直接化学镀镍工艺方法——对镍层表面形态的影响.doc

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直接化学镀镍工艺方法——对镍层表面形态的影响一、前言
近年来，随着半导体输入端子数量的增加，基板向侧面端子的多腿化及信号线间距微细化的发展。多腿化的趋势使QFP(QuadFlat
Package)构造盘间的节距狭小化制造的难度增加，特别是面阵列端子(面端子)化的需要，BGA(BallGrid
Array)构造的超小型化封装的开发。超小型化封装端子的表面处理的外部引出线需要增加适合的化学镀金/化学镀镍。化学镀金或电镀金的工艺方法比较而言，对于独立的电路图形上表面处理是适用的，镀层的厚度可以根据需要增加，这一点是非常有利的。
通常铜导体图形是采用以次亚磷酸盐作还原剂化学镀镍，而铜与次亚磷酸氧化反应是没有催化活化行为的，这就需要采用钯作为催化剂。该工艺方法就是将基板浸入稀的钯溶液，当铜导体图形上浸有催化剂钯后，就可以实施化学镀镍的工艺程序。但是，对于超高密度配线的基板该工艺方法是否适用，还要看对钯催化剂的选择，因为当基板浸入催化溶液时，导体图形间的树脂上也会同时吸附，化学镀镍过程中会沉积在图形间的树脂上面，这样一来就会产生质量问题。
这就需要解决选择性析出的技术问题，铜导体经过催化活化，采用还原剂为DMAB(二甲胺化硼)和稀的化学镀镍溶液，确认其选择性沉积是有效的。
另外，经过化学镀镍＋金的电镀处理的基板，与电镀法镀出的镀层相比，其焊接强度就比较低。其主要原因是由镍粒子粒界被腐蚀变态，镍层中的富磷层形成以及锡-镍-磷合金层的形成。现在的问题是对镍层中含磷量的含有率控制，使过程中不会产生局部腐蚀，具有适用性的工艺对策是有效的。
研究表明，化学镀镍层表面形态即析出形态，是受催化活化处理的影响而变化，因此也就会直接影响焊料的焊接强度。所以，提出使用钯催化活化而不选择镍的析出程序的有效性。
二、实验方法2.1镀覆处理工艺条件首先是对基板选择性析出的评价，覆铜箔层压板上的表面试验图形形成。试验用的PGA(PinGrid
Array)
基板(板厚度为0.4mm、导线宽度为100μm、线间距为100μm、导体厚度为9μm)。根据基板表面状态，进行前处理，在65℃碱液中处理1分钟，在室温条件下进行酸活化1分钟。然后采用两种工艺处理方法进行化学镀镍。一种工艺方法，铜导体经催化处理后上面附有催化物钯，再进行化学镀镍，这是原来的工艺方法(工艺过程中含有催化活化一步)；另一种工艺方法，所使用的钯催化活化处理液中含有氯化钯(0.05g/dm2)和少量络合剂，温度为25℃，处理1分钟然后实施化学镀镍。此镀液采用DMAB为还原剂和稀的化学镀镍溶液，于是镍沉积在铜导体图形上形成均匀的镍层。这是靠自身的催化活化作用沉积镍。此种工艺方法后来称之直接化学镀镍。镍沉积用的镀液为含有六个水的硫酸镍(0.9g/dm2)，DMAB(3.0g/dm2)和少量的添加剂，温度为45℃、实施1分钟的处理。在这个工艺中，化学镀镍层的厚度约5μm。化学镀镍液的组成和操作条件见表1所示。化学镀镍溶液中，使用次亚磷酸钠为还原剂，用硫酸和氨水调节镀液的pH值到5.5。
通过上述试验，将镀镍后的基板，用放大镜来观察基板上铜导体图形间树脂上的析出情况。2.2焊料球焊接强度测定
焊料球焊接强度的试验基板，基板厚为0.6mm在树脂层上焊盘直径为0.65mm，节距为1.27mm。基板表面焊盘的处理工艺化学镀镍条件与上述2.1规定的工艺条件相同，然后再在氰酸系化学镀金溶液中镀金厚度为0.05μm。化学镀金溶液氰化金(1)钾、柠檬酸钾和EDTA钢，pH值6.0、镀液温度为85℃工艺条件下，镀5分钟。
表1化学镀镍液的组成和操作条件
焊接强度的测定是采用焊料球焊接强度进行拉脱强度试验和部分焊料球焊接剪切强度试验并行进行强度测定。焊盘的直径0.76mm，焊料球成分(Sn63%、Pb37%)RMA(Rosin
Mild
Activated)，使用助熔剂对焊接处进行活化处理以提高焊接可靠性，焊料球焊接的工艺条件是预热温度150℃，加热温度230℃。此后，测定装置用万能型熔合线测试仪5000，焊料球焊接拉伸试验的试验速度300μm/s、焊料球焊接的剪切试验其试验速度为200μm/s来测定。