicht erzielt wird. Diese Struktur kann erfindungsgemäß durch eine blumenkohlartige Nickelphosphprschicht als Unterlage, einem Ätzvorgang mit einer speziellen Ätzlösung und eine Abscheidung aus einem stromlosen Goldbad in einem engen Konzentrationsbereich erreicht werden, wobei die Probe auf die Abscheidungstemperatur.vorgewärmt werden muß. Für die Abscheidung der Nickelphosphorschicht wird ein bekanntes stromloses alkalisches hypophosphithaltiges Bad eingesetzt. Es ist vor dem Vergolden nötig, die Nickeloberfläche durch Tauchen in eine Ätzlösuhg, die aus einer wäßrigen Lösung von Schwefelsäure und Flußsäure besteht, zu dekapieren. Die Einwirkdauer liegt zwischen:1 und 5 Minuten. Anschließend werden die Bauelemente in deionisiertem Wasser gespült und danach in einem zweiten Gefäß mit deionisiertem Wasser auf eine Temperatur gebracht, die im Bereich 85... 100°C liegt. Danach werden die Bauelemente in ein Vergoldungsbad gebracht, das folgende Zusammensetzung aufweist:
— Gold 0,6 alsTrinatriumbisulfitoaurat (Na3Au(SOa)2)
— Formaldehyd 0,9... 1,1 g/l (HCHO)
— Natriumsulfit 7,7... 8,3 g/l (NaSO3)
— Ethylendiamin 0,7... 0,8 g/l NH2-CH2-CH2-NH2
— Ethylendiamintetraessigsäure- 0,9... 1,0 g/l di-Natriumsalz
— Kaliumbromid 0,8...1,2g/l
Zusätzlich können dem Vergoldungsbad zur Beschleunigung der Abscheidung 0,1 ...10 mg/4 Thallium-I-Nitrat zugesetzt werden.
Der pH-Wert der Lösung wird durch Zugabe von Schwefelsäure im Bereich 7... 13 eingestellt. Die Badtemperatur soll zwischen 82 und 98°C gehalten werden. Die Badbelastung kann zwischen 1 bis 10dm2/l liegen. Die Einwirkdauer des Bades liegt günstigerweise im Bereich 0,5:.. 10 Minuten. Die Abscheidungsgeschwindigkeit der Goldschicht ist bis nahe der Erschöpfung des Bades verhältnismäßig konstant. Zur Erhaltung der Lötfähigkeit von Nickelschichten genügen bei Erhaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens Überzüge mit einer Dicke von 10 bis50nm. Die gewonnenen Überzüge sind besonders feinkörnig und flächenhaft. Die Haftfestigkeit der erzeugten Schichten ist sehr gut und übertrifft die Bruchfestigkeit des Siliciums.
Es muß ergänzt werden, daß auch anders hergestellte Nickelschichten —z. B. galvanisch abgeschiedene oder gesputterte—mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zufriedenstellende Ergebnisse liefern.
Ausführungsbeispiel
Es sollen nach einem bekannten-stromlosen Verfahren beidseitig vernickelte Siliciumscheiben vergoldet werden. Dazu werden die Scheiben aufrecht in Kunstoffmagazine gestellt und im 1 .Verfahrensschritt 10s in gepufferte Flußsäure getaucht, danach für die Dauer von 30s in.fließendem deionisiertem Wasser gespült und dann für die Dauer von 60s in ein Gefäß mit deionisiertem Wasser gebracht, dessen Temperatur 90cC beträgt und nach Ablauf dieser Zeit unverzüglich in ein Vergoldungsbad getaucht, dessen Temperatur 82°C beträgt, mit einer Zusammensetzung:
Gold 0,6 g/l
als Na3Au(SO3J2 0,1 g/l
HCHO 8,0 g/l
Na2SO3 0,75 g/l
NH2-CH2-CH2-NH2
Ethylendiamintetraessigsäure- 1,0 g/l
di-Natriumsalz 1,0 g/l
KBr 2,0 mg/l
TINO3 12,0
pH-Wert
Die Scheiben werden nach einer Vergoldungszeit von 2 min dem Bad entnommen, in deionisertem Wasser gespült und in einer Zentrifuge getrocknet.
Es zeigte sich, daß bei Scheiben, die durch Sputtern vernickelt sind, ebenfalls gute Ergebnisse mit einem Bad gleicher Zusammensetzung, aber dem pH-Wert 7,4 erzielt werden.

Claims (2)

Erfindungsanspruch:
1. die Zementationsbäder,
1. Verfahren zur Erhaltung der Lötfähigkeit von Nickelschichten, dadurch gekennzeichnet, daß die vernickelten Substrate in eine Ätzlösung aus verdünnter Flußsäure für die Dauer von 1 bis 5 Minuten getaucht, anschließend in deionisiertem Wasser mit einer Temperatur im Bereich 85...1000C gebracht und danach in einem Vergoldungsbad mit der Zusammensetzung
mit einem durch Schwefelsäure einstellbaren pH-WErt im Bereich 7... 13 und Badtemperaturen im Bereich 82 bis 98°C für die Dauer von 0,5 bis 10min bei einer Badbelastung von 1 bis 10dm2/l und abschließend in deionisiertem Wasser gespült und getrocknet werden.
2. Verfahren nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ätzlösung zur Vorbehandlung der vernickelten Substrate eine schwefelsäurehaltige Mischung benutzt wird.
3. Verfahren nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vergoldungsbad 0,1 ...lOmg/IThallium-l-Nitrat zugegeben werden.
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur (permanenten) Erhaltung der Lötfähigkeit von Nickelschichten, vorzugsweise solchen, die als Kontaktschichten bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen aufgebracht sind.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
In der Elektrotechnik/Elektronik ist es üblich, metallisierte, insbesondere vernickelte Bauelemente, mittels eines Blei-Zinn-Lotes und eines entsprechenden Lötverfahrens auf einem Träger, Sockel, Kühlkörper o.a. zu befestigen. Voraussetzung für optimale Weichlotverbindungen ist eine gute Benetzung der zu verbindenden Metalloberflächen. Diese kann durch Überzüge (z. B. Oxide) auf den Metalloberflächen erheblich beeinträchtigt werden. Es ist bekannt, daß Nickeloberflächen besonders schnell passive Deckschichten ausbilden, welche die Lötbarkeit reduzieren. Zur Verbesserung der Lötfähigkeit ist daher schon die Benutzung reduzierend wirkender Flußmittel für das Lot oder das Löten in einer reduzierenden Atmosphäre vorgeschlagen worden. Ferner ist die mechanische Zerstörung der Oxidschichten z. B. durch Ultraschall bekannt. Weitere bekannte Verfahren sind das thermische Zersetzen von Metalloxiden und das Löten unter einer Schutzgasatmosphäre, wodurch die Entstehung von Oxiden vermieden werden soll. Alle genannten Hilfsmittel haben sich b ei der Herstellung von Halbleiterbauelementen und vernickelten Kontaktflächen als nachteilig erwiesen. Den besten Erfolg brachte das Vergolden der Nickelschichten. Das Vergolden kann dabei durch Sputtern, Aufdampfen, galvanische oder chemische (stromlose) Abscheidung erfolgen. Das Sputtern sowie das Verdampfen sind nachteilig, weil die Abscheidung des Goldes auch auf Teilen der Bauelemente oder der Ausrüstung erfolgt, wo sie störend oder zumindest nicht erforderlich ist. Ein erhöhter Goldverbrauch ist dadurch notwendig. Die elektrolytische Abscheidung des Goldes ist zwar sparsamer, erfordert aber zu jeder Fläche, die vergoldet werden soll, einen elektrischen Anschluß, der selbst wieder die Vergoldung stören kann. Es sind daher auch eine Reihe von Bädern zur stromlosen Vergoldung angegeben worden, die man in zwei Gruppen einteilen kann:
2. die reduktiven Bäder.
Ein Zementationsbad wird beispielsweise in der DE-OS 2803147 beschrieben. Es hat jedoch den prinzipiellen Nachteil — wie alle Zementationsbäder—das Substrat anzugreifen und geringe Haftfestigkeit der erzeugten Goldschicht. Ferner ist die Schichtdicke der mit diesem Bad herstellbaren Goldüberzüge begrenzt. Zu den stromlosen Vergoldungsbändern gehört auch das reduktiv arbeitende Bas, das im WP 150762 dargestellt ist, das sich durch seine Ungiftigkeit und relative Stabilität auszeichnet. Es werden dafür handelsübliche Reduktionsmittel verwendet (Natriumhypophosphid, Formaldehyd und Hydrazin), zur Stabilisierung der Lösung werden Natriumsulfid, eine Di- bzw. Triaminalkyl-, Di- bzw. Triaminoaryl- und/oder Di- bzw. Triaminoaralkylverbindung, Kaliumbromid und ein Chelatbildner eingesetzt. Als Goldsalze werden Alkalisulfitoaurate der allgemeinen Formel MeAu(SO3^ eingesetzt. Die Temperatur des Bades soll im Bereich 353 bis 371 K liegen. Nachteilig bei dem Bad mit den angegebenen Toleranzen der Badzusammensetzung ist, daß eine zuverlässige Erhaltung der Lötbarkeit erst bei Schichtdicken der Au-Schicht von >200nm auftritt.
Zur Verminderung der Goldschichtdicke sind auch Beschichtungen der Nickelschicht mit Palladium und anschließend Goldflash bekannt. Nachteilig ist dabei, daß eine zusätzliche Edelmetallschicht benötigt wird.
Ziel der Erfindung
Es ist das Ziel der Erfindung, die Lagerfähigkeit vernickelter elektronischer Bauelemente (Bauelementechips) unter Wahrung der Möglichkeit der Weiterverarbeitung bei sparsamsten G~oldeins"atz langfristig zu erhalten. _
DD28539185A 1985-12-24 1985-12-24 Verfahren zur erhaltung der loetfaehigkeit von nickelschichten DD244768B1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4020795C1 (de) * 1990-06-28 1991-10-17 Schering Ag Berlin-Bergkamen, 1000 Berlin, De

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DE4020795C1 (de) * 1990-06-28 1991-10-17 Schering Ag Berlin-Bergkamen, 1000 Berlin, De

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