印刷电路表面抛光、使用方法和由此制成的组件技术

一种用于印刷电路板(PCB)和半导体晶片的表面抛光，包含设置在铝或铜导电金属表面上的镍。包含全部或部分含氮分子的阻挡层被沉积在镍层的表面上以制造阻挡层/无电镀镍(BLEN)表面抛光。阻挡层允许焊料在表面抛光上回流。任选地，可以在阻挡层上涂覆金(例如浸金)以生成镍/阻挡层/金(NBG)表面处理。阻挡层的存在使得表面处理比传统的无电镀镍/浸金(ENIG)表面抛光更光滑。阻挡层的存在导致随后施加的焊点比传统的ENIG更强固并且更不容易发生脆断。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】印刷电路表面抛光、使用方法和由此制成的组件相关申请的交叉引用本申请要求2016年1月8日提交的(档案号为3037-001-02)、名称为“一种为了电子组件的可靠性更好的新颖的无电镀镍/浸金(ENIG)表面抛光”、申请号为No.62/276,485的美国临时专利申请的优先权益；与本文公开没有不一致的程度上，通过引用将其并入本文。
技术介绍
表面抛光被施加在印刷电路板(PCB)的铜导体层上。图案化的表面抛光可以起到掩模的作用，以在铜的蚀刻期间保护衬底上的选定图案的铜导体。表面抛光还可以减少或消除铜表面的腐蚀，以确保合适的表面化学作用用于施加焊料并与焊料反应，从而与电子元件进行电和物理连接。此外，一些表面抛光尤其擅长提供光滑的表面。光滑的表面对于在例如手机、平板电脑和笔记本电脑等高价值产品中安装高密度元件尤其重要。一种对于高密度元件安装特别有吸引力的目前可用的表面抛光是无电镀镍/浸金，通常称为ENIG。不幸的是，ENIG有一个缺点，就是容易形成脆性焊点。在某些情况下，已经发现称为“黑色焊盘”的情况对应于脆性焊点。脆性焊点可能会失效(特别是在振动和/或冲击载荷下)并导致电子组件和电子组件在其中运行的产品失灵和发生故障。图1是根据现有技术的ENIG表面处理的侧面剖视图(未按比例)。可以领会的，尽管ENIG的一个主要益处是表面平滑，但无电镀镍106中的深的晶间边界112倾向于引起金层110中的开口以及可能不理想的表面粗糙度。
技术实现思路
实施例针对镍-阻挡层-金(NBG)电路表面抛光，观察到与常规无电镀镍-浸金(ENIG)表面抛光相比，减少了与腐蚀相关的问题。已经观察到NBG表面抛光可减少公知的影响ENIG的“黑色焊盘”缺陷。实验结果表明，专利技术人已经实现了表现出改善的鲁棒性的焊点。专利技术人考虑NBG化学作用和工艺可能会提供更好的电子组件的可靠性。专利技术人考虑NBG表面化学作用使得便携式电子设备具有改进的冲击和振动能力。根据一个实施例，NBG表面抛光的阻挡层部分包含在施加薄的金层之前沉积到镍层表面上的全部或部分反应性含氮分子。在各种实施例中，含氮分子可以包含与碳共价结合的伯、仲或叔氮。氮可以作为取代的脂族烃或取代的芳族烃存在。根据一些实施例，氮可以包含取代的硅氧烷，其中氮与硅共价结合，或者氮与碳基共价结合，该碳基与硅共价结合。根据一个实施例，表面抛光包括包含铜上的无电镀镍层的阻挡层，以及设置在无电镀镍层上的阻挡层，该阻挡层包含沉积在无电镀镍表面上的胺或胺片段。根据一个实施例，电镀镍可以代替无电镀镍。根据一个实施例，NBG表面抛光被施加到传统的印刷电路板上，例如玻璃纤维增强的环氧树脂(例如FR4)上的铜或聚酰亚胺上的铜。根据另一个实施例，NBG表面抛光被施加到半导体集成电路的铝导体。根据一个实施例，阻挡层通过从含水溶剂中化学吸附而沉积到镍层上。根据另一个实施例，阻挡层通过来自诸如丁烷蒸气的蒸气的含氮分子的凝结而沉积到镍层上。根据一个实施例，电子设备包括包含NBG表面抛光的电路组件。与使用其他表面抛光相比，电子设备可以展现出改善的冲击和/或振动耐受性。根据一个实施例，一种用于制造电路的方法包含施加NBG表面抛光。根据一个实施例，物质的组合物包含屏障溶液。根据一个实施例，物质的组合物包含具有比传统的基于ENIG的焊点更密地包含的金属间层的焊点。根据一些实施例，电子组件、无线电组件、光学组件或卫星或航天器子组件可以包含用NBG表面化学作用制成的NBG导体或焊点。根据一个实施例，PCB表面抛光包含在镍上的包含含氮分子的阻挡层。镍被设置在底层金属上。例如，底层金属可以包含铜或铝。附图说明图1是根据现有技术的无电镀镍-阻挡层-金ENIG表面处理的侧面截面图(未按比例)。图2是根据一个实施例的在镍(BLON)表面处理上的阻挡层的侧面截面图(未按比例)。图3是根据一个实施例的镍-阻挡层-金(NBG)表面处理的侧面截面图(未按比例)。图4是根据一个实施例的使用NBG表面抛光制成的铜焊盘上的焊点的截面图(未按比例)。图5是示出根据一个实施例的用于制造NBG表面抛光的工艺和/或包含由NBG表面抛光制成的焊点的电子组件的工艺的流程图。图6是根据一个实施例的分段NBG表面处理的透射电子显微镜图像600。图7是根据一个实施例的无电镀镍上的阻挡层表面的SEM图像。图8是根据一个实施例的与图7相同放大倍数的无电镀镍表面的SEM图像。图9是根据一个实施例的对应于阻挡层的表面的表面轮廓测定仪输出。图10是根据一个实施例的对应于无电镀镍层的表面的表面轮廓测定仪输出。图11-14是根据一个实施例的辉光放电发射光谱仪(GDOES)图形。图15是示出根据一个实施例的说明NBG表面抛光示踪的图。具体实施方式在下面的详细描述中，参考了附图，其构成了本文的一部分。在附图中，除非上下文另有指示，否则相似的符号通常标识相似的元件。在详细的说明书、附图和权利要求中描述的说明性实施例并不意味着限制。可以使用其他实施例，并且可以做出其他改变，而不脱离这里给出的主题的精神或范围。表面抛光在PCB的铜焊盘和用于与组装的表面安装元件进行电和物理接触的焊料之间提供屏障。表面抛光可以减少回流过程中铜扩散到焊料中，从而减少焊点物理强度的退化。各种类型的表面抛光确保了在焊点处PCB到表面安装元件的物理和电连续性的可靠性，这对于电子设备随着时间流逝的可靠运行是至关重要的。ENIG的一个主要优点涉及它的镍层的作用，其起到底层铜到焊点的扩散的阻挡层的作用。ENIG工艺包括应用无电镀镍，然后在无电镀镍上形成浸金层。浸金层为钝化镍表面提供保护屏障。在回流焊接过程中，金层溶解到熔融焊料中，作为结果的金属间结构形成无电镀镍原子和焊料之间的结合。根据一些实施例，ENIG表面抛光的传统部分通过在无电镀镍和金之间插入阻挡层而得到加强。该阻挡层包含一个或多个反应性含氮分子。如本文所用，术语“无电镀镍”是指磷掺杂镍，或者可选地，硼掺杂镍。如本文所用，短语反应性含氮分子是指含有氮且具有与镍表面反应以将所述分子的至少含氮部分粘附至镍表面的能力的分子。专利技术人发现了在印刷电路板(PCB)上的无电镀镍/浸金(ENIG)表面抛光中的黑色焊盘缺陷的根本原因。专利技术人将该现象描述为在镍表面上的浸金沉积过程中的超腐蚀活性。发现在此描述的阻挡层的实施例降低了回流焊接点中富磷区域的沉积物的浓度。富磷区域的减少与更高的焊点延展性和降低的脆断倾向相关。专利技术人考虑NBG表面抛光可以减少或消除与腐蚀有关的问题(例如，黑色焊盘缺陷以及类似于黑色焊盘但是可能肉眼不可见的微小缺陷)，并为了电子组件和组件在其中起作用的产品的更好可靠性，包含改进的冲击和振动阻力，与使用ENIG表面化学作用相比，提供鲁棒的焊接接头。图2是根据一个实施例的镍上阻挡层(BLON)表面处理的理想的侧面截面图。金属(M)层102由衬底104支撑。在一个实例中，衬底是诸如FR4的玻璃纤维增强的环氧树脂，并且金属M是铜(Cu)。铜可以在约10至100微米厚之间。在另一个实例中，衬底是诸如单晶硅(Si)、玻璃或玻璃上半导体的半导体，并且金属M是铝(Al)。镍(Ni)层106设置在金属M的表面上。镍层通常可以是无电镀镍，其包括磷(P)或硼(B)组分。在常规的掺磷无电镀镍中，磷含量通常可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造电路组件的方法，包括：接收衬底，所述衬底的至少一部分包含导电材料层；将掩模施加到所述衬底的表面，选择掩模以限定单独的导电体；将镍施加到由所述掩模限定的导电体区域上；以及在所述镍上施加阻挡层，所述阻挡层包含至少一部分反应性含氮分子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.08 US 62/276,4851.一种制造电路组件的方法，包括：接收衬底，所述衬底的至少一部分包含导电材料层；将掩模施加到所述衬底的表面，选择掩模以限定单独的导电体；将镍施加到由所述掩模限定的导电体区域上；以及在所述镍上施加阻挡层，所述阻挡层包含至少一部分反应性含氮分子。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述阻挡层上施加金层，使得所述单独的导电体具有在所述导电材料上的镍-阻挡层-金(NBG)表面处理。3.根据权利要求2所述的方法，其中在所述阻挡层上施加所述金层包含浸渍涂覆。4.根据权利要求2所述的方法，其中在所述阻挡层上施加所述金层包括电镀所述金。5.根据权利要求1所述的方法，还包括：蚀刻未承载所施加的镍和阻挡层的暴露的导电材料的区域，以形成单独的导电体。6.根据权利要求5所述的方法，其中在施加金层之前执行蚀刻。7.根据权利要求5所述的方法，其中在施加金层之后执行蚀刻。8.根据权利要求1所述的方法，还包括：通过所述掩模将活化剂施加到所述导电材料上以限定单独的导体；以及除去所述掩模；其中施加所述镍包含将无电镀镍施加到所述活化剂的组分上，所述活化剂施加到所述导电材料。9.根据权利要求8所述的方法，其中施加所述活化剂组分包含将所述掩蔽的衬底暴露于钯溶液足够的时间，以实现所述导电体的浸渍涂覆，所述浸渍涂覆导致施加包含钯原子薄层的活化剂组分；以及其中施加无电镀镍包含将镍合金粘附到所述活化剂组分。10.根据权利要求1所述的方法，其中施加镍包含将镍电镀到未被所述掩模覆盖的所述导体的区域上。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底包含玻璃纤维增强的环氧树脂材料。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底包含聚酰亚胺材料。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述暴露的导电层包含铜。14.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底包含半导体。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述暴露的导电层包含铝。16.根据权利要求1所述的方法，还包括：在包含无电镀镍、阻挡层和金的导电体上施加焊膏图案，所述焊膏图案对应于元件安装焊盘；将多个表面安装元件拾取并放置到元件安装焊盘上；回流所述焊膏以在所述导电体和所述表面安装元件之间形成各自的焊点以形成电路；以及冷却和清洁所述电路。17.根据权利要求16所述的方法，其中与没有所述阻挡层制成的焊点相比，所述焊点的特征在于具有高磷浓度的区域减少。18.根据权利要求16所述的方法，其中与没有所述阻挡层制成的焊点相比，所述焊点的特征在于更多的金属间化合物的受限区域。19.根据权利要求16所述的方法，其中与没有所述阻挡层制成的焊点相比，所述焊点的特征在于减少了脆断的可能性。20.根据权利要求1所述的方法，其中将所述阻挡层施加于所述镍包括：制备反应性含氮分子的水溶液；以及将反应性含氮分子的水溶液暴露于镍。21.根据权利要求20所述的方法，其中制备所述反应性含氮分子的水溶液包含将pH值调节至约12；以及还包括将所述水溶液的温度保持在30-80℃，同时暴露所述反应性含氮分子的水溶液。22.根据权利要求20所述的方法，其中所述反应性含氮分子的水溶液暴露于所述镍5-40分钟。23.根据权利要求20所述的方法，其中制备反应性含氮分子的水溶液包含制备芳族胺的水溶液。24.根据权利要求20所述的方法，其中制备反应性含氮分子的水溶液包含制备脂族胺的水溶液。25.根据权利要求24所述的方法，其中制备脂族胺的水溶液包含制备0.1至1摩尔1,4-二胺丁烷的溶液。26.根据权利要求20所述的方法，其中制备反应性含氮分子的水溶液包含制备胺取代的硅氧烷的水溶液。27.根据权利要求1所述的方法，其中将所述阻挡层施加于所述无电镀镍包括：将所述反应性含氮分子溶解在蒸气中；以及将含氮分子从蒸气中凝结到无电镀镍上。28.根据权利要求1所述的方法，其中将所述阻挡层施加于所述无电镀镍包括：将所述反应性含氮分子嵌入...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·沙阿，P·沙阿，
申请(专利权)人：利罗特瑞公司，
类型：发明
国别省市：美国,US