TWI479049B - 金屬表面處理方法 - Google Patents
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Description
本專利申請案為2010年9月10日申請遞件之美國12/879,672號申請案之部分連續案，其目前仍在申請中，其發明標的經由引用完整併入本文。
本發明係針對一種金屬表面處理方法，以降低其上的腐蝕和/或提高被處理表面的反射率。
印刷電路板(PCB)製造方法一般包括許多步驟，部分是因為對於增進性能方面的要求提高之故。PCBs上的表面電路通常包括銅和銅合金材料，其塗覆係為了提供其它裝配元件良好的機械及電氣連接。在製造印刷電路板時，第一階段包括準備電路板，及第二階段包括在電路板上安裝各種組件。
一般而言，可連接於電路板之組件有兩種類型：a)有接腳的組件，如電阻器、電晶體等，其係藉由將每一支接腳穿過板中的孔洞，接著再確保接腳周圍的孔洞被焊料填滿的方式與電路板連接；以及b)表面安裝元件，其係藉由以扁平的接觸區域焊接或是藉由適當黏著劑黏著的方式與電路板連接。
鍍著的穿孔式印刷電路板一般可藉由包括以下順序步驟之方法來製造：1)將銅箔積層板鑽孔；2)經過標準的鍍通孔操作周期來處理電路板，而將無電鍍銅鍍著在孔洞內及表面上；
3)使用電鍍遮罩；4)將銅以所需的厚度電鍍至孔洞內及露出的電路上；5)將錫電鍍至孔洞內及露出的電路上，以做為阻蝕層；6)剝除鍍著的電阻；7)蝕刻露出的銅(亦即未鍍錫的銅)；8)剝除錫；9)施用一層防焊層並使之成像及顯影，使得除了連接區域之外，防焊層幾乎覆蓋整個電路板表面；10)將保護用的可焊層施用於被焊接區域。
也可以使用其它的步驟順序，對於習於本技術領域者而言，通常都很熟悉。此外，在每一個步驟之間可***用乾淨水沖洗的步驟。可在第一步驟用來製備印刷電路板之步驟順序的其它實例可參考，例如，Soutar等人的美國專利6,319,543號、Toscano等人的美國專利6,656,370號、Fey等人的美國專利6,815,126號，上述每一個專利的標的皆經由引用完整併入本文。
防焊是在整個印刷電路板進行的操作，除了焊接墊片、表面安裝襯墊及鍍著穿孔以外，其係選擇性地以一種有機聚合物塗料來包覆。聚合物塗料就像是圍繞在墊片周圍的壩，以避免焊料在組裝期間不良的流動，同時也可改善導體之間電絕緣的阻抗，並且提供對環境的保護。防焊化合物通常為與基板相容之環氧樹脂。防焊層
可以網版印刷的方式，依所需的圖案印在印刷電路板上，或者是也可以是一種塗布在表面上的光成像防焊層。
接觸區域包括導線接合區域、晶片黏合區域、焊接區域及其它接觸區域。接觸端必須提供良好的可焊性、良好的導線接合性能，以及高耐蝕性。有些接觸端也必須提供高導電性、高耐磨性及高耐蝕性。典型之舊有接觸端塗層可包括頂端具有電解金薄層之電解鎳塗層，雖然習知本技術領域者亦熟知其它的塗層。
焊接一般係用來製造對各種物品的機械、機電或電子連接。接點之預期功能之間的區別相當重要，因為每一種應用都有它自己對表面初步處理的特別要求。在這三種焊接應用中，電子連接的要求最嚴格。
在製造如印刷電路板之類的電子封裝元件時，電子組件對基板的連接係藉由將組件的導線焊接至基板上的穿孔、周邊墊片、焊盤(land)和其它連接點(總稱為”連接區域”)。通常連接係藉由波焊技術(wave soldering techniques)來進行。電子封裝元件可以接著接受其它電子單元，包括，例如發光二極體(LEDs)，例如，其可焊接至印刷電路板上的電極。
在本文中所稱的”LED”係指發出可見光、紫外光或紅外光的二極體。LEDs為具有許多優點的固態光源。它們可以可靠的方式來提供高亮度的光，尤其是可應用於顯示器、交通號誌及指示器。在一些實施實例中，LEDs可以組合成具有多個一起安裝在下方基板上之LED單元的LED封裝，並且也可以串聯的方式連接。
有一種LEDs是由一或多種III族元素(如鎵、銦或鋁)和V族元素的氮所製造。這些III-氮化物LEDs能夠發出橫跨可見光光譜並進入紫外光光譜體系的光線。其它LEDs可由III-磷化物和III-砷化物材料系統來製造，其係在光譜中的琥珀光、紅光及遠紅外光的區域內發光。
傳統上，LEDs係藉由在基板上沈積n-摻雜區域、發光區域及p-摻雜區域的方式來製造。在現代的LEDs製造方法中，發光層序通常是首先在成長基板上成長，接著施用於新的載體，然後再將成長基板取下。這種方法具有成長基板可再利用的優點，因為成長基板相當昂貴，尤其是適合用於製造氮化物化合物半導體的成長基板。
製造高效能LEDs的另一種技術是所謂的”覆晶”技術。此種元件曾揭露於，例如，美國專利6,514,782號中，其發明標的經由引用完整併入本文。所描述在其中的是一種發射輻射的半導體晶片，其係藉由直接焊接連接的方式，可同時經由n觸點和p觸點與載體基板相連接。
在薄膜技術和覆晶技術中，於半導體晶片和載體基板之間形成觸點以做為反射觸點皆是相當有利的。以這種方式，可以防止光電元件所產生或偵測的輻射穿透至觸點，並且因而降低吸收損失。
例如，薄膜半導體本體藉由電氣觸點而與載體主體連接。在一些製造方法中，焊接層及載體主體之材料被製作成可彼此搭配，使得它們可以形成合金，特別是共熔合金，也就是說，在焊接層和載體主體之間沒有冶金
障壁。
在例如Bhat等人的美國專利公開2005/0023548號、McKenzie等人的美國專利公開2011/0101394號、Palmteer等人的美國專利7,595,453號及Nakazato等人的美國專利公開2009/0103005號中皆曾描述製造LEDs的其它方法，上述每一個專利的標的皆經由引用完整併入本文。
為了便利焊接操作，將穿孔、墊片、焊盤和其它連接點配置成能夠接受後續的焊接程序。因此，其表面必須能夠很容易被焊料濕潤，以便於與導線或電子組件表面形成整體的導電連接。因為這些需求，印刷電路製造商已設計出各種不同的方法來保護和增進這些表面的可焊性。
提供所關注表面良好焊接性的一種方式是在表面上提供一層焊料的預塗層。然而，在印刷電路板的製造中，這種方法有幾項缺點。尤其是，因為要選擇性地將焊料提供給這些區域並不簡單，電路板的所有導電區域都必須被焊料鍍著，這可能會造成防焊層在後續施用上的嚴重問題。
已有研究提出各種方法來使得焊料僅僅選擇性地提供給必要的區域。例如，美國專利4,978,423號就是在施用防焊層之前，將有機阻蝕劑使用於連接的焊接鍍著區域之上，並接著將錫-鉛自銅軌跡(copper traces)上選擇性的剝除，其發明標的經由引用完整併入本文。美國專利5,160,579號則是敘述已知選擇性焊接程序的其它例
子，其發明標的經由引用完整併入本文。
要直接在銅表面上焊接是困難且複雜多變的。這些問題主要是起源於在整個焊接操作過程中，無法維持銅表面乾淨且不被氧化。已有各種有機處理方法被開發出來，以使得銅表面維持在容易焊接的狀態。例如，在Kinoshita的美國專利5,173,130號中，其發明標的經由引用完整併入本文，描述了使用某種2-烷基苯并咪唑做為銅預焊劑，以保持銅表面的可焊性。如Kinoshita之專利所提出的處理方法已被證明可成功使用，但仍需改善其可靠度。
提供這些表面良好可焊性的另一種方式是以金、鈀或銠的最終面漆來鍍著。例如，美國專利5,235,139號描述了一種方法，其係以無電鍍鎳-硼來鍍著被焊接的銅區域，接著再以如金之類的貴金屬予以塗布，以達成金屬的最終表面處理。此外，美國專利4,940,181號描述了無電鍍銅的鍍著，接著進行電解銅的鍍著，再接著以鎳，接著以金做為可焊接的表面，以及美國專利6,776,828號描述了無電鍍銅的鍍著，接著再浸鍍金。這些方法的效果良好，但是很耗時且相當昂貴。
還有另一種可提供這些表面良好可焊性的方式是以銀的面漆無電鍍的鍍著表面。例如，美國專利5,322,553號和美國專利5,318,621號，每一個的標的皆經由引用完整併入本文，敘述了以無電鍍鎳塗布的方式來處理銅箔印刷電路板，接著再以無電鍍銀鍍著。無電鍍銀浴液鍍著在撐體金屬的表面上，而產生厚的沈積。
如同在美國專利6,773,757號及美國專利5,935,640號中所討論，每一個的標的皆經由引用完整併入本文，浸鍍銀的鍍層是優異的可焊性保護層，其對於印刷電路板製造特別有用。浸鍍銀係源於置換反應的一種方法，被鍍著的表面將溶解至溶液中，且在此同時，被鍍金屬由鍍液沈積在表面上。啟動浸鍍通常並不需要先進行表面活化。被鍍金屬一般會比表面金屬更為惰性。因此，浸鍍通常會比無電鍍更為容易控制且明顯更具成本效益，因為無電鍍需要複雜的自催化鍍液，以及在鍍著之前將表面活化之程序。
使用浸鍍銀鍍層可能會造成問題，因為有可能引起防焊層界面攻擊(SMIA)，其中電流攻擊會在防焊層和銅軌跡之間的界面腐蝕銅軌跡。SMIA也會被稱為防焊裂隙腐蝕及防焊層界面之電流攻擊。此問題係關於防焊層-銅界面處的電流攻擊，並且這種界面的電流攻擊作用係因為防焊層-銅界面結構及浸鍍機制所造成的結果。
電流腐蝕係由兩種相異金屬的接合所造成。金屬的差異可視為金屬本身組成的變動或是晶粒邊界的差異，或者是來自製造程序的局部化剪力或扭力。金屬表面或其環境缺少任何的均勻性幾乎都會引起電流腐蝕的攻擊，造成電位的差異。相異金屬之間的接觸也會造成電流流動，這是因為兩種或以上之不同金屬在電位上的差異。當一種金屬被更惰性的金屬包覆時，可能就會發生電流腐蝕，例如銀包覆在銅上，並且任何露出的銅也會加速此程序。在高含量之還原硫氣體(如元素硫和硫化氫)
的環境中，將會看到較高的失效率及加速腐蝕的情形。
如本文所述，製造LEDs時，也希望有銀層的形成。如Stein等人在美國專利公開2004/0256632號中所述，其發明標的經由引用完整併入本文，在光電半導體晶片(如LED)和載體基板之間，希望能形成反射觸點，如此可以防止光電半導體晶片所產生或偵測的輻射穿透至觸點，並且因而降低吸收損失。Stein係在含有氮化物化合物的半導體層和含有銀或金的反射層之間配置一層非常薄的薄層，其含有鉑、鈀或鎳。在Wantanabe的美國專利公開2007/0145396號中，其發明標的經由引用完整併入本文，係藉由在半導體層(藉由將第一導電層、發光層及第二導電層積層於透明基板之上而形成)和保護層之間配置一層含銀合金的光反射層，來改善LED的光萃取效率並且因而提高LED的壽命和功率，同時降低耗電量。在Bhat等人的美國專利公開2005/0023548號中，其發明標的經由引用完整併入本文，提出了一種用於覆晶半導體LED的基座，使得LED和次基座(submount)可藉由內連線而可表面安裝在另一個元件上。此外，次基座之上具有一個可焊層。
雖然已有各種方法被建議用來處理金屬表面，以避免其上發生腐蝕和/或提高被處理金屬表面的反射率，仍需要進一步的方法來避免腐蝕和/或提高被處理金屬表面的反射率。
本發明的目的係提供一種降低下方金屬表面腐蝕的改良方法。
本發明的另一個目的是提供避免此種金屬表面電流腐蝕之改良方法。
本發明還有另一個目的是提出用於維持及增進金屬表面可焊性之改良方法。
本發明還有另一個目的是消除銀鍍層中的銅孔，這些銅孔容易受到失澤及腐蝕的影響。
本發明還有另一個目的是實質上消除經由印刷電路板、電子封裝和LEDs上之銀鍍層的銅遷移。
本發明還有另一個目的是在LEDs製造期間，增加銀表面的反射率。
本發明還有另一個目的是在其上安裝LED之基板上提供一層可焊接的銀表面。
為此，本發明係關於一種金屬表面之處理方法，此方法包括步驟為：(a)製備一種金屬表面，使其上能接受無電鍍鎳的鍍著；(b)以無電鍍鎳鍍著溶液來鍍著金屬表面；並且之後(c)在鍍有無電鍍鎳的表面上浸鍍銀，因而實質上避免金屬表面的腐蝕和/或實質上改善鍍銀表面的反射率。
本發明係關於一種金屬表面之處理方法，此方法包
括步驟為：(a)製備一種金屬表面，使其上能接受鎳的鍍著；(b)以鎳鍍著溶液來鍍著金屬表面；並且之後(c)在鍍鎳的表面上浸鍍銀，因而實質上避免金屬表面的腐蝕和/或實質上改善鍍銀表面的反射率。
在一個特佳實施實例中，鍍著在金屬表面上的鎳含有2重量%至12重量%的磷或者是0.0005重量%至0.1重量%的硫。
金屬表面可以是任何一種比銀正電性為低之金屬，包括，例如，鋅、鐵、錫、鎳、鉛或銅及上述金屬之合金。在一個較佳實施實例中，金屬表面為銅或銅合金表面。
在以電鍍組成物接觸金屬表面之前，較好是將金屬表面予以清潔。例如，可利用酸性清潔組成物或本技術領域已知的其它清潔組成物來完成清潔。
鎳鍍著較佳係以無電鍍的方式來完成，但它也可以電鍍的方式進行。無電鍍鎳是鎳離子自催化或化學還原成鎳，接著沈積在基板上，並且可以用在能鍍著鎳的任何一種金屬表面上。
為了在某些金屬表面上成功地鍍著鎳，可能必須在以無電鍍鎳鍍著浴液與表面接觸之前，以一種貴金屬活化劑活化表面。該種貴金屬活化劑通常包含膠態或離子態的鈀、金或銀，並且係在無電鍍步驟之前進行。
舉例而言，當金屬表面包含銅或銅合金時，在製備
其上接受無電鍍鎳鍍著之表面時，可包括(i)在無電鍍鎳磷浴液之前準備一種貴金屬活化劑，或者是(ii)在無電鍍鎳磷浴液之前使用二甲胺基硼烷預浸劑，以產生一層非常薄的鎳層。無論是在哪一個例子中，金屬表面上皆形成了一種附著且均勻的鍍層。
選擇性地，金屬表面也可以被微蝕刻，以提高後續接合的規模及可靠度。如果是銅或銅合金的金屬表面，微蝕刻可包括(i)過氧化物-硫酸微蝕刻，(ii)氯化銅微蝕刻，或(iii)過硫酸鹽微蝕刻。在每一種情況下，微蝕刻較佳係能均勻地將金屬表面粗化。與微蝕刻劑接觸的時間和溫度可視(例如)所使用微蝕刻劑的類型及金屬表面的特性來改變，其目標在於能夠達到均勻粗化的金屬表面。
經過微蝕刻之後，並且在與鍍著浴液接觸之前，可用貴金屬活化劑來活化金屬表面，如同前面所討論，以具觸媒性的貴金屬部位來塗布金屬表面，其能夠啟動後續的無電鍍鍍著。
接著使金屬表面與無電鍍鎳鍍著浴液接觸，較佳係經過一段時間及在適當的溫度下進行，在此條件下可鍍著約2至約50微英吋的鎳，更佳是約100至約250微英吋的鎳。
在一個實施實例中，適合用於本發明之無電鍍鎳鍍著浴液係包含：a)鎳離子源；b)還原劑；
c)錯合劑；d)一或多種安定劑；及e)一或多種額外的添加劑。
鎳離子源可以是任何一種適合的鎳離子來源，並且較佳為一種鎳鹽，其選自由溴化鎳、氟硼酸鎳、磺酸鎳、胺磺酸鎳、烷基磺酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳、醋酸鎳、次磷酸鎳及一或多種前述鎳鹽之組合所構成之群組。在一個較佳實施實例中，鎳鹽為胺磺酸鎳。在另一個較佳實施實例中，鎳鹽為硫酸鎳。
還原劑一般係包括硼氫化物和次磷酸鹽離子。一般而言，無電鍍鎳鍍著係利用次磷酸鹽離子做為還原劑，最佳為次磷酸鈉。其它還原劑包括硼氫化鈉、二甲胺基硼烷、N-二乙胺基硼烷、肼和氫，以上僅為舉例而非侷限。
溶液中的安定劑可以是金屬(無機)或是有機。普徧用於無電鍍鎳鍍著溶液中的金屬安定劑包括Pb、Sn或Mo化合物，如醋酸鉛。普徧使用的有機安定劑則是包括硫化合物(”S化合物”)，如硫脲。錯合劑包括檸檬酸、乳酸或蘋果酸。氫氧化鈉也可包含在無電鍍鎳鍍著溶液中，以維持溶液的pH值。
如本文所述，無電鍍鎳鍍著溶液可包括一或多種選自硫和/或磷的添加劑。可用於鍍著溶液中的硫較佳為二價硫，且一般可用於鍍著溶液中的磷為次磷酸鹽。如果二價硫出現在無電鍍鎳鍍著溶液中，其濃度較佳為約0.1 ppm至約3 ppm，最佳為約0.2 ppm至約1 ppm，不包括
來自酸性來源(如硫酸或甲磺酸)的硫。此外，本發明人發現，如果依照本發明使用胺磺酸鎳做為鎳鹽，在無電鍍鎳之鍍著浴液中至少要包含極少數量的硫和/或磷。在一個特佳實施實例中，鍍著在金屬表面上的鎳含有約2重量%至約12重量%的磷和/或約0.0005重量%至約0.1重量%的硫。令人意外地發現，含有前述數量的磷和/或硫，有利於較佳浸鍍銀鍍層的達成。
在無電鍍鎳之鍍著浴液中，鎳離子係受到在製程中被氧化之化學還原劑的作用而還原成鎳。觸媒可能是基板或是基板上的金屬表面，其可使氧化-還原反應發生，使得鎳最終沈積在基板上。
無電鍍的沈積速率還可進一步藉由選擇適當的溫度、pH值及金屬離子/還原劑濃度來控制。錯合劑也可用來做為觸媒抑制劑，以降低無鍍著浴液自發性分解的潛在性。
鍍著在金屬表面之無電鍍鎳的總厚度通常是在約1至500微英吋的範圍內，較佳是在約100至約250微英吋的範圍內。
一旦無電鍍鎳層已鍍著在金屬表面上，之後就將鍍著了無電鍍鎳的金屬表面鍍以浸鍍銀，以在其上提供一層銀層。如同前面所討論，浸鍍銀鍍層是優異的可焊性保護層，其對於印刷電路板製造特別有用。依照本發明，在無電鍍鎳鍍著之後進行浸鍍銀鍍著所達到的可焊性造成不可預知的大幅降低電路表面上之電流腐蝕作用，同時減少容易受到失澤及腐蝕影響的銅孔，並且提高接合
應用之製程容許範圍。這是相當有益的，因為(例如)在印刷電路的應用上，這些表面是可引線接合的。此外，本發明方法可導致均勻的銀覆蓋層，並且提高銀表面的反射率。
在一個實施實例中，本發明之浸鍍銀浴液包含：a)可溶性銀離子源；b)酸；c)氧化劑；及d)選擇性使用，但也是較佳的咪唑或咪唑衍生物。
浸鍍銀鍍著溶液一般係在酸性水性基質中含有可溶性的銀離子源。可溶性銀離子源可衍生自許多種銀化合物，包括例如有機或無機銀鹽。在一個較佳實施實例中，銀離子源為硝酸銀。鍍著溶液中的銀濃度一般可介於約0.1至25克/升的範圍內，但較佳是在約0.5至2克/升的範圍內。
許多種酸適合用於浸鍍銀鍍著溶液中，包括，例如，氟硼酸、氫氯酸、磷酸、甲磺酸、硝酸及一或多種前述酸類的組合。在一個實施實例中，使用了甲磺酸或硝酸。鍍著溶液中的酸濃度一般係介於約1至150克/升的範圍內，但較佳是在約5至50克/升的範圍內。
為了在鍍上無電鍍鎳的基板上產生均勻的銀層覆蓋，浸鍍銀鍍著溶液也可以含有氧化劑。在此方面，以硝基芳香化合物為較佳，如間-硝基苯磺酸鈉、對-硝基苯酚、3,5-二硝基水楊酸，以及3,5-二硝基苯甲酸。在一個較佳實施實例中，二硝基化合物為3,5-二硝基水楊酸。
溶液中的氧化劑濃度可介於約0.1至25克/升的範圍內，但較佳是在約0.5至2克/升的範圍內。
為了進一步降低浸鍍銀在所提出的應用中產生電遷移的傾向，在鍍著鍍層中也可包括某些添加劑，可以將添加劑摻入鍍著浴液本身，或者是以添加劑對被鍍著表面做後續處理。這些添加劑可選自由脂肪胺、脂肪酸、脂肪醯胺、四級鹽、兩性鹽、樹脂胺、樹脂醯胺、樹脂酸和前述材料之混合物所構成之群組。例如，在美國專利7,267,259號中就敘述了添加劑的實例，其發明標的經由引用完整併入本文。前述添加劑在浸鍍銀鍍著浴液中或是在後續表面處理組成物中的濃度一般係介於約0.1至15克/升的範圍內，但較佳是在約1至5克/升的範圍內。
此外，如同美國專利7,631,798號中所述，其發明標的經由引用完整併入本文，也可以在本發明的浸鍍浴液中選擇性地包含咪唑或咪唑衍生物，以使得鍍層更為明亮、更平滑及更為黏合。
浸鍍銀鍍著浴液的溫度通常維持在約室溫至約200℉之間，更佳是在約80℉至約120℉之間。被鍍物品可在鍍著溶液中浸漬一段適當的時間，以達到鍍層所需的厚度，其一般是在約1至5分鐘的範圍內。
浸鍍銀溶液在金屬表面上鍍上一層薄的銀層。在一個實施實例中，所得之銀層約為1至100微英吋厚，較佳為約10至60微英吋厚，以有效改善及保護表面的可焊性。
雖然本文所述方法對於各種不同金屬表面的焊接相當有效，但其對於焊接銅表面特別有用，如電子封裝元件(例如印刷電路板)上的連接區域。藉由避免印刷電路板腐蝕的方式，可以延長元件的可使用壽命。此外，藉由消除腐蝕，也可以大致消除焊接的問題，其主要係有利於電路板、電路及組件製造商。
本文所述方法在銀鍍LEDs及製備LEDs以使得其上能接受焊接等方面(例如焊接於包括印刷電路板的電子封裝元件)皆相當有效。電觸點的圖案化可藉由本技術領域一般所知的濕式化學圖案化方法來完成。在LED應用上，可能會因為熱的作用而使得銅遷移穿透銀鍍層，因而降低表面反射率。因此，本文所述之方法產生了一種表面，其至少可大致消除銅遷移穿透銀鍍層的現象，結果增加了反射率，其對於LED應用特別有利。在一個實施實例中，本文描述的方法在LED上提供了反射率至少為80%之銀表面。
在Bhat的美國專利公開2005/0023548號中描述了其上安裝LED之次基座的實例，其在LED的反側具有電氣觸點，使得LED和次基座能表面安裝在另一個裝置上，如印刷電路板。
用於發光裝置裸晶的電氣觸點可以藉由將內連線與裸晶耦合來形成。內連線可由焊料球、元素金屬、金屬合金、半導體-金屬合金、焊料、導熱和導電糊(pastes)或化合物(例如環氧化物)、在LED裸晶和次基座之間之相異金屬間的共晶接頭(例如Pd-In-Pd)、金凸塊，或是
除了球以外的焊料構形(如條狀)製成。
焊料球或其它內連線係與可表面安裝之次基座上的導電表面電耦合，其可藉由(例如)焊接的方式與另一種結構連接。導電表面一般為可焊接的薄層或表面，並且係藉由焊接的方式與其它元件連接。焊料接合處包括在次基座上所形成的可焊層。可焊層可以在次基座的至少兩個表面上形成，並且，在一些實施實例中，可焊層將覆蓋次基座的相反表面，如頂面和底面。這些設計方式提供了大的可焊接表面，焊料可焊接於其上。焊料可以只在次基座的底部與可焊接表面接觸，或者是當可焊接表面配置於次基座的側面時，將其延伸至次基座側面。
這些焊料與封裝導線電耦合，這些封裝導線係在如印刷佈線板之類的板子上形成。封裝導線可以許多種不同的方式形成，例如，包覆一個以上的佈線板表面。最後，面對LED之次基座和印刷電路板的一或多個表面可以是反射的。
焊料連接也提供了將熱導出LED的一個有效管道。例如，在美國專利公告2009/0267085號中曾描述其它散熱方式，其發明標的經由引用完整併入本文。
次基座可由，例如，Si、SiC、藍寶石、PCB、AlNx
、Al2
O3
或本技術領域已知的任何一種其它材料形成。焊料可以是，例如，含Sn的合金，如PbSn--或AgSn--二元、三元和四元合金；含Au的合金，如AuSn或AuGe二元合金；含有一或多種以下金屬之合金：In、Bi、Pb、Sb、Ag、Cu；或者是一種金屬，如Au、Ag、In、Sn、Pb、
Bi、Ni、Pd或Cu。可焊層可以是，例如，金、銀、鎳、銅、鉑或本技術領域已知的其它材料。
為本發明之目的，發明人已發現：次基座上的可焊層較佳係含有銅或銅合金，其可依據本文所述的方式來加工，以在其上提供一層鍍鎳薄層及浸鍍銀鍍層。在銅層頂端使用鎳和銀的鍍層可產生沈積層，其改善了下方銅層的耐蝕性，並且改善了銀層的反射率。在銅層頂端使用鎳和銀層也會改善次基座對後續將附接於其上之LED的可焊性。
基於數個理由，發光二極體係與次基座耦合，而非直接與佈線板耦合。例如，次基座對於元件的良好反光性有所貢獻。此外，在次基座上可以形成比佈線板上更小的特徵形態，有可能降低元件的尺寸及改善元件的熱萃取能力。除此之外，如同例如Chou等人在美國專利公開2009/0053840號中所述，其發明標的經由引用完整併入本文，LED的發光表面可以被一種透明材料密封或包封，其可以是一種透明樹脂或環氧樹脂。因此，在一個實施實例中，發光二極體和至少一部分的鎳銀觸點可以用透明材料來包封。
如本文中所述，本發明方法也可用來將鎳無電鍍沈積於半導體晶片上。
本發明方法也已經被證明可至少大致上消除來自下方銅基板的電流腐蝕。此外，本發明方法也實質上消除了銀鍍層中的銅孔，這些銅孔容易被銹蝕，並且還至少大致上消除穿透銀鍍層的銅遷移。結果，本發明方法也
增加線接合應用的製程容許範圍，因為在線接合基間所面臨的任何氧化銅將導致一種無法接合的表面。
最後，雖然在本文中所述之本發明係使用無電鍍鎳，也可以使用電鍍鎳鍍層來提供鎳阻隔層，或是無電鍍鎳鍍著浴液可含有鎳合金，或者是使用另一種適當的無電鍍鍍著金屬來取代本發明中所述的無電鍍鎳。
雖然本發明已在前面參考特定實施實例來加以描述，但很明顯地，可以進行許多變化、改良及變異而不會偏離本發明所揭露之概念。因此，本發明係包含落於本發明申請專利範圍之精神及廣義範疇內的所有變化、改良及變異。所有在本文中所引述之專利申請案、專利和其它出版物皆經由引用完整併入本文。
Claims (35)
- 一種包含銅或銅合金之金屬表面處理方法，該方法包括步驟為：(a)製備一種金屬表面，使其上能接受鎳的鍍著，其中該製備一種金屬表面使其上能接受金屬鍍著的步驟包括：1)微蝕刻該金屬表面；及2)用貴金屬活化劑來活化該金屬表面，用具觸媒性的金屬部位來塗布該金屬表面，以啟動無電鍍鍍著；(b)以無電鍍鎳鍍著溶液來鍍著該經微蝕刻及活化的金屬表面；並且之後(c)將該無電鍍鎳鍍著表面與浸鍍銀鍍著溶液接觸，以在該無電鍍鎳鍍著表面上，建立均勻的浸鍍銀表面，其中該浸鍍銀鍍著溶液包含：1)可溶性銀離子來源，其中該銀離子為該鍍著溶液中唯一的金屬離子；2)酸；及3)氧化劑，其中來自鎳鍍著溶液所鍍著的鎳含有2重量%至12重量%的磷及0.0005重量%至0.1重量%的硫。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中無電鍍鎳鍍著溶液包含：a)鎳離子源；b)還原劑；c)錯合劑； d)一或多種安定劑；及e)一或多種添加劑。
- 如申請專利範圍第2項之方法，其中鎳離子源為一種鎳鹽，其選自由溴化鎳、氟硼酸鎳、磺酸鎳、胺磺酸鎳、烷基磺酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳、醋酸鎳、次磷酸鎳及一或多種前述鎳鹽之組合所構成之群組。
- 如申請專利範圍第3項之方法，其中鎳鹽為胺磺酸鎳。
- 如申請專利範圍第2項之方法，其中一或多種添加劑包含一種材料，其係選自由硫、磷和前述材料之組合所構成之群組。
- 如申請專利範圍第5項之方法，其中無電鍍鎳鍍著溶液含有濃度在約0.1ppm至約3ppm之間的二價硫。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中可溶性銀離子源的濃度為約0.1克/升至約25克/升。
- 如申請專利範圍第7項之方法，其中可溶性銀離子源的濃度為約0.5克/升至約2克/升。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中氧化劑為3,5-二硝基水楊酸。
- 如申請專利範圍第9項之方法，其中在浸鍍銀鍍著溶液中之3,5-二硝基水楊酸濃度為約0.1克/升至約25克/升。
- 如申請專利範圍第10項之方法，其中在浸鍍銀鍍著溶液中之3,5-二硝基水楊酸濃度為約0.5克/升至約2克/升。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中浸鍍銀鍍著溶液另外還包含一種添加劑，其係選自由脂肪胺、脂肪醯胺、四級鹽、兩性鹽、樹脂胺、樹脂醯胺、脂肪酸、樹脂酸和任何一種前述材料之乙氧化產物，以及前述材料之混合物所構成之群組。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中浸鍍銀鍍著溶液另外還包含一種材料，其係選自由咪唑、苯并咪唑、咪唑衍生物及苯并咪唑衍生物所構成之群組。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中被浸鍍銀鍍著之表面具有的反射率至少為80%。
- 一種發光二極體，其包含由申請專利範圍第1項之方法所製造的鍍銀金屬表面。
- 一種次基座之包含銅或銅合金之金屬表面的處理方法，該方法包括步驟為：(a)提供一個其上可安裝發光二極體的次基座；(b)在次基座之至少一部分金屬表面上形成觸點，該觸點係藉由以下步驟形成：(i)將次基座的至少該部分金屬表面製備成能在其上接受無電鍍鎳的鍍著，其中將該至少該部分金屬表面製備成能在其上接受金屬鍍著的步驟包括：1)微蝕刻該金屬表面的該至少該部分；及2)用貴金屬活化劑來活化該金屬表面的該至少該部分，用具觸媒性的金屬部位來塗布該金屬表面的該至少該部分，以啟動無電鍍鍍著；(ii)以無電鍍鎳沈積方法在次基座的該至少該部分 經微蝕刻及活化的金屬表面上沈積鎳層；並且之後(iii)在該無電鍍鎳層上沈積浸鍍銀層，以在該無電鍍鎳鍍著表面上，建立均勻的浸鍍銀鍍著表面，其中該浸鍍銀鍍著溶液包含：1)可溶性銀離子來源，其中該銀離子為該鍍著溶液中唯一的金屬離子；2)酸；及3)氧化劑，其中銀層的厚度為約1至100微英吋；並且其中反射性鎳-銀觸點在次基座的至少該部分金屬表面上形成，其提供了使發光二極體安裝於其上的可焊接表面。
- 如申請專利範圍第16項之方法，其中次基座的金屬表面含有一種正電性低於銀的金屬。
- 如申請專利範圍第16項之方法，其中金屬表面被圖案化以在次基座上形成接觸區域、墊片、焊盤、連接區域、電極或一或多種前述選項組合中的至少一項。
- 如申請專利範圍第16項之方法，其中銀層係藉由浸鍍銀方法來形成。
- 如申請專利範圍第16項之方法，其中發光二極體係藉由焊接安裝在次基座上。
- 如申請專利範圍第16項之方法，其中鎳-銀觸點防止發光二極體所產生或偵測之輻射穿透，因而避免吸收損失。
- 如申請專利範圍第16項之方法，其中發光二極體為覆晶式發光二極體。
- 如申請專利範圍第16項之方法，還進一步包括將發光二極體和至少一部分鎳銀觸點予以封裝的步驟。
- 如申請專利範圍第16項之方法，還進一步包括在鎳銀觸點上安裝複數個發光二極體的步驟。
- 如申請專利範圍第24項之方法，其中該複數個發光二極體至少有一些係串聯相連。
- 如申請專利範圍第16項之方法，其中發光二極體的底部金屬層與鎳銀觸點接合。
- 一種結構，其包括：一個次基座，其上可安裝發光二極體；在次基座的至少一部分金屬表面上形成的鎳-銀觸點，其中該鎳-銀觸點包括：(a)沈積在次基座的至少該部分金屬表面上之無電鍍鎳層；以及(b)沈積在無電鍍鎳層之上的浸鍍銀層；其中該無電鍍鎳層含有2重量%至12重量%的磷及0.0005重量%至0.1重量%的硫其中銀層的厚度為約1至100微英吋；並且其中反射性鎳-銀觸點在次基座的至少該部分金屬表面上形成，其提供了使發光二極體安裝於其上的可焊接表面。
- 如申請專利範圍第27項之結構，其包含與鎳銀觸點接合之發光二極體的底部金屬層。
- 如申請專利範圍第27項之結構，還進一步包含一或多個鎳-銀觸點墊片，其係形成於次基座的至少該部分金屬表面上，用於將電流承載至安裝次基座的電路板上。
- 如申請專利範圍第27項之結構，其中銀層的厚度是在約10至60微英吋之間。
- 如申請專利範圍第27項之結構，其中鎳-銀觸點防止發光二極體所產生或偵測之輻射穿透，因而避免吸收損失。
- 如申請專利範圍第27項之結構，其中發光二極體為覆晶式發光二極體。
- 如申請專利範圍第27項之結構，還進一步包含複數個安裝在鎳銀觸點上的發光二極體，其中該複數個發光二極體至少有一些係串聯相連。
- 如申請專利範圍第27項之結構，其中鎳-銀觸點為散熱墊，用來防止發光二極體所產生或偵測之輻射穿透。
- 如申請專利範圍第27項之結構，其中發光二極體和至少一部分鎳銀觸點被封裝。
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