用于线路板表面处理的化学镀钌溶液和线路板表面处理方法
【专利说明】用于线路板表面处理的化学镀钌溶液和线路板表面处理方 法
[0001]【技术领域】 本发明涉及线路板表面处理工艺，尤其涉及化学镀镍浸金工艺中镍磷合金层与金层之 间的阻挡层制作工艺，特别是涉及电子装配行业邦定打线（Wire Bonding)工艺的线路板表 面处理工艺。
[0002] 【【背景技术】】 化学镀镍浸金（ENIG)工艺，因其优良的焊接可靠性和焊盘平整度佳的优点，成为线路 板表面处理的主要方式之一。尤其是高端线路板应用场合，其良好的邦定打线性能，使其成 为不可或缺的邦定线路板的表面处理方式。
[0003] 但是化学镀镍浸金工艺，其镍磷合金层后续浸金或其他工艺制程中，由于受到浸 金药水攻击或其他因素影响，容易出现镍层黑盘现象，导致电子装配过程中存在焊接不良 的风险。同时，由于金层硬度较低，对于邦定线路板的制作，单纯使用化学镀镍浸金工艺， 必须提高金层厚度至〇. Ium以上，这大大提高了其工艺制作成本。近年来研究开发镍磷合 金和金层之间增加一层硬度更高，价格相对低廉的金属阻挡层的工艺成为此领域的一个热 潮。于是，使用金属钯作为镍磷合金与金层间的扩散阻挡层的工艺应运而生，包括化学镀镍 化学镀钯浸金（ENEPIG)和化学镀镍浸钯浸金（ENIPIG)两种工艺均在市场上占据了一定的 份额。金属钯层的高熔点、高硬度确实可以满足其作为阻挡层的应用需求，也一度被业内誉 为万能的表面处理工艺。但是，由于这些化学镀钯或浸钯工艺存在的一些溶液体系稳定性 差和沉积速率不稳定等不良因素，以及近年来贵金属钯价格不断飙升直追金价，已经达到 金价70%左右，钯盐价格也随之直线上涨，因此使用钯作为镍磷合金与金层之间的阻挡层 的两种工艺始终没有在市场上得到大幅扩展。
[0004] 【
【发明内容】
】 本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种能够有效保 证溶液稳定性，在镍磷合金层之上保持较高沉积速率的化学镀钌溶液。
[0005] 本发明解决所述问题采用的技术方案是提供一种用于线路板表面处理的化学镀 钌溶液，其包含如下组分：水溶性钌盐〇. I m 10. 〇g/L、主络合剂I m 100g/L、辅助络合剂 0· I ^ 20.0 g/L、还原剂0· I ^ 10.0 g/L和pH调整剂，其余为去离子水。
[0006] 所述水溶性钌盐为 RuCl3 3H20, Ru (NH3) 6C13, Ru (NH3) 3 (NO2) 3和（RuNO) 2 (SO4) 3等，任 择其中一种，用以提供溶液体系所需的Ru3+离子。
[0007] 所述主络合剂为乙二胺四乙酸二钠（EDTA_2Na)、酒石酸钾钠、二乙烯三胺五羧酸 盐（DTPA)和葡萄糖酸钠等，任择其一或其至少两种混合，与Ru 3+离子螯合以维持溶液稳定 性。
[0008] 所述辅助络合剂为三乙醇胺、二乙撑三胺、尿素和硫脲等，任择其中一种，与主络 合剂配合，维持钌的反应活性和沉积速率稳定性。
[0009] 所述还原剂为水合肼、硼氢化钾、硼氢化钠和硫酸羟胺等，任择其中一种，用以将 Ru3+离子还原成金属韦了。
[0010] 所述pH调整剂分为酸性pH调整剂和碱性pH调整剂，调节溶液pH至7-9,保持溶 液PH环境，维持溶液稳定性和反应活性。
[0011] 所述酸性pH调整剂为柠檬酸和苹果酸，任择其中一种，用于溶液酸性调节。
[0012] 所述碱性pH调整剂为氨水和乙二胺，任择其中一种，用于溶解碱性调节。
[0013] 提供一种线路板表面处理方法，包括化学镀镍和浸金步骤，在对线路板进行化学 镀镍步骤之后、进行浸金步骤之前，使用如上述权利要求1至8所述的任何一种化学镀钌溶 液对线路板进行镀钌。
[0014] 所镀舒层厚度为0· 02-1. OOum。
[0015] 与现有技术相比较，本发明具有以下技术效果： 1.与钯同样作为铂族元素的金属钌，其溶点为2334Γ，高于金属钯的1555Γ ;其布氏 硬度达到2160N/mm2,远高于金属钯的310 N/mm2;金属钌还具有良好的耐腐蚀性能；而且其 价格一直属于铂系元素中较为低廉的，更利于市场推广。因此，使用金属钌作为镍磷合金和 金层的阻挡层，相对金属钯具有熔点和硬度更高、耐腐蚀性能好和成本低的优点，可以为镍 磷合金层提供足够的保护，以及提供良好的邦定打线焊盘基底。
[0016] 2.本发明化学镀钌溶液，其组分及其配比，使得该溶液的稳定性好，沉积速率较 高，如表3所示，该溶液在15天后仍然稳定、沉积速率仍然保持在工艺要求的范围之内。 [0017]【【具体实施方式】】 下面结合如表格1~2所呈现的8个优选实施例，对本发明作进一步详细说明。其中 各该实施例均包含以下组分：用于线路板表面处理的化学镀钌溶液，包括用于提供Ru3+的 浓度为〇. I m 10. 〇g/L的水溶性钌盐、用于与Ru3+离子螯合以维持溶液稳定性的浓度为 I m 100g/L的主络合剂、用于与主络合剂配合而维持钌的反应活性和沉积速率稳定性的浓 度为0.1 m 10. 0g/L的辅助络合剂、用于将Ru3+离子还原成金属钌的浓度为0.1 m 10.0 g/ L的还原剂和用于保持溶液pH环境，维持溶液稳定性和反应活性的pH调整剂，其余为去离 子水，去尚子水含量未在表格中呈现。
[0018] 所述水溶性钌盐为 RuCl3'3H20, Ru (NH3)6C13, Ru (NH3)3 (NO2)3和（RuNO) 2(S04)3等， 任择其中一种，用以提供溶液体系所需的Ru3+离子。
[0019] 所述主络合剂为乙二胺四乙酸二钠（EDTA_2Na)、酒石酸钾钠、二乙烯三胺五羧酸 盐（DTPA)和葡萄糖酸钠等，任择其一或其至少两种混合。
[0020] 所述辅助络合剂为三乙醇胺、二乙撑三胺、尿素和硫脲等，任择其中一种。
[0021] 所述还原剂为水合肼、硼氢化钾、硼氢化钠和硫酸羟胺等，任择其中一种。
[0022] 所述pH调整剂分为酸性pH调整剂和碱性pH调整剂，调节溶液pH至7-9。
[0023] 所述酸性pH调整剂为柠檬酸和苹果酸，任择其中一种，用于溶液酸性调节。
[0024] 所述碱性pH调整剂为氨水和乙二胺，任择其中一种，用于溶解碱性调节。
[0025] 所述去离子水电导率〈10yS/cm。
[0026] 以上所述实施例，将所述水溶性钌盐、主络合剂、辅助络合剂和还原剂以去离 子水作为溶剂进行复配溶解后，使用PH调整剂将溶液pH值调至7-9。溶液温度控制在 35°C _85°C范围，将完成化学镀镍形成镍磷合金层的线路板上浸泡于所述实施方式溶液中 进行化学镀钌，形成〇. 02-1. OOum纯钌层的沉积覆盖；所述各实施例的溶液寿命，镀钌反应 时间和镀钌后的钌层厚度如表格3所示，可焊性测试和邦定性能如表格4所示。
[0027] 一种线路板表面处理方法，包括化学镀镍和浸金步骤，在对线路板进行化学镀镍 步骤之后、进行浸金步骤之前，使用如上述实施例中任何一种化学镀钌溶液对线路板进行 镀钌。镀钌后再在化学沉钌层之上使用浸金工艺完成线路板整个表面处理制程。化学镀镍 和浸金为现有线路板业内常用工艺，此处不再赘述。
[0028] 以上所述实施方式仅表达了本发明的优选实施方式，并不能因此而理解为对本发 明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构 思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本 发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种用于线路板表面处理的化学镀钌溶液，其特征在于，包括用于提供Ru 3+的浓 度为0.1 m 10.0 g/L的水溶性钌盐、用于与Ru3+离子螯合以维持溶液稳定性的浓度为 I m 100g/L的主络合剂、用于与主络合剂配合而维持钌的反应活性和沉积速率稳定性的浓 度为0.1 m 10.0 g/L的辅助络合剂和用于将Ru3+离子还原成金属钌的浓度为0.1 m 10.0 g/ L的还原剂，其余为去离子水。2. 如权利要求1所述的化学镀钌溶液，其特征在于：所述水溶性钌盐为RuCl 3. 3H20， Ru (NH3) 6C13, Ru (NH3) 3 (NO2) 3和（RuNO) 2 (SO4) 3这四种之中的一种。3. 如权利要求1所述的化学镀钌溶液，其特征在于：所述主络合剂为乙二胺四乙酸二 钠、酒石酸钾钠、二乙烯三胺五羧酸盐和葡萄糖酸钠这四种之中的一种或者其中两种。4. 如权利要求1所述的化学镀钌溶液，其特征在于：所述辅助络合剂为三乙醇胺、二乙 撑三胺、尿素和硫脲这四种之中的一种。5. 如权利要求1所述的化学镀钌溶液，其特征在于：所述还原剂为水合肼、硼氢化钾、 硼氢化钠和硫酸羟胺这四种之中的一种。6. 如权利要求1所述的化学镀钌溶液，其特征在于：还包括用于保持溶液pH环境，维 持溶液稳定性和反应活性的PH调整剂，所述pH调整剂分为酸性pH调整剂和碱性pH调整 剂，调节溶液pH值至7-9。7. 如权利要求6所述的化学镀钌溶液，其特征在于：所述酸性pH调整剂为柠檬酸和苹 果酸这两种之中的一种。8. 如权利要求6所述的化学镀钌溶液，其特征在于：所述碱性pH调整剂为氨水和乙二 胺这两种之中的一种。9. 一种线路板表面处理方法，包括化学镀镍和浸金步骤，其特征在于：在对线路板进 行化学镀镍步骤之后、进行浸金步骤之前，使用如上述权利要求1至8所述的任何一种化学 镀钌溶液对线路板进行镀钌。10. 如权利要求9所述的线路板表面处理方法，其特征在于：所镀钌层厚度为 0. 02-1. 00um〇
【专利摘要】本发明涉及一种用于线路板表面处理的化学镀钌溶液和线路板表面处理方法，化学镀钌溶液包括以下组分：浓度为0.1∽10.0g/L的水溶性钌盐、1∽100g/L的主络合剂、0.1∽10.0g/L的辅助络合剂和0.1∽10.0g/L的还原剂，其余为去离子水。一种线路板表面处理方法，包括化学镀镍和浸金步骤，在对线路板进行化学镀镍步骤之后、进行浸金步骤之前，使用如上述权利要求1至8所述的任何一种化学镀钌溶液对线路板进行镀钌。本发明的技术效果在于：可在镍磷合金层之上沉积一层0.02um-1.00um厚度的纯钌金属层，作为线路板表面处理镍和金层间的阻挡层，保证其焊接的可靠性。
【IPC分类】H05K3/18, C23C18/44
【公开号】CN105018908
【申请号】CN201510125066
【发明人】王予, 黎坊贤, 李 荣
【申请人】深圳市贝加电子材料有限公司
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年3月23日