CN110528042A - 一种半导体器件电镀方法及用于电镀的活化槽 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体器件电镀方法,包括如下步骤:活化步骤:将经过预处理的镍基材半导体器件送入到活化槽中进行活化处理,活化槽中设置有导体;导体与直流电源的负极电连接,镍基材半导体器件与直流电源的正极电连接;当对镍基材半导体器件进行活化处理时,控制直流电源所加电压值为0.3V~0.5V之间;电镀步骤:对经过活化处理的镍基材半导体器件进行电镀。本发明还公开了用于电镀的活化槽。本发明的半导体器件电镀方法,通过导体与镍基材金属器件之间的电势差促使活化液中的铜离子转移到导体上,避免活化液的铜离子向镍基材框架聚集并与之发生置换反应,减少脱皮以及气泡等质量问题的发生,提升电镀效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体封装技术领域,尤其涉及一种半导体器件电镀方法及用于电镀的活化槽。
背景技术
在传统的电镀活化工艺中,铜基材产品置于活化液中,易被腐蚀并转化为铜离子游离于活化液中,并且镍基材框架中也存在铜材料裸露在外面,在进行活化处理的过程中,铜基材也会被腐蚀而转化为铜离子游离于活化液中,此时如果进行镍基材产品的活化处理,由于镍单质活性比铜单质金属活性强,镍单质与溶液中的铜离子发生置换反应,镍单质失去电子变成镍离子游离于活化液中,铜离子得到电子变成铜单质附着在镍基材产品的表面,如图17所示,镍基材框架6安装于夹具7处,铜单质附着在镍基材框架6表面,由于形成的铜单质并不是均匀的附着在镍基材的表面,且其附着力很弱。故而会使得在对镍基材电镀锡的时候,电镀在铜单质表面的锡,容易因铜单质与镍基材之间的弱附着力,造成镍基材与镀锡之间结合力弱,进而容易造成脱皮。由于镀锡层与镍层之间存在有铜颗粒,并在铜颗粒周围形成封闭空间,当电镀完成之后对镍基材产品进行烘烤,封闭空间受热膨胀从而产生局部气泡,进而对产品电镀质量产生影响。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明的目的之一在于提供一种半导体器件电镀方法,其能实现对镍基材半导体器件的活化处理过程中,防止活化液中铜离子形成铜单质附着在镍基材半导体器件表面,提高后续电镀可靠性。
本发明的目的之二在于提供一种用于电镀的活化槽,其能实现对镍基材半导体器件的活化处理,且防止活化液中铜离子形成铜单质附着在镍基材半导体器件表面,提高后续电镀可靠性。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现:
一种半导体器件电镀方法,包括如下步骤:
预处理步骤:对镍基材半导体器件进行预处理;
活化步骤:将经过预处理的镍基材半导体器件送入到活化槽中进行活化处理,所述活化槽中设置有活化液和导体;所述导体与直流电源的负极电连接,所述镍基材半导体器件与直流电源的正极电连接;控制直流电源所加电压值为0.3V~0.5V之间;
电镀步骤:对经过活化处理的镍基材半导体器件进行电镀。
进一步地,所述活化液采用微蚀药水。
进一步地,所述预处理包括对镍基材半导体器件进行金属模封溢胶软化处理、高压水去除金属模封溢胶、毛刺处理和金属除油处理。
进一步地,在活化步骤与电镀步骤之间还包括:对活化后的镍基材半导体器件进行去离子水冲洗处理和预浸处理。
进一步地,当进行活化处理时,所述活化液的温度处于10摄氏度到45摄氏度之间。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现:
一种用于电镀的活化槽,包括活化槽壳体,所述活化槽壳体内设置导体,所述导体设置的位置满足当活化槽壳体内盛放有活化液时,所述导体至少有一部分浸入活化液中;所述导体与直流电源的负极电连接,所述活化槽还设置有用于安装半导体器件的半导体器件安装位,所述半导体器件安装位满足当半导体器件位于半导体器件安装位且所述活化槽壳体内盛放有活化液时,所述半导体器件可浸泡在活化液中;所述直流电源的正极与半导体器件安装位电连接,所述直流电源提供0.3V~0.5V的电压值。
进一步地,所述半导体器件为铜基材半导体器件或镍基材半导体器件。
进一步地,所述活化槽壳体内还盛放有活化液。
进一步地,所述活化液为微蚀药水。
相比现有技术,本发明的有益效果在于:
本发明的半导体器件电镀方法,在镍基材半导体器件活化步骤中,对位于活化液中的导体施加负电,同时对位于活化液中的镍基材半导体器件施加正电,导体与镍基材半导体器件之间的电势差将促使活化液中的铜离子转移到导体上,并在导体上形成单质铜,从而降低铜离子在镍基材半导体器件上转化为单质铜的可能性,减少镍基材半导体器件在电镀后产生气泡以及脱皮等质量问题,提升电镀可靠性。
附图说明
图1为本实施例的半导体器件电镀方法的流程图;
图2为本实施例中处于第一条件下活化处理后第一效果图;
图3为本实施例中处于第一条件下活化处理后第二效果图;
图4为本实施例中处于第一条件下电镀处理后效果图
图5为本实施例中处于第二条件下活化处理后第一效果图;
图6为本实施例中处于第二条件下活化处理后第二效果图;
图7为本实施例中处于第二条件下电镀处理后第一效果图;
图8为本实施例中处于第二条件下电镀处理后第二效果图;
图9为本实施例中处于第三条件下活化处理后效果图;
图10为本实施例中处于第三条件下电镀处理后第一效果图;
图11为本实施例中处于第三条件下电镀处理后第二效果图;
图12为本实施例中处于第四条件下活化处理后效果图;
图13为本实施例中处于第四条件下电镀处理后第一效果图;
图14为本实施例中处于第四条件下电镀处理后第二效果图;
图15为本实施例中处于第五条件下活化处理后效果图;
图16为本实施例中处于第六条件下活化处理后效果图;
图17为在现有技术中在活化槽中活化镍时铜离子的流向示意图;
图18为本实施例中在活化槽中活化镍时铜离子的流向示意图。
附图标记:1、活化槽壳体;2、半导体器件;3、导体;4、直流电源;5、安装位;6、镍基材框架;7、夹具。
具体实施方式
下面,结合附图以及具体实施方式,对本发明做进一步描述,需要说明的是,在不相冲突的前提下,以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1所示,本实施例提供了一种半导体器件电镀方法,包括如下步骤:
S1预处理步骤:对镍基材半导体器件进行预处理;预处理是电镀工艺中的基础步骤,主要是为了对半导体器件表面进行处理,本发明提供的电镀方法,主要是对镍基材半导体器件的电镀,所述预处理包括对镍基材半导体器件进行金属溢胶处理、高压水去除金属溢胶和毛刺处理、金属除油处理。在本实施例中镍基材半导体器件是镍基材框架。
S2活化步骤:将经过预处理的镍基材半导体器件送入到活化槽中进行活化处理,所述活化槽中设置有导体;所述导体与直流电源的负极电连接以使得导体作为阴极设置在活化液中,导体由耐腐蚀的导电材料组成,如不锈钢316;且导体的形状可以为板状或者网状或者棒状等多种形态;所述镍基材半导体器件与直流电源的正极电连接;直流电源所加电压值为0.3V~0.5V。所述活化槽中盛放有活化液,一种优选的实施方式中,活化液采用的是微蚀药水。活化步骤主要用于去除金属表面形成的氧化物,便于后续可靠电镀。
在本实施例中微蚀药水是可以直接腐蚀金属及其氧化物的酸性去氧化剂,其可以对某种特定的底材进行微米级腐蚀。例如市场供应的产品名称为ACTRONAL 988开缸盐或者DESCABASE CU 100的微蚀药水。其中,ACTRONAL 988开缸盐的成分包括硫酸钠、硫酸氢钠和氟化钠。
本实施例中所提及的直流电源可以是常规的直流电源,例如干电池;也可以是通过交流电源转化成的直流电源,例如市电通过AC-DC转换器件形成的直流电源。优选地,活化处理之后还包括:对活化后的镍基材框架进行去离子水冲洗处理和预浸处理。
S3电镀步骤:对经过活化处理的镍基材半导体器件进行电镀。
本方法虽然主要是针对镍基材半导体器件电镀提供的电镀方法,但铜基材框架和镍基材框架均可在同一台电镀机器的同一活化槽中进行活化处理,即当处理完铜基材框架时,可以直接将镍基材框架放入该活化槽内进行活化处理;不需要在对铜基材框架进行活化处理后,更换活化槽中的活化液之后再进行镍基材框架的活化。
具体地,将镍基材框架作为阳极连接至直流电源的正极,使用一金属板作为导体连接至直流电源的负极,在金属板和镍基材框架之间加优选为0.3V但并不限于0.3V的电压,从而使得镍基材框架带正电,金属板带负电,导体与镍基材半导体器件之间的电势差将促使活化液中的铜离子转移到导体上,并在导体上形成单质铜,从而降低铜离子在镍基材半导体器件上转化为单质铜的可能性,减少镍基材半导体器件在电镀后产生气泡以及脱皮等质量问题,提升电镀可靠性
本实施例中,微蚀药水与铜、镍发生还原反应时,反应原理以及对应的电压如下:
还原反应 | 在25℃,1mol的条件下,铜金属标准还原电压 |
Cu<sup>2+</sup>+2e<sup>-</sup><==>Cu | +0.337V |
上表示出在标准情况下的电势情况,但是当在温度升高或者铜离子浓度增大的情况下所需电势差也会发生一定的变化。当电压超过0.5V时,会发生如下反应:Ni+2H+==>Ni2++H2。当发生这样的反应时,使得镍基材失去电子变成镍离子而进入活化液中。故而在本实施例中最为优选的电压的范围是0.3V—0.5V。
如图18所示,一种用于电镀的活化槽,包括活化槽壳体1,所述活化槽壳体1内可盛放活化液,一种优选的实施方式中,活化液采用微蚀药水,且活化槽壳体安装导体3,所述活化槽内还设置有用于安装铜基材半导体器件和/或镍基材半导体器件的安装位5,所述安装位5设置的位置满足当半导体器件安装于安装位5时,所述半导体器件2浸泡在微蚀药水中;还包括直流电源4,所述直流电源4的正极与安装位5电连接,所述直流电源4的负极与导体3电连接。
在本实施例中,具体的,镍基材框架安装于电镀机器中的安装位5,直流电源的正极通过安装位5进而与所述镍基材框架相接。在进行镍基材活化时,电镀程序自动加电压,使溶液中的铜离子得到电子还原成铜单质附着在导体上,从而避免活化液的铜离子向镍基材框架聚集并与之发生置换反应。
当对铜基材框架进行活化处理时,切断直流电源,不对导体以及铜基材框架通电;由于铜基材框架的铜单质与活化液中的铜离子为同种化学元素,因此不会发生置换反应。但是对于镍基材框架来说则不同,由于镍的金属活性比铜的金属活性强,当镍基材框架进入到活化液中时,由于活化液中存在有铜离子,此时两者会发生置换反应,会使得铜离子变成铜单质而附着于镍基材框架表面,进而影响后续电镀的可靠性。本发明通过在活化槽中加入金属板作为导体以在镍基材框架与导体之间形成一电势差,使得活化液中的铜离子转移至导体处,避免与镍发生反应。通过这种方式,铜基材半导体器件的活化处理和镍基材半导体器件的活化处理可在同一台电镀机器的同一个活化槽中进行,从而大大提高生产的灵活性。
针对于镍基材框架,在本实施例中设置六种不同条件来进行活化处理;当处于第一条件下时,对镍基材框架进行外观检查;所述第一条件为0伏/0安培,即产品正极没有电压,导体没有电流,镍基材框架在活化槽中停留3分钟、活化槽中铜离子浓度为3.2克/升;如图2和图3所示,在经过活化处理之后,发现有部分少量的铜离子还原成铜单质附着在镍基材框架和传送钢带表面;如图4所示,在电镀锡之后对其产品进行外观检查,没有发生气泡、脱皮等缺陷,但是传送钢带表面发生了气泡和脱皮现象。
当处于第二条件下时,对镍基材框架进行外观检查;所述第二条件为0伏/0安培,即正极没有提供电压,导体没有提供电流,镍基材框架在活化槽中停留5分钟、活化槽中铜离子浓度为15克/升;如图5和图6所示,在活化处理之后,发现很多铜离子还原成铜单质附着在镍基材框架和传送钢带表面;由于其微蚀药水中铜离子浓度增加,故而其发生置换反应的速度也相对更快;如图7和图8所示,在对镍基材框架电镀锡之后对其产品进行外观检查,发现气泡,脱皮缺陷,同时传送钢带表面同样发生了气泡和脱皮现象。
当处于第三条件下时,对镍基材框架进行外观检查;所述第三条件为0.3伏/1安培,所述第三条件0.3伏/1安培,即是正极提供0.3V电压使镍基材框架带正电,导体提供1A电流使其形成有电子,镍基材框架在活化槽中停留3分钟、活化槽中铜离子浓度为3.2克/升;如图9所示,在活化处理之后,没有发现铜离子还原成铜单质附着在镍基材框架处;如图10和图11所示,在镍基材框架电镀锡之后对其产品进行外观检查,没有发现气泡和脱皮缺陷,并且传送钢带表面也没有发生脱皮现象。
当处于第四条件下时,对镍基材框架进行外观检查;所述第四条件为0.3伏/1安培、所述第四条件0.3伏/1安培,即是正极提供0.3V电压使镍基材框架带正电,导体提供1A电流使其形成有电子,镍基材框架在活化槽中停留5分钟、活化槽中铜离子浓度为15克/升;如图12所示,在活化处理之后,发现有少量的铜离子还原成铜单质附着在镍基材框架处;如图13和图14所示,在电镀锡之后对框架进行外观检查,没有发现气泡和脱皮缺陷,并且传送钢带表面也没有发生脱皮现象。
当处于第五条件下时,对镍基材框架进行外观检查;所述第五条件为0.5伏/3安培、所述第五条件0.5伏/3安培,即是正极提供0.5V电压使镍基材框架带正电,导体提供3A电流使其形成有电子,镍基材框架在活化槽中停留3分钟、活化槽中铜离子浓度为3.2克/升;如图15所示,在活化处理之后,没有发现铜离子还原成铜单质附着在镍基材框架处;在镍基材框架电镀锡之后对其产品进行外观检查,没有发现气泡,并且传送钢带表面也没有发生脱皮现象,最终效果视图如图13和图14。
当处于第六条件下时,对镍基材框架进行外观检查;所述第六条件为0.5伏/3安培、所述第六条件0.5伏/3安培,即是正极提供0.5V电压使镍基材框架带正电,导体提供3A电流使其形成电子,镍基材框架在活化槽中停留5分钟、活化槽中铜离子浓度为15克/升;如图16所示,在活化处理之后,少量的铜离子发生还原成铜单质附着在镍基材框架处,但是镍基材框架表面被3安培电流过量的腐蚀剥离如图16;在电镀锡之后对其产品进行外观检查,没有发现气泡和脱皮缺陷,并且传送钢带表面也没有发生脱皮现象,最终效果视图如图13和图14。
通过上述在各个条件下进行实验可以知晓:如果没有在微蚀药水中设置电压使铜离子在导体处还原单质铜,那么铜离子在活化液中会还原成铜单质附着在镍基材框架处和传送钢带表面,电镀层上会有气泡和脱皮缺陷现象的产生。
当在活化槽设置0.3-0.5伏电压及1-3安培电流参数时,能够有效抑制铜离子还原成铜单质附着在镍基材框架处和机器传送钢带表面。但是当在使用3安培电流和0.5V电压时,可以明显发现镍层表面发现轻微的腐蚀剥离,但是对其框架本身质量结果是可正常接受,如果再加入更大的电流,则造成镍基材表面严重的腐蚀剥离。因此,在本实施例中,直流电源所加电压为0.3V~0.5V之间,更为优选地是0.337V。
半导体器件当进行较为充足的活化处理之后,通过活化处理使得镍基材框架表面氧化物得到彻底清除,使其金属层和锡层之间得到牢固的结合,从而得到较好的电镀效果。此处对镍基材半导体器件的电镀采用现有技术提供的电镀工艺,本发明提供的方法对其没有进行改进,在此不予赘述。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式,不能以此来限定本发明保护的范围,本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种半导体器件电镀方法,其特征在于,包括如下步骤:
预处理步骤:对镍基材半导体器件进行预处理;
活化步骤:将经过预处理的镍基材半导体器件送入到活化槽中进行活化处理,所述活化槽中设置有活化液和导体;所述导体与直流电源的负极电连接,所述镍基材半导体器件与直流电源的正极电连接;控制直流电源所加电压值为0.3V~0.5V之间;
电镀步骤:对经过活化处理的镍基材半导体器件进行电镀。
2.如权利要求1所述的一种半导体器件电镀方法,其特征在于,所述活化液采用微蚀药水。
3.如权利要求1或2所述的一种半导体器件电镀方法,其特征在于,所述预处理包括对镍基材半导体器件进行金属模封溢胶软化处理、高压水去除金属模封溢胶、毛刺处理和金属除油处理。
4.如权利要求1或2所述的一种半导体器件电镀方法,其特征在于,在活化步骤与电镀步骤之间还包括:对活化后的镍基材半导体器件进行去离子水冲洗处理和预浸处理。
5.如权利要求1或2所述的一种半导体器件电镀方法,其特征在于,当进行活化处理时,所述活化液的温度处于10摄氏度到45摄氏度之间。
6.一种用于电镀的活化槽,包括活化槽壳体,其特征在于,所述活化槽壳体内设置导体,所述导体设置的位置满足当活化槽壳体内盛放有活化液时,所述导体至少有一部分浸入活化液中;所述导体与直流电源的负极电连接,所述活化槽还设置有用于安装半导体器件的半导体器件安装位,所述半导体器件安装位满足当半导体器件位于半导体器件安装位且所述活化槽壳体内盛放有活化液时,所述半导体器件可浸泡在活化液中;所述直流电源的正极与半导体器件安装位电连接,所述直流电源提供0.3V~0.5V的电压值。
7.如权利要求6所述的一种用于电镀的活化槽,其特征在于,所述半导体器件为铜基材半导体器件或镍基材半导体器件。
8.如权利要求6所述的一种用于电镀的活化槽,其特征在于,所述活化槽壳体内还盛放有活化液。
9.如权利要求8所述的一种用于电镀的活化槽,其特征在于,所述活化液为微蚀药水。
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