Раствор для травления выводов интегральных микросхем Советский патент 1985 года по МПК C23F1/00 C09K13/00 

«

Изобретение относится к подготовке поверхности металлов, в частности никеля и ковара, перед нанесением покрытий и может быть использовано в электронике, приборостроении и радиопромьппленности, в частности при производстве интегральных микросхем (ИМС).

Одной из операций технологического процесса производства ИМС является лужение выводов ИМС для обеспечения контактирования выводов.с платой при контакте узлов радиоэлектронных приборов и для защиты и от окисления. Лужение выводов осуществляют двумя способами: горячим или гальваническим лужением. Для нанесения качественных покрытий олова и его сплавов на выводы ИМС с хорошей адгезией поверхность выводов должна быть чистой, обладать определенным рельефом, достигаемым при обработке изделий в растворе Для травления. К травителям, применяемым в производстве изделий электронной промьгашенности, предъявляются специальные требования: обеспечение прочного сцепления наносимого металла с подложкой за счет создания на подложке определенного рельефа поверхности, инертность травящего раствора по отношению к неметаллической части ИМС (пластмассовому корпусу), высокая скорость травления, стабильность раствора травления.

Известен раствор для травления никеля и ковара, содержащий:

Железо хлорное, г/л .450-490

Азотная кислота,

(d -.1,41), мг/л 240-260

Уксусная кислота

((3 - 1,05) , мг/л 240-260

Данный травитель обеспечивает интенсивное равномерное травление никеля и ковара без образования шлама И .

Однако в процессе травления происходит интенсивное подтравливание корпуса ИМС. Изделия теряют товарный вид, пластмасса корпуса размягчается и набухает, приобретая ярко-желтый цвет, вследствие чего удельное объемное сопротивление пластмассы резко падает и значительно возрастает вероятность пробоя пластмассы-изолятора.

425272

Кроме того, травление в данном растворе приводит к образованию грубозернистого, с крупными ямками и выступами рельефа поверхности, 5 из-за чего адгезия припоя оловосвинец, нанесенного на травленные в этом растворе выводы ИМС, плохая .

Наиболее близким к изобретению 10 по технической сущности является раствор для травления никеля , содержащий хлорное железо и соляную кислоту при следующем соотношении компонентов, г/л: 15 Железо хлорное 500 Соляная кислота (cJ 1,18 мл/л) 110-165 ВодаОстальное

Однако данный травитель реагирует с пластмассой корпуса, изменяет ее цвет, падает микротвёрдость, удельное объемное сопротивление. Изделия теряют товарный вид. Кроме того, после травления в данном 5 травитёле осаждаемые покрытия недостаточно прочно сцеплены с подложкой, вследствие чего может произойти отслаивание покрытия при резких колебаниях температуры. 0 Цель изобретения - сохранение пластмассового корпуса ИМС и улучшение качества поверхности выводов.

Поставленная цель достигается т$м, что раствор для травления выводов интегральных микросхем, содержащий хлорное железо и соляную кислоту, дополнительно содержит этилендиамин при следующем соотношении компонентов , г/л: Q Хлорное железо 480-520 Соляная кислота (d 1,18 г/см) 106-118 Этилендиамин 25-30 Реакция травления протекает интенсивно при температуре раствора 65-75 С, рН раствора в пределах 0-1. Скорость травления при 75 С составляет 3,3-3,7 мкм/мин для никеля и 5,t-5,7 мкм/мин для ковара. Наблюдаемый эффект - предотвращение травления пластмассового корпуса ИМС при использовании предлагаемого раствора, связан очевидно с уменьшенным содержанием кислоты 5 в травитёле по сравнению с известными растворами, а также с тем, что в предлагаемый раствор введен этилендиаьшн. При уменьшении концентрации компонентов ниже минимально допусти мых уменьшается адгезия припоя, наносимого на вывода ИМС, а при увеличении концентрации компонентов вьпае максимально допустимых идет растравливание корпуса ИМС с характерными перечисленными недостатками . Для приготовления травящего раст вора в деионизованной воде растворяют необходимое количество соляной кислоты. Затем при перемешивании ра растворяют необходимое количество хлорного железа.. В полученный раствор добавляют при перемешивании необходимое количество этилендиамина предварительно растворенного деиони зованной водой, после чего объем раствора доводят деионизованной водой до требуемого количества. Раствор отфильтровывают. Контроль свойств пластмассы корпуса ИМС производят после операции Травление, а контроль свойств покрытия олово-свинец, наносимого н выводы ИМС, производят после операции Горячее лужение. Визуально производят внешний осмотр пластмассы и оценивают ее цвет Согласно требованиям ТУ 6-05-1651-7 поверхность пластмассы должна быть блестящей, гладкой без вздутий, трещин, расслоений, раковин, выступов наполнителя и соответствоват требованиям учрежденных эталонов. Оптическую плотность измеряют на денситометре СР-25М. Значения .плотности характеризуют степень черноты пластмассы, т.е. чем темнее (чернее) цвет, тем больше оптическая плотность Разбежка в значениях оптической плотности характеризует неоднородность цвета (т.е. наличие различно окрашенных участков). Твердость пластмассы определяют с помощью микротвердомера ПМТ-3; Микротвердость характеризует размягчение пластмассы в травителях. Удельное объемное сопротивление пластмассы определяют с помощью тераомметра Е6-13А, оно характеризует диэлектрические свойства пластмассы-изолятора. Удельное объемное сопротивление пластмассы должно быть высоким (не менее 10 Ом.см согласно требованиям ГОСТ 64332-71) и его снижение недопустимо, поскольку возникает опасность короткого замыкания между выводами ИМС. Адгезию покрытия олово-свинец определяют по методу термоудара, согласно которому ИМС вьодерживают сначала в нагретом до 250-265 С припое ПОС-61 в течение 5 мин, после чего ИМС погружают в холодную (1625 С) воду на 5 мин. После проведения 5 циклов термоудара покрытие олово-свинец просматривают в микроскоп МБС-1 при увеличении 32 раза. Адгезия покрытия олово-свинец к выводам ИМС считается хорошей, если после проведения: 5 циклов термоудара не -наблюдается отслаивания покрытия олово-свинец от выводов; удовлетворительной, если отслаивалось (. 5% площади покрытия оловосвинец, плохой, если отслаивалось от 5 до 25% площади покрытия оловосвинец, очень плохой, если отслаивалось более 25% площади покрытия олово-свинец, считая на 100%-ную суммарную площадь вьгеодов ИМС. Равномерность покрытия оловосвинец оценивают с помощью микроскопа МБС-1 (при увеличении 32 раза), подсчитывая площадь участков вьгеодов, покрытых припоем олово-свинец, и выражают в процентах по отношению к суммарной площади выводов Пример 1. Интегральную микросхему, которая в исходном состоянии характеризуется следзпощими свойствами: ЦветТемно-серый Оптическая плотность пластмассы4,1-4,3 Удельное объемное сопротивлениеj пластмассы,Омсм 2,1-10 Микротвердость пластмассы, кгс/мм 42-48 обрабатывают по следующей схеме: обезжиривают в растворе, г/л: Тринатрийфосфат 15-25 Натрия гидроксид 10-15 Синтанол2-5 Вода, лДо 1 в течение 3-4 мин с наложением ультразвука при 40-50с, промывают в горячей проточной воде (температура не менее 40°С) в те чение 3-4 мин, промывают в холод деионизованной воде 2-3 мин, про изводят травление выводов ИМС в воре следующего состава, г/л: Железо хлорное 480 . Кислота соляная 106 (.d 1,18) .Этилендиамин 25 Вода, лДо 1 Температура травителя, С75 Время травления, мин015 промывают в горячей проточной де с температурой не менее 40 С 3-4 мин, промывают в проточной д ионизованной воде с наложением ультразвука 2-3 мин, осаждают по тия олово-свинец способом горяче лужения из расштава припоя ПОС-6 лужение производят двухкратнь М последовательным окунанием во фл на 3-5 с и припой ПОС-61 с темп ратурой 250-265°С на 2-3 с. Обработанная ИМС должна харак ризоваться следующими свойствами Цвет пластмассы Темно-с рый Оптическая плот4,1-4,3 ность Микротвердость пластмассы, кгс/мм Удельное объемное сопротивление пласт- (4 массы. Ом-см 1,5-10 Равномерность покрытия олово-свинец, , % 100 Адгезия покрытия Хорошая Пример 2 . ИМС обрабатыв ют, как описано в примере 1, но травление ведут в растворе № 2 ( табл. 1), при 65С в течение 1,5 ми Конечная ИМС характеризуется: Пвет пластмассы ТемнорыйОптическая плотность 4,1-4, пластмассы Микротвердость,, кгс/мм 42-44 Удельное объемное сопротивление, 10 Ом-см Равномерность покрытия, % 100 Адгезия покрытия олоХорошаво-свинец .6 И р и м е р 3. ШС обрабатывают, описано в примере 1, но травлеведут в растворе № 3 (см. л. 1) при в течение 1 мин. Конечная ИМС характеризуется: Цвет пластмассы Темно-серыйОптическая плотность пластмассы4,1-4,3 Микротвердость пластмассы, кгс/мм42-45 Удельное поверхностное сопротивление. Ом см Равномерность покрытий олово-свинец, % Адгезия покрытия олово-свинецХорошая Пример 4. ИМС обрабатывают, описано в примере 1, но травлеведут в растворе № 4 (см. л. 1) при в течение 1 мин. Конечная ИМС характеризуется: Цвет пластмассы Темно-серый Оптическая плотность4,1-4,2 Микротвердость пластмассы, кгс/мм 42-47 Удельное объемное сопротивление пластмассы. Ом , см10 Равномерность покрытия, % 100 Адгезия покрытия олово-свинец УдовлетворительнаяПример 5. ИМС обрабатыт, как описано в примере 1, но вление ведут в растворе № 5 (см. л. 1) при в течение 1 мин. Конечная ИМС характеризуется: Цвет пластмассы Серо-зеленый Оптическая плотность пластмассы 3.7-4.1 Твердость пластмассы, кгс/мм 37-41 Удельное объемное сопротивление пластмассы. Ом.см 2-1о Равномерность покрытия олово-свинец, % 100 Адгезия покрытия олово-свинец Хорошая Пример 6. ИМС обрабатывают, описано в примере 1, но исклютравление. Конечная ИМС харак-. зуется:

Цвет пластмассы

Оптическая плотность пластмассы Твердость пластмассы, кГС/мм Удельное объемное сопротивление пластмассы. Ом .см Равномерность покрытия олово-свине %

Адгезия покрытия олово-свинец

П р. и м е р 7. ИМС обрабатыва т, -как описано в примере 1 , но равление ведут в растворе № 7 см. табл. 1) при 70 С в течение мин.

Конечная ИМС характеризуется:

Цвет пластмассы

Серо-зеле ный

Оптическая плотность пластмассы (в пределах одного и того же корпуса)

3,1-3,7 Микротвердость, кгс/мм(в пределах .одного и того же корпуса)

27-33

Удельное объемное сопротивление.

15 ОмСМ

10

Равномерность покрытия олово-свинец, %

100 Адгезия покрытия

Удовлетвоолово-свинецрительная

1425278

Составы растворов для травления и условия травления по примерам 1-7 приведены в табл. 1.

Данные по травлению в растворах

s по примерам 1-7 приведены в табл. 2.

Из приведенных примеров видно, что операция травления необходима для обеспечения адгезии и равномерности покрытия олово-свинец к выводам ИМС. Подтравление пластмассы в травителе по прототипу ведет не только к изменению цвета корпуса ИМС (что приводит к потере товарного вида), но и недопустимо снижает поверхность сопротивление пластмас15сы (что может повлечь за собой выход изделия из строя). Кроме того, размягчение пластмассы корпуса, происходящее при травлении, может вызвать разгерметизацию кристалла ИМС.

20

Таким образом, травление в предлагаемом растворе позволяет не только осаждать покрытие припоем с хорошей адгезией, но и не разрушает ппастмассовый корпус ИМС и не

25 изменяет свойства пластмассы корпуса. По сравнению с известным раствором удельное объемное сопротивление пластмассы увеличивается в 10 раз. микротвердость пластмассы

30 в 1,2-1,5 раза, оптическая плотность пластмассы в 1,4-1,5 раза, а цвет пластмассы корпуса при травлении в предлагаемом растворе не изменяется по сравнению с цветом исходной

35 (не травленной) ИМС. Характеристики пластмассы, прошедшей травление в предлагаемом растворе, практически не изменяются в сравнении с характеристиками исходной не об40работанной пластмассой.

Таблица 1

РАСТВОР ДЛЯ ТРАВЛЕНИЯ ВЫВОДОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ преимущественно.в пластмассовых корпусах, содержащий хлорное железо и соляную кислоту, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью сохранения пластмассового корпуса и улучшения качества поверхности выводов , он дополнительно содержит этилендиамин при следующем соотношении компонентов, г/л: 480-520 Хлорное железо Соляная кислота (d 1,18 г/см) 106-118 25-30 Этилендиамин

Хлорное железо

Соляная кислота (d 1,18 г/смЗ)

Этилендиамин Время, мин Температура, с

450

550

500 130

1,0 70 Цвет пластмассы Темно- Темносерый серый Оптическая плотность пластмассы4,1-4,3 4,1-4,2 Удельное объемное сопротивление пластмассы. Ом.см 1,5-10 10 .Твердость пластмассы, кгс/мм 42-45 42-44 Равномерность покрытия олово-свинец, %100 100 Адгезия покрытия олово-свинец, оценка Хоро- Хорошая шая Темно- Темно- Серо- Темно- Серосерый серый зеле- серый зеленый 4,1- 3,7- 3,7- 4,1- 3,1-3,7 -4,3 -4,2 -4,1-4,3 н 14 П 14 i 10 10 240 2-10 10 42-45 42-47 37-41 42-48 27-33 100 100 100 65 100 Хоро- Удов- Хоро- Очень Удовлетшая летво- шая пло- ворительритель- хая ная