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CN120888915A - 一种基于分段电流电镀的金银合金凸块化镀镍金防腐方法 - Google Patents

一种基于分段电流电镀的金银合金凸块化镀镍金防腐方法

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CN120888915A
CN120888915A CN202510817695.0A CN202510817695A CN120888915A CN 120888915 A CN120888915 A CN 120888915A CN 202510817695 A CN202510817695 A CN 202510817695A CN 120888915 A CN120888915 A CN 120888915A
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CN
China
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nickel
plating
alloy
layer
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CN202510817695.0A
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张勇
章剑
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Jiangsu Jingdu Semiconductor Technology Co ltd
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Jiangsu Jingdu Semiconductor Technology Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种基于分段电流电镀的金银合金凸块化镀镍金防腐方法,包括以下步骤:在包含金盐和银盐的Au/Ag合金镀液中对基材进行电镀处理;电镀过程中包括两个阶段,分别设置不同的电流密度:第一阶段采用第一电流密度进行合金电沉积;第二阶段在合金层形成的后期采用第二电流密度继续电镀;两个阶段的电流密度不同,以形成自底部至顶部的成分梯度分布的合金凸块;对所述合金凸块依次进行去胶、种子金层刻蚀和种子钛钨层刻蚀处理;对经处理的合金凸块进行化学镀处理步骤,所述化学镀处理步骤包括:在所述合金凸块表面按预设顺序依次形成至少两层金属层。

Description

一种基于分段电流电镀的金银合金凸块化镀镍金防腐方法
技术领域
本发明是一种基于分段电流电镀的金银合金凸块化镀镍金防腐方法。
背景技术
在高密度封装及微互连领域,金属凸块不仅承担着芯片与基板之间的电气互通功能,更是机械支撑和热传导的关键节点。其中,金银合金凸块因其优良的导电性和工艺适配性,成为微电子器件封装中备受关注的一类互连结构。然而,针对金银合金凸块进行有效的表面防腐蚀处理仍面临诸多技术挑战,尤其是在引入化学镀镍-金(ENIG)防护结构的应用中。
一方面,银及其合金在空气和湿热环境中极易发生氧化反应,形成致密且稳定的钝化膜,显著影响后续化学镀镍过程中的镍离子置换反应与成核效率。相比于铜或金等材料,银表面与化学镀镍体系之间的亲合性较差,往往需要复杂的表面活化流程(如酸洗、微刻蚀、锌置换等)才能实现有效沉积,这使得整个工艺链条延长、过程窗口变窄,严重制约了量产一致性与可控性。
另一方面,常规化学镀镍金结构中,镍层作为功能性中间保护层,应同时具备高致密性、高附着性与良好的界面过渡性能,但在实际应用中,由于前序电镀合金层结构不均匀、金属表面活化不足等原因,镍层常表现出沉积不连续、界面附着差或应力集中等缺陷,极易导致后续金层剥离、电迁移通道形成,影响封装结构的长期可靠性。
此外,现有多数ENIG工艺基于铜凸块开发,对金银合金这种成分复杂、表面活性差的基底适应性不足,特别是在采用分段电流电镀形成成分梯度结构后,顶部富金区域与中部银富集区之间存在电化学特性差异,进一步加剧了镍层沉积过程的非均匀性与微缺陷生成风险。
因此,现有技术尚缺乏一种针对金银合金凸块体系,兼顾表面活化处理、化学镀镍成核与金层保护性能的协同方法。亟需开发一种与分段电流电镀形成的梯度凸块结构高度匹配的ENIG型防护方案,以在提升镍金层沉积质量的同时,增强整体抗腐蚀能力和封装长期稳定性。
发明内容
本发明的目的是为了解决以上现有技术的不足,提供一种基于分段电流电镀的金银合金凸块化镀镍金防腐方法。
一种基于分段电流电镀的金银合金凸块化镀镍金防腐方法,包括以下步骤:
在包含金盐和银盐的Au/Ag合金镀液中对基材进行电镀处理;
电镀过程中包括两个阶段,分别设置不同的电流密度:
第一阶段采用第一电流密度进行合金电沉积;
第二阶段在合金层形成的后期采用第二电流密度继续电镀;
两个阶段的电流密度不同,以形成自底部至顶部的成分梯度分布的合金凸块;
对所述合金凸块依次进行去胶、种子金层刻蚀和种子钛钨层刻蚀处理;
对经处理的合金凸块进行化学镀处理步骤,所述化学镀处理步骤包括:
在所述合金凸块表面按预设顺序依次形成至少两层金属层。
进一步地,所述第一电流密度为0.2-0.8A/dm2,第二电流密度为1-5A/dm2
进一步地,所述第二阶段电镀的持续时间为30-120秒。
进一步地,所述第一阶段电镀持续时间为1000-2400秒。
进一步地,合金凸块的厚度为5-11um,其顶部1-2μm厚度范围内的金含量纯度为80%以上。
进一步地,电镀液在整个电镀过程中维持流速为10-15L/min,晃动频率为10-30Hz。
进一步地,对合金凸块的表面形成金层和镍层,步骤如下:
对所述纯银凸块进行预处理,所述预处理包括酸洗、微刻蚀、稀硝酸清洗和去离子水漂洗;
对经预处理的纯银凸块进行至少两次锌置换处理,以活化表面;
将活化后的纯银凸块置于化学镀镍溶液中进行反应,使其表面形成连续的镍金属层;
在所述镍层形成后,将其进一步置于化学镀金溶液中反应,使镍层表面形成连续的金属金层;
对完成镀金的结构进行漂洗和干燥。
进一步地,所述酸洗使用5%的柠檬酸溶液,时间为1–5分钟,漂洗步骤采用18MΩ·cm去离子水进行快速漂洗,所述干燥步骤为热风或氮气干燥,温度控制在80–120℃。
进一步地,镀金溶液为非电解型金盐溶液,化学镀金步骤的反应温度为50–65℃,反应时间为5–60分钟;镀镍步骤在温度为60±5℃的条件下进行,反应时间为10–30分钟,形成1–5μm厚度的镍层;镀金步骤在温度为50–65℃的条件下进行,反应时间为5–60分钟,形成0.05–0.5μm厚度的金层。
进一步地,所述微刻蚀为对金属表面进行10–60秒的表层腐蚀以去除氧化膜,每次锌置换处理后均包括稀硝酸清洗和去离子水漂洗步骤。
有益效果:与现有技术相比,本发明提出了一种适用于金银合金凸块结构的化学镀镍-金(ENIG)双层防护工艺,与分段电流电镀相结合,有效解决了现有技术中银基或银富集合金表面难以直接沉积高质量防护层的问题。通过在电镀阶段引入成分梯度调控,使凸块顶部富金,为后续的表面处理提供了相对惰性的界面基础,有助于改善传统ENIG工艺在银富集表面成核困难、膜层附着差的问题。
不同于仅采用化学镀金的保护方式,本发明在化学镀金前引入中间镍层构建屏障结构,既增强了整体防护层的致密性和力学强度,又有效抑制了金属间电势差引发的电化学迁移和腐蚀风险。尤其针对金银合金中银含量较高部位容易出现的钝化现象,通过预处理+锌置换+多次清洗的方式,有效激活表面,显著提升了镀镍层的成核均匀性和界面结合力。
本方案还具有良好的工艺通用性与可靠性控制优势。相比于化学镀镍-钯-金结构复杂、材料成本高、反应窗口窄的方案,本发明通过简化为镍-金双层结构,在降低工艺复杂度的同时保留关键防护能力,使其更适合用于结构复杂或成本敏感型高密度封装应用。此外,镍层的中间阻挡作用可延缓金层腐蚀失效过程,形成更为稳定的金属防护体系。
综上所述,本发明不仅解决了金银合金结构中常见的活化难、化镀镍附着差、膜层剥离等关键问题,而且构建了梯度凸块结构与ENIG表面处理之间的工艺协同通道,实现了结构强度、导电性能与长期稳定性的兼顾,为高性能微电子封装提供了一种成本适中、可靠性优异的互连结构解决方案。
附图说明
图1是一种基于分段电流电镀的金银合金凸块化镀镍金防腐方法的流程图;
具体实施方式
为了加深对本发明的理解,下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述,该实施例仅用于解释本发明,并不构成对本发明保护范围的限定。
一种基于分段电流电镀的金银合金凸块化镀镍金防腐方法,包括以下步骤:
步骤1:电镀准备
配置含有金盐和银盐的Au/Ag合金电镀液;将基材置于该电镀液中进行合金电沉积处理。
步骤2:分段电流密度电镀
电镀过程分两个阶段进行,以形成从底部到顶部的金含量梯度合金凸块:
第一阶段:
电流密度为0.2–0.8A/dm2;电镀时间为1000–2400秒;形成底层合金结构;
第二阶段:
电流密度提高至1–5A/dm2;电镀时间为30–120秒;增加顶部金含量比例,提升表层防腐性能。
整个电镀过程中控制:
电镀液流速:10–15L/min;晃动频率:10–30Hz。
步骤3:形成合金凸块结构
合金凸块总厚度控制在5–11μm;凸块顶部1–2μm范围内的金含量纯度达到80%以上。
步骤4:表面处理
对合金凸块依次进行以下处理:去胶;刻蚀种子金层;刻蚀种子钛钨层。
若为合金凸块,执行以下替代处理流程:
步骤5:化学镀两层金属保护结构
对处理后的合金凸块表面按顺序进行化学镀镍和镀金,每层之间进行去离子水漂洗:
化学镀镍:
温度:60±5℃;
时间:10–30分钟;
厚度:1–5μm;
用18MΩ·cm去离子水清洗;
化学镀金:
温度:50–65℃;
时间:5–60分钟;
厚度:0.05–0.5μm;
步骤6:最终漂洗与干燥
使用18MΩ·cm去离子水彻底漂洗;
使用热风或氮气进行干燥,温度控制在80–120℃。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于分段电流电镀的金银合金凸块化镀镍金防腐方法,其特征在于,包括以下步骤:
在包含金盐和银盐的Au/Ag合金镀液中对基材进行电镀处理;
电镀过程中包括两个阶段,分别设置不同的电流密度:
第一阶段采用第一电流密度进行合金电沉积;
第二阶段在合金层形成的后期采用第二电流密度继续电镀;
两个阶段的电流密度不同,以形成自底部至顶部的成分梯度分布的合金凸块;
对所述合金凸块依次进行去胶、种子金层刻蚀和种子钛钨层刻蚀处理;
对经处理的合金凸块进行化学镀处理步骤,所述化学镀处理步骤包括:
在所述合金凸块表面按预设顺序依次形成至少两层金属层。
2.根据权利要求1所述的化镀镍金防腐方法,其特征在于,所述第一电流密度为0.2-0.8A/dm2,第二电流密度为1-5A/dm2
3.根据权利要求2所述的化镀镍金防腐方法,其特征在于,所述第二阶段电镀的持续时间为30-120秒。
4.根据权利要求3所述的化镀镍金防腐方法,其特征在于,所述第一阶段电镀持续时间为1000-2400秒。
5.根据权利要求4所述的化镀镍金防腐方法,其特征在于,合金凸块的厚度为5-11um,其顶部1-2μm厚度范围内的金含量纯度为80%以上。
6.根据权利要求5所述的化镀镍金防腐方法,其特征在于,电镀液在整个电镀过程中维持流速为10-15L/min,晃动频率为10-30Hz。
7.根据权利要求1所述的化镀镍金防腐方法,其特征在于,对合金凸块的表面形成金层和镍层,步骤如下:
对所述纯银凸块进行预处理,所述预处理包括酸洗、微刻蚀、稀硝酸清洗和去离子水漂洗;
对经预处理的纯银凸块进行至少两次锌置换处理,以活化表面;
将活化后的纯银凸块置于化学镀镍溶液中进行反应,使其表面形成连续的镍金属层;
在所述镍层形成后,将其进一步置于化学镀金溶液中反应,使镍层表面形成连续的金属金层;
对完成镀金的结构进行漂洗和干燥。
8.根据权利要求7所述的化镀镍金防腐方法,其特征在于,所述酸洗使用5%的柠檬酸溶液,时间为1–5分钟,漂洗步骤采用18MΩ·cm去离子水进行快速漂洗,所述干燥步骤为热风或氮气干燥,温度控制在80–120℃。
9.根据权利要求1所述的化镀镍金防腐方法,其特征在于,镀金溶液为非电解型金盐溶液,化学镀金步骤的反应温度为50–65℃,反应时间为5–60分钟;镀镍步骤在温度为60±5℃的条件下进行,反应时间为10–30分钟,形成1–5μm厚度的镍层;镀金步骤在温度为50–65℃的条件下进行,反应时间为5–60分钟,形成0.05–0.5μm厚度的金层。
10.根据权利要求1所述的化镀镍金防腐方法,其特征在于,所述微刻蚀为对金属表面进行10–60秒的表层腐蚀以去除氧化膜,每次锌置换处理后均包括稀硝酸清洗和去离子水漂洗步骤。
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