用于无电金镀敷的镀浴组合物和沉积金层的方法技术

本发明专利技术涉及用于无电金镀敷的镀浴组合物和沉积金层的方法。具体地，本发明专利技术涉及含水无电金镀浴以及金沉积方法，所述含水无电金镀浴包含至少一种金离子源和至少一种用于金离子的还原剂，特征在于所述含水无电金镀浴包含至少一种式(I)的乙二胺衍生物作为镀敷增强剂化合物，其中残基R1和R2包含2至12个碳原子并且选自支链烷基、无支链烷基、环烷基或其组合，其中各残基R1和R2相同或不同。该含水无电金镀浴适合于提供可用于电子元件所需的引线接合和焊接应用的软金层。焊接应用的软金层。焊接应用的软金层。焊接应用的软金层。

【技术实现步骤摘要】
用于无电金镀敷的镀浴组合物和沉积金层的方法
[0001]本专利技术专利申请是国际申请号为PCT/EP2016/072053，国际申请日为2016年9月16日，进入中国国家阶段的申请号为201680052427.3，专利技术名称为“用于无电金镀敷的镀浴组合物和沉积金层的方法”的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及用于无电金镀敷的镀浴组合物和沉积金层的方法。具体地，本专利技术涉及用于将金层无电镀敷到基底上的含水无电金镀浴组合物以及沉积金的方法。所述镀浴特别适合于制造印刷电路板、IC基底、半导体器件、由玻璃制成的内插板(interposer)等。

技术介绍

[0003]在电子元件制造中和半导体工业中，金层是最引人兴趣的。在印刷电路板、IC基底、半导体器件等的制造中，金层经常被用作可焊接和/或可引线接合的表面。通常，它们在焊接和引线接合之前用作最终表面处理(final finish)。为了在铜线和与其接合的引线之间提供具有足够的导电性和坚固性的电连接，同时为引线接合提供良好的强度，存在本领域常规使用的多种层组装。其中，存在无电镍无电金(ENIG)、无电镍无电钯浸金(ENEPIG)、直接浸金(DIG)、无电钯浸金(EPIG)和无电钯自催化金(EPAG)。尽管这些技术已经确立了有些时日，但仍有许多挑战尚未解决。这样的挑战是放置在金和铜线之间的镍层的侵蚀(镍侵蚀)以及金镀浴的稳定性不足，后者由于所述镀浴的成本而是非常不希望的。还有，非常希望以足够的镀敷速率沉积金层以经济地运行制造过程。金层的另一种希望的性质是光学外观应该是柠檬黄，因为金层的变色是不可接受的。
[0004]由于目前电子元件的尺寸很小，所以不可能使用需要与基底电连接的电解工艺。因此，使用无电金属沉积工艺(无电镀敷)。无电镀敷一般描述不使用外部电流源来还原金属离子的方法。使用外部电流源的镀敷工艺通常被描述为电解镀敷或电流镀敷方法。非金属表面可被预处理以使它们接受或催化金属沉积。全部或选定部分的表面可被适当地预处理。无电金属浴的主要组分是金属盐、还原剂和作为任选成分的络合剂、pH调节剂和添加剂例如稳定剂。络合剂(本领域中也称为螯合剂)用于螯合待沉积的金属并防止所述金属从溶液中沉淀(即作为氢氧化物等)。螯合金属致使所述金属可被还原剂利用，还原剂将所述金属离子转化为金属形式。
[0005]金属沉积的另一种形式是浸镀。浸镀是既不利用外部电流源也不利用化学还原剂的另一种金属沉积。机制依靠用存在于浸镀溶液中的金属离子取代来自下面基底的金属。这是浸镀的一个明显的缺点，因为沉积较厚的层通常受到层孔隙率的限制。
[0006]在大多数情况下，无电金镀浴使用一种或两种类型的无电镀敷。即使还原剂已被添加到镀浴中，也可能发生浸渍型镀敷，尽管比例显著降低。
[0007]在本专利技术的上下文中，无电镀敷应被(主要)理解为借助于化学还原剂(在本文中被称为“还原剂”)的自催化沉积。
[0008]US 2012/0129005 A1公开了包含水溶性金化合物和亚烷基二胺、二亚烷基三胺等
的无电金镀浴。然而，这样的金镀敷溶液缺乏足够的稳定性和镀敷速率，因此不适用于工业过程(参见实施例4)。
[0009]US 2008/0138507 A1报导了使用醛化合物作为还原剂以及N
‑
取代乙二胺衍生物例如N1,N2‑
二甲基乙二胺和N1,N2‑
双
‑
(羟甲基)乙二胺的无电金镀浴。但是，其中描述的镀浴还是缺乏镀敷速率和稳定性(参见实施例4)。为了符合当今的工业要求，金镀浴具有150nm/h或更高、优选200nm/h或更高或者理想的是250nm/h或更高的镀敷速率通常是足够的。
[0010]专利技术目的
[0011]本专利技术的目的是提供一种能够从中以足够的镀敷速率沉积金层的含水无电金镀浴组合物以及用于所述目的的方法。本专利技术的另一个目的是提供一种具有足够的稳定性并且能够长时间使用的含水无电金镀浴。
[0012]又一个目标是形成的金层不显示变色。

技术实现思路

[0013]这些目的通过本专利技术的含水无电金镀浴而得以解决，所述镀浴包含至少一种金离子源和至少一种用于金离子的还原剂，并且其特征在于所述镀浴包含至少一种式(I)的乙二胺衍生物作为镀敷增强剂化合物
[0014][0015]其中残基R1和R2包含2至12个碳原子并且选自支链烷基、无支链烷基、环烷基或其组合，其中各残基R1和R2相同或不同。
[0016]这些目的可以另外通过用于从上述镀浴沉积金层的方法以及上述镀敷增强剂化合物在金镀浴中的用途来解决，所述镀浴包含至少一种金离子源和至少一种用于金离子的还原剂。
附图说明
[0017]图1显示了具有许多其上待镀敷的铜垫片的试验基底。还描绘了测量层厚度的10个不同的点(标记为1至10的圆圈)。
具体实施方式
[0018]式(I)的乙二胺衍生物在本文中将被称为镀敷增强剂化合物。
[0019]式(I)的镀敷增强剂化合物
[0020][0021]带有残基R1和R2，其包含2至12个碳原子并且选自支链烷基、无支链烷基、环烷基或其组合，其中各残基R1和R2相同或不同。
[0022]式(I)的镀敷增强剂化合物中的胺部分是仲胺部分。专利技术人发现，R1和R2为甲基残
基的相应二胺或其衍生物既不使得具有足够的镀敷速率，也不使得金镀浴足够稳定(参见实施例4)。
[0023]在本专利技术的一种优选实施方式中，式(I)的镀敷增强剂化合物的残基R1和R2包含2至8个碳原子，更优选2至6个碳原子，甚至更优选2至4个碳原子。
[0024]在本专利技术的另一种优选实施方式中，式(I)中的残基R1和R2是相同的。在本专利技术的又一种优选实施方式中，式(I)中的烷基残基R1和R2不含末端羟基部分(
‑
OH)，因为专利技术人发现与其结合的末端羟基部分不利于镀浴的稳定性(参见实施例4)。在本专利技术的再一种优选实施方式中，式(I)中的残基R1和R2不含末端伯氨基部分，因为专利技术人发现与其结合的所述末端氨基部分也不利于镀浴的稳定性(参见实施例4)。在本专利技术的另一种更优选的实施方式中，残基R1和R2不含任何另外的氨基部分和/或任何羟基部分。甚至更优选所述烷基残基不含取代基并且仅由碳和氢原子组成。
[0025]特别优选从以下选项中选择所述镀敷增强剂化合物：N1,N2‑
二乙基乙烷
‑
1,2
‑
二胺，N1,N2‑
二丙基乙烷
‑
1,2
‑
二胺，N1,N2‑
二
‑
异
‑
丙基乙烷
‑
1,2
‑
二胺，N1,N2‑
二丁基乙烷
‑
1,2
‑
二胺，N1,N2‑
二
‑
异
‑
丁基乙烷
‑
1,2
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.含水无电金镀浴，所述含水无电金镀浴包含至少一种金离子源和至少一种用于金离子的还原剂，其特征在于所述含水无电金镀浴包含至少一种根据式(I)的乙二胺衍生物作为镀敷增强剂化合物其中式(I)中的残基R1和R2是具有3个碳原子的支链烷基残基，其中各残基R1和R2相同；所述至少一种用于金离子的还原剂选自脂族醛、脂族二醛、脂族不饱和醛、芳族醛、和具有醛基团的糖；其中根据式(I)的镀敷增强剂化合物与还原剂的摩尔比为1.0至2.0。2.根据权利要求1所述的含水无电金镀浴，其特征在于式(I)中的残基R1和R2不含任何另外的氨基部分和/或任何羟基部分。3.根据权利要求1或2所述的含水无电金镀浴，其特征在于所述至少一种根据式(I)的镀敷增强剂化合物的浓度范围为0.001
–
1mol/L。4.根据权利要求3所述的含水无电金镀浴，其特征在于所述至少一种根据式(I)的镀敷增强剂化合物的浓度范围为10mmol/L至100mmol/L。5.根据权利要求1或2所述的含水无电金镀浴，其特征在于所述含水无电金镀浴的pH范围为5至9。6.根据权利要求1或2所述的含水无电金镀浴，其特征在于金离子浓度范围为0.1g/L至10g/L。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特，
申请(专利权)人：埃托特克德国有限公司，
类型：发明
国别省市：