Способ получения паяемого покрытия на тонких пленках алюминия

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПАЯЕМОГО ПОКРЫТИЯ НА ТОНКИХ ПЛЕНКАХ АЛЮМИНИЯ(71) Заявитель Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники(57) 1. Способ получения паяемого покрытия на тонких пленках алюминия толщиной не менее 1 мкм, включающий формирование контактного подслоя и получение химического никелевого покрытия на контактном подслое, отличающийся тем, что формирование контактного подслоя осуществляют в водном растворе следующего состава, г/л соль никеля 20-60 натрий или калий фтористый 0,5-8 аминоуксусная кислота 10-30. при комнатной температуре в течение 5-60 мин, рН 3,5-5, изделие покачивают или встряхивают в растворе, а получение химического никелевого покрытия осуществляют осаждением при рН 4-5, затем проводят термообработку при температуре 200-250 С в течение 0,5-3 ч. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед формированием контактного подслоя поверхность алюминиевой пленки обезжиривают в кислотном растворе.(56)142491, 1983.5246764, 1977.493025, 1974. А.П. Достанко и др. Пленочные токопроводящие системы СБИС. - Минск Вышэйшая школа, 1989. - С. 47. Изобретение относится к области электронных технологий и, в частности, связано с процессом получения паяемых контактных площадок полупроводниковых приборов, плат и микросхем. Изобретение может быть использовано в различных отраслях техники для создания паяемого покрытия на тонкостенных деталях и деталях с высокоточными размерами из алюминия. Известен способ получения паяемого покрытия на тонких пленках алюминия путем вакуумного напыления поверх алюминиевой пленки пленок других металлов и (или) сплавов, обеспечивающих смачивание поверхности припоем для последующего присоединения электродных выводов пайкой 1-3. Такими пленками могут быть сплав никеля с марганцем 1, последовательное напыление пленок хрома и меди 1, 2, последовательное напыление пленок цинка и никеля 3, пленки свинца 1. Недостатками известного способа являются невысокая прочность сцепления напыленных пленок металлов с алюминием, что зачастую приводит к отслаиванию, необходимость применения дорогостоящего и 4492 1 сложного в эксплуатации оборудования вакуумного напыления, усложнение процесса фотолитографии для создания требуемого рисунка контактных площадок. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ получения паяемого покрытия на контактных площадках полупроводниковых приборов 4, состоящий в активации поверхности алюминиевой пленки смешанным раствором фтористоводородной и азотной кислот, двухкратной или многократной цинкатной обработке в растворе, содержащем 30 г/л сульфата никеля,40 г/л сульфата цинка, 5 г/л сульфата меди, 106 г/л гидроксида натрия, 40 г/л сегнетовой соли, 10 г/л цианида калия, 2 г/л хлорида железа (3) или в растворе, содержащем 100 г/л окиси цинка, 525 г/л едкого натра, 10 г/л сегнетовой соли, 10 г/л хлорида железа (3) с промежуточным снятием цинка в разбавленной азотной кислоте или в травителе, содержащем азотную кислоту, фтористоводородную кислоту и воду в соотношении 50150. Далее по цинковому слою замещения формируют химическое никель-фосфорное или никель-борное покрытие и наносят припой горячим способом. Недостатками этого метода являются использование для контактного цинкового замещения щелочных концентрированных растворов, обладающих высоким травящим действием по отношению к алюминию и высокой вязкостью этих растворов, что усложняет их отмывку и приводит к дополнительному стравливанию алюминия в процессе промывки формирование цинкового подслоя под никелевым покрытием приводит к снижению коррозионной стойкости покрытия, поскольку при горячем лужении и далее при эксплуатации изделия сквозь поры в никелевом покрытии цинк активно диффундирует в припой и взаимодействует химически и анодно с образованием продуктов коррозии в припое, приводя к потере паяемости или разрушении паяемого соединения. Все это не позволяет получить паяемое покрытие на тонких (от 1 мкм и выше) пленках алюминия с высокой прочностью сцепления, высокой коррозионной стойкостью и надежностью в эксплуатации. Задачей настоящего изобретения является получение паяемого покрытия на пленках алюминия толщиной от 1 мкм и выше с очень высокой прочностью сцепления, повышенной коррозионной стойкостью и надежностью в эксплуатации. Поставленная задача решается за счет того, что на требуемых участках алюминиевой пленки создают подслой контактно осажденного никеля, для чего используется водный раствор, содержащий соль никеля в количестве 20-60 г/л, натрий фтористый или калий фтористый в количестве 0,5-8 г/л и аминоуксусную кислоту в количестве 10-30 г/л, при рН 3,5-5 в течение 5-60 мин при комнатной температуре. Предпочтительно покачивание или встряхивание изделий в растворе. Необходимым условием получения покрытия с высокой прочностью сцепления является применение растворов химического никелирования с рН в диапазоне 4-5. После формирования химического никелевого покрытия проводят термообработку при температуре 200250 С в течение 0,5-3 ч. Обезжиривание поверхности алюминиевой пленки перед контактным никелированием производят в случае необходимости в кислотном растворе. Сущность заявляемого способа получения паяемого покрытия на тонких пленках алюминия толщиной не менее 1 мкм заключается в следующем. Все растворы и режимы обработки, предложенные в настоящем изобретении, разработаны с учетом высокой эффективности действия, с одной стороны, и минимального стравливающего действия по отношению к алюминию, с другой стороны. Без учета последнего получение покрытия на тонких пленках алюминия вообще невозможно, так как можно стравить полностью или частично алюминий прежде, чем удастся что-либо осадить на его поверхность. Важным фактором получения качественного паяемого покрытия является отсутствие органических загрязнений на поверхности алюминиевой пленки, которые препятствуют хорошему смачиванию поверхности водными растворами контактного и химического никелирования. В случае наличия таких загрязнений производят обезжиривание поверхности алюминиевой пленки в кислотном растворе. На чистую поверхность алюминиевой пленки осаждают контактный никелевый подслой. Контактное осаждение никеля на поверхность алюминия можно рассматривать как коррозионный процесс, состоящий из анодного растворения электроотрицательного металла (алюминия) и катодного выделения электроположительного металла (никеля). Необходимым условием этого процесса является активирование поверхности алюминия, всегда покрытой тонкой, но плотной пленкой окисла. С целью активирования поверхности алюминия в раствор контактного осаждения никеля вводят фторид натрия или калия и создают слабокислую среду с рН 3,5-5 введением аминоуксусной кислоты. Аминоуксусная кислота является также комплексообразующим агентом, связывающим ионы никеля в растворимые комплексы и регулирующим скорость контактного обмена алюминия на никель. Контактное осаждение никеля проводят в водном растворе, содержащем соль никеля в количестве 20-60 г/л, натрий фтористый или калий фтористый в количестве 0,5-8 г/л и аминоуксусную кислоту в количестве 10-30 г/л, при рН 3,5-5 в течение 5-60 мин при комнатной температуре. Предпочтительно покачивание или встряхивание изделий в растворе. Раствор готовят последовательным растворением в дистиллированной воде расчетных количеств аминоуксусной кислоты, натрия или калия фтористого и соли никеля. После обработки изделий в растворе производят промывку в воде. 4492 1 На подслой контактно осажденного никеля далее осаждают химическое никель-фосфорное или никель-борное покрытие известными способами, однако для получения высокой прочности сцепления необходимо поддерживать рН растворов химического никелирования в диапазоне 4-5. После осаждения химического никель-фосфорного или никель-борного покрытия проводят промывку в воде и сушку. После сушки проводится термообработка при температуре 200-250 С в течение 0,5-3 ч. для повышения прочности сцепления полученного покрытия с алюминием. В результате получается паяемое покрытие на тонких пленках алюминия толщиной не менее 1 мкм, обладающее очень высокой прочностью сцепления с алюминием, повышенной коррозионной стойкостью и надежностью в процессе эксплуатации. Покрытие хорошо паяется с применением слабоактивных канифольных флюсов. Предлагаемый способ является простым и надежным, отличается высокой воспроизводимостью качества, не требует сложного оборудования и дефицитных материалов. В тех случаях, когда паяемое покрытие необходимо получить не на всей поверхности тонкой алюминиевой пленки, а только на отдельных ее участках, и в случаях, когда другие участки поверхности изделия могут быть повреждены применением предлагаемых в настоящем изобретении растворов обезжиривания, контактного и химического никелирования, следует защитить эти участки поверхности изделия кислотостойкой маской, в качестве которой можно применить, например, химически стойкий лак, фоторезист, полиимидную смолу и другие. Пример 1. Получение паяемого покрытия проводят на алюминиевых контактных площадках гибридной интегральной схемы (ГИС), выполненной на ситалловой подложке. Толщина алюминия на контактных площадках ГИС составляет 3 мкм, под нижним слоем алюминия напыляют в вакуумной установке подслой танталла толщиной 30-50 нм. На чистую сухую поверхность ГИС наносят фоторезистивную маску методом фотолитографии, защищая всю поверхность верхнего слоя ГИС, кроме алюминиевых контактных площадок. Проводят задубливание фоторезиста. Затем проводят химическое обезжиривание поверхности контактных площадок в кислотном растворе при температуре 15-20 С в течение 40 с, вслед за чем промывают ГИС в воде. Далее проводят контактное осаждение никелевого подслоя при рН 4 в растворе, содержащем никель сернокислый 40 г/л, аминоуксусную кислоту 20 г/л и натрий фтористый 5 г/л. Контактное осаждение никелевого подслоя проводят при комнатной температуре, покачивая ГИС в растворе, в течение 10 мин. Затем промывают ГИС в воде. После этого проводят химическое никелирование поверхности контактных площадок ГИС известным способом, однако поддерживают рН раствора химического никелирования в диапазоне 4-5. После осаждения химического никелевого покрытия ГИС тщательно промывают в воде и сушат. Затем проводят термообработку при температуре 220 С в течение 2 ч. Пример 2. Получение паяемого покрытия проводят на алюминиевых контактных площадках гибридной интегральной схемы (ГИС), выполненной на подложке из анодированного алюминия. Толщина алюминия на контактных площадках ГИС составляет 2 мкм. На чистую сухую поверхность ГИС наносят фоторезистивную маску методом фотолитографии, защищая всю поверхность верхнего слоя ГИС, кроме контактных площадок, а также защищают обратную и боковые стороны подложки кислотостойким лаком. Далее проводят химическое обезжиривание при комнатной температуре в кислотном растворе в течение 20 сек., после чего промывают ГИС в воде. Затем осаждают контактный никелевый подслой в растворе следующего состава никель сернокислый 35 г/л, аминоуксусная кислота 17 г/л, калий фтористый 3 г/л при рН 4 и комнатной температуре в течение 15 мин. Изделия в растворе покачивают. Затем промывают в воде и проводят химическое никелирование поверхности контактных площадок известным способом, однако поддерживают рН раствора химического никелирования в диапазоне 4-5. После осаждения химического никелевого покрытия ГИС тщательно промывают в воде, сушат, затем проводят термообработку при температуре 250 С в течение 0,5 ч. Пример 3. Получение паяемого покрытия проводят на алюминиевой пленке толщиной 1 мкм, которую осаждают на ситалловой подложке методом напыления в вакуумной установке. С целью улучшения адгезии алюминиевой пленки к подложке под слоем алюминия напыляют подслой тантала толщиной 30-50 нм. Паяемое покрытие получают на всей поверхности алюминиевой пленки площадью 2,8810-3 м 2. В данном случае пленка была свеженапыленная, не загрязнена органическими веществами. Поэтому сразу проводят контактное осаждение никелевого подслоя в растворе следующего состава никель сернокислый 30 г/л, аминоуксусная кислота 15 г/л, натрий фтористый 2 г/л при рн 4 и комнатной температуре в течение 30 мин. Изделие в растворе покачивают. Затем промывают в воде и проводят химическое никелирование известным способом, при этом поддерживают рН раствора химического никелирования в диапазоне 4-5. После осаждения химического никелевого покрытия изделие тщательно промывают в воде и сушат. Затем проводят термообработку при температуре 200 С в течение 3 ч. Пример 4. Получение паяемого покрытия проводят на поверхности алюминиевой детали с высокоточными размерами. Для удаления органических загрязнений деталь обезжиривают в органическом растворителе известным способом. Затем проводят химическое обезжиривание поверхности в кислотном растворе при темпера 3 4492 1 туре 755 С в течение 20 с, после чего промывают деталь в воде. Далее проводят контактное осаждение никелевого подслоя при рН 3,5-4 в растворе, содержащем никель двухпористый 60 г/л, аминоуксусную кислоту 30 г/л и калий фтористый 8 г/л при комнатной температуре в течение 60 мин. При контактном осаждении никелевого подслоя деталь в растворе периодически встряхивают, затем промывают в воде, после чего проводят химическое никелирование поверхности детали известным способом, поддерживая рН раствора химического никелирования в диапазоне 4-5. После осаждения химического никелевого покрытия деталь тщательно промывают в воде и сушат. Затем проводят термообработку при температуре 220 С в течение 3-х часов. Источники информации 1.142491, 1983. 2.5246764, 1977. 3.493025, 1974. 4. А.П. ДОСТАНКО и др. Пленочные токопроводящие системы СБИС. - Минск Вышэйшая школа, 1989. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.