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3.3 化學(xué)鍍鎳層的狀態(tài)
上述采用了不同的工藝方法，焊接強度測定結(jié)果也不相同。而焊接強度發(fā)生差別的要因應(yīng)仔細(xì)研究。
鍍后的評價基板表面金層被溶解，化學(xué)鍍鎳層露出，其表面形態(tài)用SEM進(jìn)行觀察。觀察的結(jié)果見圖3所示。在采用鈀作為催化劑時，化學(xué)鍍鎳層在盤直徑上沉積厚度約4-5μm的類似球狀析出，見圖3-a所示。采用直接鍍覆工藝方法適用的情況下，直徑為2μm程度的均勻的微小的類似球狀構(gòu)成的鍍層表面形態(tài)見圖3-b所示。
置換金的處理，鎳會在處理過程中產(chǎn)生溶解，以使金沉積析出，而鎳層的表層溶出的磷不會很多，還有殘存物，因此，在焊料焊接時焊接強度差是由于金層與鎳層界面附近的狀態(tài)有關(guān)系，通過AES分析是鎳金層在深的方向觀察到的情況。AES分析的深的曲線圖見圖4所示。
金鍍層和鎳層界面附近(焊接時間約5分鐘)鍍層深度方向氧的檢出峰值比較。使用鈀作催化劑的工藝方法所獲得的鍍層檢出的氧較多，而采用直接鍍覆的工藝方法鎳的氧化反應(yīng)就可以。還有，僅在金鎳層界面部分會產(chǎn)生富磷層。所以，適用于鈀作催化劑的工藝方法情況下，金鍍層中的過剩鎳的溶解是由鎳表層產(chǎn)生氧化反應(yīng)，局部腐蝕鎳的表面同時也就能判斷金表鎳表面的析出。
其次，鍍覆工藝方法的不同，化學(xué)鍍鎳的鍍層的形態(tài)也會受到影響，鍍覆初期階段表面形態(tài)經(jīng)過AFM的比較和觀察，就能判斷表面形態(tài)是不同的，試驗基板的銅是0.5μm，是使用蒸發(fā)的方法在晶片基板上形成的。然后進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，鍍鎳前、3秒后和5秒后的鍍層的表面形態(tài)，使用觀察3μm×3μm范圍內(nèi)的結(jié)果見圖5所示。
使用鈀作為催化劑的工藝條件下，催化處理后表面狀態(tài)，觀察直徑為50-100nm表面突起的比較多，而這些凸起的鎳鍍層會繼續(xù)成長，表面的粗糙度增加，并且觀察到未處理的部分基板平均表面粗糙度Ra=2.58nm與鍍5秒后的鍍層表面粗糙度比Ra=7.16nm而增加。而采用直接化學(xué)鍍鎳的工藝方法而產(chǎn)生的突起鍍5秒后其Ra=3.26nm。所以采取直接鍍覆的工藝方法，鍍覆的初期鎳層形成薄而均勻的表面。
在采用鈀作催化劑的工藝方法的條件下，表面吸附著的鈀核形成中心，鎳?yán)^續(xù)析出，鎳層的表面粗糙度增加。而采用直接化學(xué)鍍的工藝方法的條件下，以DMAB的還原作用使鎳均勻的在銅導(dǎo)體表面析出，化學(xué)鍍鎳過程中的集中化學(xué)反應(yīng)形成平滑而均勻的鎳層。
適用于以鈀作催化劑的情況下，化學(xué)鍍鎳的初期析出的表面就比較粗糙，最終鍍鎳層表面形成類似球狀的情況比較多。化學(xué)鍍鎳的過程中，這些類似球狀的粒界面進(jìn)行鎳的氧化反應(yīng)，過剩的鎳就會溶解和腐蝕。由于鎳層表面的腐蝕進(jìn)行，焊料焊接性能惡化，焊接的接合強度降低。而對于直接采用直接化學(xué)鍍工藝方法，形成致密而平滑的鎳層，而過剩的鎳粒界面的腐蝕受到抑制，因此其焊料焊接的接合強度增加。
3.4浸漬電位的變化
用鈀作催化劑的工藝方法和直接化學(xué)鍍工藝方法在初期階段鎳的析出狀態(tài)是不同的。化學(xué)鍍的初期階段，電極表面電位的發(fā)生是不相同的。銅板經(jīng)過兩種工藝方法處理后，在化學(xué)鍍鎳溶液中浸漬，浸漬時間內(nèi)對電位進(jìn)行測定。測量的結(jié)果見圖6所示。
對于使用鈀作催化劑的情況下，其電位會徐徐降低，由于電位的變化引起鎳的析出。這是由于電極的表面有鈀核，在周邊的鎳會開始優(yōu)先析出，由于反應(yīng)急劇鎳不斷析出覆蓋全部。
直接化學(xué)鍍的情況下，鎳核的析出，浸漬初期的電位要比用鈀催化劑要平穩(wěn)的多。而且鎳的析出電位相差的少，析出的鎳層表面平滑。
由于浸漬電位的變化，鎳的初期析出狀態(tài)是不同的，通過試驗進(jìn)一步確定之。
四、結(jié)論
通過試驗焊料焊接用的基板對采用直接化學(xué)鍍工藝方法的有效性并獲得以下結(jié)果：
①采用DMAB作為直接化學(xué)鍍鎳液的還原劑，配線間樹脂層上析出受到抑制，因此微細(xì)配線基板進(jìn)行選擇性析出性能良好。
②直接化學(xué)鍍工藝方法與用鈀作催化處理的工藝方法形成的鍍層的基板相比較，焊料焊接強度獲得改善。
③用鈀作為催化劑情況下，鈀形成的催化中心的析出其結(jié)晶成長的不均一而形成比較多的類似球狀的結(jié)構(gòu)鍍層。而采用直接化學(xué)鍍工藝方法的情況下，銅導(dǎo)體表面形成均勻的薄鎳層，所形成的鍍層表面平滑。因此兩種工藝方法初期析出狀態(tài)的不同，而直接影響焊料焊接性能，實際選擇時需要仔細(xì)考慮。
