[发明专利]无氰电镀金液及其制备方法和应用、镀金件及其制备方法

说明书

本发明涉及无氰镀金技术领域，公开了一种无氰电镀金液及其制备方法和应用、镀金件及其制备方法。无氰电镀金液包括亚硫酸金盐、亚硫酸盐、3‑硝基苯甲酸盐、有机胺、硫脲衍生物和溶剂，所述亚硫酸金盐以金元素计的含量为5‑20g/L，所述亚硫酸盐的含量为30‑200g/L，所述3‑硝基苯甲酸盐的含量为1‑12g/L，所述有机胺的含量为5‑40g/L，所述硫脲衍生物的含量为0.1‑20mg/L。本发明中提供的无氰电镀金液，各组分之间相互作用，可提高镀层中晶面(220)的占比，利用直流电电镀制备出表面哑光、色泽均匀、晶面(220)高度取向的电镀金。

技术领域

本发明涉及无氰镀金技术领域，具体涉及一种无氰电镀金液及其制备方法和应用、镀金件及其制备方法。

背景技术

金是导电导热方面仅次于银和铜的金属，常温或加热条件下不会被氧化，且与大部分化学物质都不发生反应，具有极佳的化学稳定性，可焊性好，可热压键合，接触电阻低。因此，镀金在PCB、电子插接件、半导体芯片制造等领域应用广泛。

电镀金的晶面一般包括(111)、(200)、(220)和(311)晶面，晶面取向度越高，电镀金的性能越优异。这是因为：首先，晶面取向度高，则意味着晶界少，电镀金用作导体时，电子在传输的过程中在晶界的散射程度低，更耐电迁移，可靠性好。Nakoshi(Crystallinitydependence of reliability of electroplated gold thin film interconnections.The Proceedings of Conference of Tohoku Branch 2019.54:170)指出减少电镀金的晶界可以提高电镀金互连的可靠性，通过退火处理可以减少电镀金中晶界的数量，由电迁移引起的原子晶界扩散活化能可以从0.54eV增加到0.61eV，从而提高了互连线路的寿命。高取向度的电镀金由于趋近单一取向，晶界的密度很少，因此可靠性高。其次，在退火的过程中，由于晶界容易融合，硬度容易降低，低硬度的电镀金可保证镀层良好的焊接性能。再者，相同高度取向的电镀金材料做热压键合时，电镀金更容易键合，且键合强度高。

目前的电镀金晶面以(111)晶面和(200)晶面为主。R.J.Morrissey(A VERSATILENON-CYANIDE GOLD PLATING SYSTEM.Plating and Surface Finishing 1993 80(4):75-79)报道了使用亚硫酸盐体系的无氰电镀金，研究表明，在电流密度为0.4ASD时，当镀液不含晶体调整剂时，镀层以(200)晶面为主，(200)晶面占比为60％；当镀液中使用砷作为晶体调整剂时，镀层以(111)为主，(111)晶面占比为60％；当镀液中使用有机化合物作为晶体调整剂时，镀层以(111)为主，(111)晶面占比为65％。

安茂忠(Electrochemical behavior of gold(III)in cyanide-free bath with5,5′-dimethylhydantoin as complexing agent.Electrochimica Acta 58:516-522)报道了DMH体系的无氰电镀金，电镀金的晶面以(111)为主，伴随有(200)，(220)和(311)晶面；晶面取向同时受添加剂的影响，加入添加剂增加了镀液的阴极极化，细化了电沉积晶粒，使电沉积的择优取向由(111)方向变为(200)方向。

R.J.Morrissey(Some Further Studies on Porosity in GoldElectrodeposits.Transactions of the IMF 1980 58(1):97-103)报道了氰化物镀金，镀液包含柠檬酸盐、磷酸盐和氰化亚金钾，使用添加剂Bi时，在0.4-0.6ASD电镀可以制备(111)面高度择优取向的金镀层，但是氰化物镀金由于和正光刻胶不兼容，很难用于化合物半导体的制备。