纳米双晶金膜、其制备方法、及包含其的接合结构技术

本发明专利技术是有关于一种具有优选排列方向的纳米双晶金膜、其制备方法、及包含其的接合结构。该金膜具有一厚度方向，且在该厚度方向沿着[220]晶轴方向堆叠；其中，该金膜至少50％以上的体积是由多个纳米双晶金所构成，该些纳米双晶金彼此相邻且沿着垂直该厚度的方向排列，并沿着[111]晶轴方向堆叠而成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种具有优选排列方向的金膜及其制备方法，尤指一种厚度方向沿着晶轴方向堆叠由多个纳米双晶金所构成的金膜，以及其制备方法。
技术介绍
金属材料的硬度以及其机械性质会随着金属的晶粒大小而改变，举例而言，一些具有纳米级晶粒以及具有纳米双晶结构的金属薄膜具有特别高硬度。一般而言，金的硬度较低，当作为饰品时，常因为碰撞或挤压而造成金饰的变形，降低其美观程度，同时也降低了金饰加工的价值，此外，金也常用于珠宝镶嵌上，然而其硬度不足，镶嵌于金上的宝石容易掉落。据此，若通过形成纳米级晶粒的金结构，或者形成具有纳米双晶结构以提高硬度，可应用于饰品或珠宝镶嵌金属的表面，以提升其硬度，除了不易磨损，亦可确保镶嵌的宝石不易掉落，此外，具有纳米结晶性质的双晶金属，也可应用作为如直通硅晶穿孔(TSV，through silicon via)、半导体芯片中的内连线(interconnect)、封装基板的引脚通孔(pin through hole)、金属导线(如，铜导线(copper interconnect))、或基板线路等的金属材料，以确保其电性接点的可靠性，并延长其使用寿命。此外，金具有高传导系数，相当适合作为封装结构的电性连接金属，然而由于现有的金材料所制备的电性接点，由于金的晶粒结晶方向并无一定的趋势，其接点表面形成方向性零散的晶粒，因此在接合时需在高温或高压下进行接合，而过高的温度或压力容易造成电子产品元件的损坏，如半导体芯片，若降低金接合的工艺温度，及工艺压力则需增加，如此一来，金接合的工艺将过于繁复且设备昂贵，过大的工艺压力也影响了电子产品的合格率。目前现有制备纳米双晶金的方法包括:⑴利用电镀纳米线的方法制备纳米双晶金的纳米线，然而此方法无法制备纳米双晶金薄膜，且其制备所需时间过长，无法广为利用；(2)利用退火的方法形成双晶金薄膜，然而，此方法无法成功形成高密度且规则的纳米双晶结构；(3)利用合金方法并通过退火过程以形成纳米双晶结构，然而，此方法需使用合金，会降低其制备的金属纯度，若应用于金饰上，将降低其价值；或者，(4)利用掺入铜的方法以增加金的硬度，然而掺入铜所形成的K金会失去纯金的色泽及纯度，其价值也会降低。因此目前急需一种新颖的金膜以及其制备方法，其具有优选排列方向以及纳米双晶的结构，以应用于饰品业，增加金饰的硬度，提升金饰加工的可靠度。除了应用于饰品业夕卜，利用其具有优选排列方向以及具有纳米双晶的特性，应用于电子产业中，以改善电性接点工艺中需经高温高压的缺点，以提升产品合格率，降低成本，同时达到高效能且小体积的电子广品。
技术实现思路
本专利技术提供了一种具有优选排列方向的纳米双晶金膜以及其制备方法，该纳米双晶金膜包括多个纳米双晶金，可使得该纳米双晶金膜具有良好硬度以及机械性质，且该纳米双晶金膜可应用于珠宝业与金饰业，在金饰表面形成该包括多个纳米双晶金的纳米双晶金膜，以提高金饰的硬度，但不影响其外观。此外，根据本专利技术所提供的具有优选排列方向的纳米双晶金膜，以及其优异的机械性质以及其抗电迀移特性，本专利技术还提供了一种具有优选排列方向的纳米双晶金膜的接合结构及其制备方法，以应用于电子产品中各种电性接点。通过控制形成纳米双晶金膜时的电镀条件，在纳米双晶金膜表面形成具有优选方向的结晶平面，其中的金原子沿着方向堆叠，因此，本专利技术所提供的具有优选排列方向的纳米双晶金膜的接合结构综合以上两种特点，使得表面具有结晶平面以及包括多个纳米双晶金的纳米双晶金膜，可在低温低压下达到良好的接合情况。本专利技术所提供的具有优选排列方向的纳米双晶金膜，该纳米双晶金膜具有一厚度方向，且在该厚度方向沿着晶轴方向堆叠，其中，该纳米双晶金膜至少50%以上的体积是由多个纳米双晶金所构成，该些纳米双晶金彼此相邻且沿着垂直该厚度的方向排列，并沿着晶轴方向堆叠而成。本专利技术所提供的具有优选排列方向的纳米双晶金膜的厚度可为0.05?1000 μ m，优选为1?10 μ m。而该些纳米双晶金的长轴长度为0.05?100 μ m，优选为0.05?10 μ m ;该些纳米双晶金的短轴长度为1?200nm，优选为20?100nmo此外，在本专利技术所提供的具有优选排列方向的纳米双晶金膜，在垂直该厚度方向的任一截面的至少50%以上的面积为结晶平面。本专利技术的另一目的是在于提供一种具有优选排列方向的纳米双晶金膜的制备方法，包括:(A)提供一电镀装置，该电镀装置包括一阳极、一阴极、一直流电流供应源、以及一电镀液，其中，该直流电流供应源与该阳极以及该阴极电性连接，且该阳极及该阴极浸泡于该电镀液中；以及(B)使用该电力供应源提供一直流电流以进行电镀，并在该阴极表面生长一纳米双晶金膜；其中，该具有优选排列方向的纳米双晶金膜具有一厚度方向，且在该厚度方向沿着晶轴方向堆叠；该纳米双晶金膜至少50%以上，优选是由70%以上的体积是由多个纳米双晶金所构成，该些纳米双晶金彼此相邻且沿着垂直该厚度的方向排列，并沿着晶轴方向堆叠而成；且该电镀液包括一金离子、一氯离子、以及一酸。根据本专利技术所提供的纳米双晶金膜的制备方法，在步骤(B)中，当电镀进行时，该阴极或该电镀液可以300?1500rpm的转速旋转，而其中以400?1200rpm的转述旋转为较佳，以帮助双晶生长方向及速率。根据本专利技术所提供的具有优选排列方向的纳米双晶金膜的制备方法，在步骤(B)中，该直流电流供应器所提供的电流密度为1?lOOmA/cm2，其中优选为1?lOmA/cm2。根据本专利技术所提供的具有优选排列方向的纳米双晶金膜的制备方法，其中，该电镀液可还包括至少一选自由:介面活性剂、晶格修整剂、及其混合物所组成的群组。而该电镀液中的该酸可为一有机或无机酸，以增加电解质浓度而提高电镀速度，该酸可为至少一选自由盐酸、硝酸、以及硫酸所组成的群组，其中又以盐酸或硝酸为较佳，且其金离子浓度可为5?15g/L，优选为8?12g/L。此外，该电镀液中的该金离子是由一含金的盐类解离而得，该含金的盐类可为至少一选自由硫酸金、及亚硫酸金所组成的群组，而其中是以亚硫酸盐金为较佳。而该电镀液中的该氯离子的主要功能用以微调整晶粒生长方向，使双晶金属具有结晶优选方向，该氯离子可由一含氯的化合物解离而得，其可为至少一选自由盐酸、过氯酸、氯酸、亚氯酸、以及次氯酸所组成的群组所提供，而其中优选为盐酸、氯酸。根据本专利技术所提供的具有优选排列方向的纳米双晶金膜的制备方法，其中，电镀沉积的纳米双晶金膜厚度可依据电镀时间的长短而进行调整，其厚度范围可为0.05?1000 μ m，优选为1?10 μ m，而在该纳米双晶金膜中，该纳米双晶金晶粒的厚度可为0.05?1000 μ m，优选为1?100 μ m，及直径可为0.05?1000 μ m，优选为1?100 μ m。如图2A的FIB剖面图以及图2B的立体示意图所示，本专利技术所提供的具有优选方向的纳米双晶金膜20是由大量的纳米双晶金21所构成，接着参照图3所示的放大图，其中该多个纳米双晶金31 (如相邻的一组黑线与白线构成一个双晶结构)彼此相邻，朝着32方向依次以结晶表面堆叠，且朝着33方向以结晶表面堆叠而成该纳米双晶金膜。根据以上所形成的纳米双晶金膜，本专利技术的另一目的是在于提供一种具有优选排列方向的纳米双晶金膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有优选排列方向的纳米双晶金膜，其特征在于，该纳米双晶金膜具有一厚度方向，且在该厚度方向沿着[220]晶轴方向堆叠；其中，该纳米双晶金膜至少50％以上的体积是由多个纳米双晶金所构成，该些纳米双晶金彼此相邻且沿着垂直该厚度的方向排列，并沿着[111]晶轴方向堆叠而成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈智，邱韦岚，周苡嘉，
申请(专利权)人：财团法人交大思源基金会，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71