印制電路板鍍液貫穿式通孔電沉積銅的行為研究.pdf

1、電子產(chǎn)品功能集成與高性能要求，牽引著其元器件支撐體印制電路板的發(fā)展趨于小型化、功能化和高集成度化。通孔電鍍銅是高性能印制電路板實(shí)現(xiàn)層間互連的方法之一，其質(zhì)量將直接影響電子產(chǎn)品的電氣可靠性、壽命等。在印制電路板對集成度和布線密度逐漸增加的趨勢下，印制電路板互連所用的通孔厚徑比隨之提高，進(jìn)而造成微孔鍍液交換速率低下，孔內(nèi)鍍層厚度不均勻以及通孔均鍍能力值減小。因而，通孔電鍍銅均鍍能力的提高對促進(jìn)印制電路板技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。本論文圍繞印制

2、電路板微通孔電鍍銅均鍍能力的提高開展系統(tǒng)研究，發(fā)明了一種高厚徑比新型通孔電鍍裝置，并在該裝置基礎(chǔ)上考察印制電路板通孔的銅電沉積行為。
　　提升微孔電鍍技術(shù)的電鍍均勻性和均鍍能力是獲得優(yōu)良層間互連的基礎(chǔ)，電鍍過程的傳質(zhì)行為與多物理場因素控制是獲得優(yōu)質(zhì)鍍層的基本條件。本文發(fā)明的新型通孔電鍍裝置利用重力作用使微孔內(nèi)鍍液產(chǎn)生強(qiáng)制對流，從根本上改變電鍍過程中鍍液的傳質(zhì)過程，并且通過改進(jìn)電極放置方式形成了新型通孔電鍍裝置施鍍過程中均勻分布的電

3、場、流場、溫度場和磁場等多物理場效應(yīng)，從而提升微孔電鍍均勻性和均鍍能力。與哈林槽相比，使用新型通孔電鍍裝置實(shí)現(xiàn)通孔電鍍的研究結(jié)果表明：通孔厚徑比為10.6(3.2:0.3)的均鍍能力提升29.8％，通孔厚徑比為12.8(3.2:0.25)的均鍍能力提升32.7%且各厚徑比通孔均鍍能力差值小，最小值為0.7；增加施鍍的電流密度，得到一致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通孔厚徑比為10.6的均鍍能力提升18.1%，通孔厚徑比為12.8的均鍍能力增加22.4%。

4、
　　根據(jù)電化學(xué)原理，微孔中銅的電沉積行為不僅受到鍍液傳質(zhì)、電場分布等因素的影響，同時(shí)也與鍍液中添加劑存在形態(tài)、濃度等息息相關(guān)。對于要求具有優(yōu)良電氣性能銅鍍層的印制電路板微孔電鍍來說，添加劑的影響更為重要。論文采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法優(yōu)化新型通孔電鍍裝置電鍍液添加劑濃度、電流密度和電鍍液流量等影響條件，并研究了其對均鍍能力的影響。結(jié)果獲得了通孔電鍍液的最佳電鍍液添加劑濃度值與施鍍電流密度；電鍍內(nèi)外槽的最佳電鍍液面差為2 cm，即最佳電

5、鍍液流量為0.5 L/min，此時(shí)，通孔的均鍍能力為79%，鍍層平整致密，銅晶粒擇優(yōu)取向?yàn)椋?20）晶面。另外，在無整平劑體系中，新型通孔電鍍裝置的均鍍能力明顯高于哈林槽，并且能夠保證良好的鍍層形貌、結(jié)構(gòu)和晶粒生長取向。
　　印制電路板工業(yè)制造是一個(gè)連續(xù)過程，鍍液中金屬離子等雜質(zhì)離子的積累效應(yīng)會(huì)對工藝穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，其中鐵離子的積累與行為最受關(guān)注。近年來隨著不溶性陽極鈦網(wǎng)的使用，鈦離子和銨離子等雜質(zhì)離子的積累與行為也引起人們的關(guān)注

6、。在該新型通孔電鍍裝置的基礎(chǔ)上研究雜質(zhì)離子對通孔電沉積銅的影響，研究表明：鐵離子電對會(huì)提升通孔均鍍能力，厚徑比為6.4(1.6:0.25)的通孔均鍍能力從70.9%增加到76.0%，此外，鍍液中加入鐵離子電對可改善鍍層平整性，降低鍍層銅晶粒粒徑尺寸且不會(huì)改變鍍層成分和抗熱沖擊能力，但是會(huì)顯著降低電流效率，增加電鍍過程的電能消耗；電鍍液中加入鈦離子會(huì)小幅度提升電流效率；電鍍液中加入銨離子并不會(huì)影響電流效率；此外，電鍍液中含有鈦離子和銨離子