在貴金屬電極上制造可線接合和可焊接表面的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包含貴金屬電極的光電子裝置(如發(fā)光二極管)的制造和位于其上的可線接合和可焊接表面加工的形成。
【背景技術(shù)】
[0002]如發(fā)光二極管(LED)的光電子裝置含有由當(dāng)施加電流時(shí)發(fā)光的半導(dǎo)體物質(zhì)所構(gòu)成的區(qū)域。目前的LED是基于化合物半導(dǎo)體，尤其是所謂的II1-V化合物半導(dǎo)體，如Ga-N、Ga_P以及Ga-As或如Ga-N/In-Ga_N的多層組件，其沉積在如藍(lán)寶石晶片和娃晶片的襯底材料上。
[0003]所述化合物半導(dǎo)體需要通過(guò)電極電連接到電源上。由于電極與化合物半導(dǎo)體層之間不合要求的擴(kuò)散過(guò)程，常規(guī)電極材料(如鋁或銅)不可用于LED中。取而代之地，由如鉑或金的貴金屬制成的電極用作電極材料。
[0004]電極是通過(guò)將如銅線的導(dǎo)體焊接或接合到電極上而連接到電源上。因此，需要將可焊接和/或可線接合的表面附接到貴金屬電極上，從而獲得導(dǎo)體與電極之間的充分電接觸和機(jī)械可靠性。此外，在電極與導(dǎo)體之間形成的連接點(diǎn)必須可靠。
[0005]本發(fā)明的目的
[0006]本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種用于在制造(光)電子裝置時(shí)在由例如鉑或金制成的貴金屬電極上形成可線接合表面和/或可焊接表面的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]這一目的是通過(guò)一種在貴金屬電極上制造可線接合和/或可焊接表面的方法解決，其按照如下順序包含以下步驟:
[0008]1.提供其上附接有至少一個(gè)貴金屬電極的襯底，
[0009]i1.清潔所述至少一個(gè)貴金屬電極，
[0010]ii1.通過(guò)無(wú)電電鍍由含水電鍍?cè)≡谒鲋辽僖粋€(gè)貴金屬電極上沉積選自鈀和鈀合金的晶種層，其中所述電鍍?cè)≡谒鼍ХN層沉積期間具有在60°C到90°C范圍內(nèi)的溫度，
[0011]iv.通過(guò)無(wú)電電鍍?cè)谒鼍ХN層上沉積選自包含鎳合金和鈷合金的群組的中間層，
[0012]V.通過(guò)無(wú)電電鍍?cè)谒鲋虚g層上沉積至少一個(gè)表面處理層，其中所述至少一個(gè)表面處理層是選自由鈀、鈀合金、金以及金合金組成的群組。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的方法提供用于由貴金屬制成的電極的表面加工，其提供充分的可焊接性和/或可線接合性。此外，沉積在電極與表面處理層之間的中間層為整個(gè)組件提供高機(jī)械耐久性。因此，在向整個(gè)組件施加機(jī)械力的焊接和/或線接合操作期間保護(hù)LED的底部化合物半導(dǎo)體層和襯底材料。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如LED的(光)電子裝置中的化合物半導(dǎo)體層需要通過(guò)電導(dǎo)體(如與附接到該等化合物半導(dǎo)體層的電極接觸的導(dǎo)線)與電源電連接。電導(dǎo)體優(yōu)選地通過(guò)焊接和/或線接合與電極接觸。電極和化合物半導(dǎo)體層附接到優(yōu)選地選自包含藍(lán)寶石晶片、硅晶片以及氧化銦錫晶片的群組的襯底。
[0015]因?yàn)槿玟X或銅的常規(guī)電極材料在與通常用作LED和相關(guān)裝置中的電致發(fā)光材料的化合物半導(dǎo)體材料接觸時(shí)傾向于不合要求的擴(kuò)散過(guò)程，所以附接到化合物半導(dǎo)體層的電極需要由貴金屬制成。
[0016]合適的電極包含一或多種優(yōu)選地選自包含鉑、金以及鈀的群組的貴金屬。
[0017]連續(xù)的焊接和/或線接合需要沉積在貴金屬電極上的表面加工，通過(guò)所述方法，電極與電源電接觸。
[0018]優(yōu)選地，表面加工是僅通過(guò)無(wú)電電鍍和/或浸沒型電鍍沉積，所述方法在原理上允許將金屬和金屬合金層選擇性地沉積到充分活化的金屬表面上。因此，在所述情形下，表面加工將不會(huì)沉積在未通過(guò)例如晶種層充分活化的襯底表面的其它區(qū)域上。
[0019]在制造印刷電路板等中已知的常規(guī)表面加工的沉積(其中電極材料為銅并且較不常見為鋁)不適用于由優(yōu)選地選自包含鉑、金以及鈀的群組的貴金屬制成的電極。
[0020]在鋁作為電極材料的情形下，鋅酸鹽預(yù)處理允許在其上無(wú)電沉積選自鎳合金和鈷合金的中間層。
[0021]在銅作為電極材料的情形下，浸沒電鍍的貴金屬層(如浸沒電鍍的鈀層)允許在其上無(wú)電沉積選自镲合金和鈷合金的中間層。
[0022]浸沒電鍍貴金屬層(如浸沒電鍍的鈀層)不充分地活化如鉑或金電極的貴金屬電極的表面(比較實(shí)例2和3)。
[0023]優(yōu)選地，在沉積表面處理層之前清潔電極表面以去除有機(jī)殘余物等。優(yōu)選地，使用包含酸并且任選地進(jìn)一步包含表面活性劑和/或氧化劑的蝕刻清潔劑組合物以清潔貴金屬電極的表面。尤其合適的蝕刻清潔劑組合物包含水、硫酸以及過(guò)氧化氫。
[0024]任選地，在蝕刻清潔后，在如硫酸的酸水溶液中沖洗。
[0025]在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，應(yīng)用等離子處理以清潔貴金屬電極的表面。
[0026]可以應(yīng)用蝕刻清潔與等離子處理的組合以清潔貴金屬電極的表面。
[0027]任選地，除蝕刻清潔和/或等離子處理以外，應(yīng)用用于從貴金屬電極表面去除不合要求的顆粒的處理。一種這種類型的尤其合適的處理是標(biāo)準(zhǔn)清潔I(SCl)處理，其包含用包含氫氧化鋁和過(guò)氧化氫的水溶液處理貴金屬電極表面的步驟。這種類型的組合物和處理?xiàng)l件在所屬領(lǐng)域已知。
[0028]通過(guò)例如將包含至少一個(gè)電極的襯底浸于清潔劑中或?qū)⑶鍧崉﹪姙⒌诫姌O上來(lái)使電極與清潔劑接觸。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)施加超聲波來(lái)支持清潔處理。
[0029]接著，通過(guò)使電極與包含鈀離子源、還原劑以及用于鈀離子的絡(luò)合劑的無(wú)電(自動(dòng)催化)鈀電鍍?cè)〗佑|來(lái)活化電極的清潔表面。從而將鈀或鈀合金薄層(取決于所用還原劑的類型)沉積在清潔電極上并且其充當(dāng)連續(xù)電鍍操作的晶種層。
[0030]本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，用于在所述電極的表面上沉積鈀或鈀合金的無(wú)電電鍍?cè)?yīng)保持在60°C到90°C范圍內(nèi)的溫度下以在所述電極上沉積鈀或鈀合金。更優(yōu)選地，在將鈀或鈀合金沉積到所述電極上期間，無(wú)電電鍍?cè)【S持在60°C到80°C之間的溫度范圍內(nèi)。最優(yōu)選地，溫度在沉積期間維持在60°C到70°C范圍內(nèi)。所述鈀或鈀合金層在本文中稱為晶種層。
[0031]需要60°C的最低電鍍?cè)囟纫垣@得用于連續(xù)沉積中間層的電極的充分活化，即通過(guò)在其上沉積鈀或鈀合金晶種層(比較實(shí)例4)。因?yàn)橛糜诰ХN層的所述沉積的無(wú)電電鍍?cè)?yōu)選是含水電鍍?cè)?，因此最高溫度主要由于水的沸點(diǎn)(在大氣壓下為100°C)而受限。出于根據(jù)本發(fā)明的方法的工業(yè)應(yīng)用的實(shí)際原因，在晶種層沉積期間，無(wú)電電鍍?cè)〉淖罡邷囟葍?yōu)選是90°C、更優(yōu)選是80°C并且最優(yōu)選是70°C以限制在使用期間從加熱的無(wú)電電鍍?cè)≌舭l(fā)的水量。
[0032]用于將晶種層沉積到貴金屬電極的清潔表面上的無(wú)電電鍍?cè)≈械拟Z離子源優(yōu)選地選自水可溶鈀化合物，如硫酸鈀、氯化鈀以及乙酸鈀。鈀離子的替代來(lái)源為鈀鹽與一或多種含氮絡(luò)合劑(如陽(yáng)離子鈀-乙二胺絡(luò)合物)和例如硫酸鹽或氯化物反離子的反應(yīng)產(chǎn)物。
[0033]用于將晶種層沉積到貴金屬電極上的無(wú)電電鍍?cè)≈械拟Z離子濃度優(yōu)選地在0.Smmol / I 到 500mmol/l，更優(yōu)選地 Immol / I 到 10Ommol / I 范圍內(nèi)。
[0034]用于沉積鈀的還原劑優(yōu)選地選自包含甲酸、其衍生物或鹽的群組。合適的甲酸衍生物為例如甲酸酯，如甲酸甲酯、甲酸乙酯以及甲酸丙酯。其它合適的甲酸衍生物為例如經(jīng)取代或未經(jīng)取代的酰胺，如甲酰胺和N，N-二甲基甲酰胺。甲酸鹽的合適的反離子例如選自鋰、鈉、鉀以及銨。
[0035]純鈀層是由所述電鍍?cè)〕练e。
[0036]用于沉積鈀合金的還原劑優(yōu)選地選自由如次磷酸鈉的次磷酸鹽化合物(Pd-P合金的沉積)和如二烷基胺硼烷的硼烷化合物(Pd-B合金的沉積)組成的群組。
[0037]最優(yōu)選地，用于沉積鈀合金的還原劑為次磷酸鈉。
[0038]無(wú)電電鍍?cè)≈械倪€原劑的濃度優(yōu)選地在10mmol/l到1000mmol/l范圍內(nèi)。
[0039]在用于將晶種層沉積到貴金屬電極上的無(wú)電電鍍?cè)≈械拟Z離子的至少一種絡(luò)合劑優(yōu)選為含氮絡(luò)合劑。更優(yōu)選地，鈀離子的絡(luò)合劑是選自由伯胺、仲胺以及叔胺組成的群組。合適的胺為例如乙二胺、1，3- 二氨基-丙燒、I, 2-雙(3-氨基-丙基-氨基)-乙燒、2- 二乙基_氛基_乙基_胺、二亞乙基二胺、二亞乙基二胺_五乙酸、硝基_乙酸、N_(2_輕基_乙基)_乙二胺、乙二胺-N, N-二乙酸、2-( 二甲基-氨基)-乙基_胺、1，2- 二氨基-丙基-胺、1,3-二氨基-丙基-胺、3-(甲基-氨基)-丙基-胺、3-( 二甲基-氨基)-丙基-胺、3_ ( 二乙基-氨基)-丙基-胺、雙-(3-氨基_丙基)-胺、1，2-雙-(3-氨基-丙基)_烷基-胺、二亞乙基三胺、三亞乙基四胺、四亞乙基五胺、五亞乙基六胺以及其混合物。
[0040]無(wú)電電鍍?cè)≈械闹辽僖环N絡(luò)合劑與鈀離子的摩爾比在2:1到50:1范圍內(nèi)。
[0041]無(wú)電鈀或鈀合金電鍍?cè)〉膒H值優(yōu)選地在4到7范圍內(nèi)，因?yàn)樗鲭婂冊(cè)≡诘陀?的pH值下傾向于不穩(wěn)定。更優(yōu)選地，電鍍?cè)〉膒H值在5到6范圍內(nèi)。
[0042]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，無(wú)電電鍍?cè)∵M(jìn)一步包含優(yōu)選為0.001mol/l到0.1mol/I，更優(yōu)選為0.001mol/l到0.01mol/l量的至少一種其它穩(wěn)定劑。
[0043]所述其它穩(wěn)定劑可在升高的電鍍?cè)囟认卵娱L(zhǎng)用于將晶種層沉積到貴金屬電極上的無(wú)電鈀或鈀合金電鍍?cè)〉膲勖?br>[0044]所述其它穩(wěn)定劑優(yōu)選是磺酰亞胺。一種優(yōu)選的磺酰亞胺為糖精和其衍生物。最優(yōu)選的磺酰亞胺為糖精。
[0045]無(wú)電鈀或鈀合金電鍍?cè)≈械钠渌芜x添加劑是選自包含聚苯基硫化物、嘧啶、多元醇以及無(wú)機(jī)絡(luò)合劑(如硫氰化物)的群組。優(yōu)選的嘧啶為煙酰胺、嘧啶-3-磺酸、煙酸、2-羥基吡啶以及煙堿。優(yōu)選的多元醇為聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙二醇-聚丙二醇共聚物以及其衍生物。
[0046]接著，通過(guò)無(wú)電電鍍將中間層沉積到晶種層上。所述中間層優(yōu)選地選自由鎳合金和鈷合金組成的群組。合適的镲合金為二元镲合金(如N1-P合金和N1-B合金)和三元镲合金(如N1-Mo-P合金和N1-W-P合金)。合適的鈷合金為例如二元鈷合金(如Co-P合金和Co-B合金)和三元鈷合金(如Co-Mo-P和Co-W-P合金)。
[0047]用于將中間層沉積到晶種層上的合適的無(wú)電電鍍?cè)“嚮蜮掚x子源、任選的第二金屬離子源、還原劑(如在沉積含