CN105839151A - 一种用于铜互连的hdi板电镀铜浴的均镀剂及电镀铜浴 - Google Patents

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Abstract

本发明属于印制电路板电镀技术领域，涉及一种微盲孔填孔镀铜工艺，具体提供一种用于铜互连的HDI板电镀铜浴及电镀铜浴，所述均镀剂，包含按质量百分比计的以下原料：0.001‑0.5％的三唑‑噁二唑类化合物、0.01％‑1％的季胺化合物、余量为水，所述季胺化合物的分子量为200‑10000，分子表达式为：HO[CH(CH3)CH2O]x‑(CH2CH2O)y‑[CH(CH3)CH2O]xH。所述电镀铜浴，包含：60～220g/L的铜离子，30～100g/L的H2SO4，20～80mg/L的氯离子，0.5‑20mL/L的加速剂，5‑100mL/L的均镀剂，余量为水。本发明能够在盲孔填孔镀铜过程中有效地控制面铜生长速率、以及加速盲孔底部沉铜速率，从而有效降低HDI铜互连制作的成本，提升生产效率。

Description

一种用于铜互连的HDI板电镀铜浴的均镀剂及电镀铜浴
技术领域
本发明属于印制电路板电镀技术领域，涉及一种微盲孔填孔镀铜工艺，具体为一种用于铜互连的HDI板电镀铜浴的均镀剂及电镀铜浴。
背景技术
随着现代电子信息产品向小型化、集成化、功能化和高可靠性方向发展，要求作为搭载电子元件、功能部件和芯片实现电气互连的印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)向着高密度互连(High Density Interconnection,HDI)的方向发展，集成电路封装技术也从二维空间连结转向三维立体堆叠技术迈进。HDI印制电路板和集成电路封装基板要求布线的高密度化，线宽/线距<100μm，层与层之间通过电镀通孔和微盲孔实现任意层互连，通孔孔径和微盲孔<100μm。在电镀铜通孔孔金属化方面，因为HDI印制电路板和芯片封装基板要求体积小，作为层间电气互连的通孔也随之细小(<100μm)，板厚/孔径比(厚/径比)增加(>10)，使得电镀体系中电力线在孔中与孔口处分布不均，增加了通孔孔金属化超级填孔(Super-filling)的难度；此外，在印制电路板中，也要求同时进行通孔电镀和盲孔填铜；为此，许多人在镀液中添加多种化学添加剂，但是越多的添加剂也使电镀时的机制变得更加复杂；同时由于HDI盲孔有着不同的厚径比及不同的孔阵密度、温度、孔介质形状等，铜浴配方及其电镀添加剂成分对电场线分布及沉铜速率和生长方式等具有关键性的影响，直接影响到多孔介质的孔底和板面间的沉积电流分布，进而影响到铜离子、电子的迁移转化规律及沉铜速率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于铜互连的HDI板电镀铜浴的均镀剂及电镀铜浴，能够在盲孔填孔镀铜过程中有效地控制面铜生长速率、以及加速盲孔底部沉铜速率，从而有效降低HDI铜互连制作的成本，提升生产效率。
为达到上述目的，本发明提供了一种用于铜互连的HDI板电镀铜浴的均镀剂，其特征在于，所述均镀剂包含按质量百分比计的以下原料：0.001-0.5％的三唑-噁二唑类化合物、0.01％-1％的季胺化合物、余量为水，所述季胺化合物的分子量为200-10000，分子表达式为：HO[CH(CH3)CH2O]x-(CH2CH2O)y-[CH(CH3)CH2O]xH，其中，x为4-30，y为2-20。
进一步的，所述三唑-噁二唑类化合物为1-苯基-2-{5-(1,2,4-三氮唑)-1甲基-(1,3,4-噁二唑)-2-硫}-乙酮、2-(5-((1H-1,2,4-三氮唑-1基)甲基)-1,3,4-噁二唑-2-硫基)-1-(4-甲氧基苯基)-乙酮中的任意一种或两种组合。
所述水为超纯水。
需要说明的是，本发明均镀剂原料中所述三唑-噁二唑类化合物的结构式如下所示：
其中，R1为苯基或甲氧苯基或苯基衍生物；
所述分子表达式为HO[CH(CH3)CH2O]x-(CH2CH2O)y-[CH(CH3)CH2O]xH的季胺化合物的结构式为：
其中，x、y表示大于等于2的整数，分子中的两端为聚环氧丙烷基团、居中为聚环氧乙烷基团。
本发明还提供了一种包含上述均镀剂的电镀铜浴，包含：60～220g/L的铜离子，30～100g/L的H2SO4，20～80mg/L的氯离子，0.5-20mL/L的加速剂，5-100mL/L的均镀剂，余量为水。
所述加速剂为聚二硫二丙烷磺酸钠、疏基咪唑丙磺酸、甲基磺酸、苯基二硫丙烷磺酸钠、醇硫基丙烷磺酸钠、二甲基甲酰胺基丙烷磺酸钠、3-(苯骈噻唑-2-硫基)丙烷磺酸钠、3-硫基-1-丙磺酸钠盐以及二甲基-二硫甲酰胺磺酸中的一种或几种的组合。
所述水为超纯水。
所述电镀铜浴的工艺条件为：阴极电流密度为0.01-6A/dm2、适应温度为10-40℃；需要说明的是，阴极电流密度进一步优选为0.6-3.5A/dm2，搅拌为常用方法，如液体喷流、震动及打气等，阳极为常用阳极，如含有0.04-0.065％的磷铜板。
本发明提供一种用于铜互连的HDI板电镀铜浴的均镀剂及包含该均镀剂的电镀铜浴，在HDI镀铜工艺中，本发明提供均镀剂作为电镀铜浴添加剂能够控制面铜沉积速率的同时实现盲孔超级填充铜过程，同时，本发明提供电镀铜浴中均镀剂与加速剂协同作用，设定合理的电镀工艺能够实现HDI微盲孔及通孔的无缺陷电镀，有效提高电镀铜与基材的结合力，并且能够保证高盲孔填充速率和低的面铜厚度。即本发明提供均镀剂及包含该均镀剂的电镀铜浴 能够在较短时间内实现超级盲孔填铜且大大减小基板表面沉积铜(面铜)的厚度。
附图说明
图1是由实施例1得到的电镀盲孔的剖面金相显微镜图片。
图2是由实施例2得到的电镀盲孔的剖面金相显微镜图片。
图3是由实施例3得到的电镀通孔的剖面金相显微镜图片。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步详述。
实施例1
均镀剂的配制：先将100g分析纯硫酸加入2000g超纯水中配置成约5％硫酸溶液，再将10g季胺化合物(HO[CH(CH3)CH2O]x-(CH2CH2O)y-[CH(CH3)CH2O]xH)加入到500ml的5％硫酸溶液中，在30℃下搅拌10min；然后，边搅拌边加入5g的三唑-噁二唑类化合物后再添加5％硫酸溶液定容至1L，持续搅拌1h后，配制得均镀剂；
加速剂的配制：先将1g聚二硫二丙烷磺酸钠加入500g的5％硫酸溶液中，在30℃下搅拌10min；然后，再添加5％硫酸溶液定容至1L，持续搅拌1h后，配制得加速剂；
电镀铜浴的配制：在酸铜电镀液中(含220g/L CuSO4·5H2O、55g/L H2SO4和60mg/L Cl-)，依次加入均镀剂28ml、加速剂8ml，搅拌30min后开始电镀；
以125×75μm(其中孔直径为125μm)盲孔孔型为例：
控制镀槽温度15℃，控制阴极电流密度为2ASD，继续电镀70min，整个电镀过程在2.5NL/min打气下完成，电镀完成后取出阴极盲孔板，用大量蒸馏水冲洗，冷风吹干后，即得样品。采用本实施例制备的电镀填孔样品的盲孔剖面金相显微照片如图1所示，快速实现盲孔填铜且面铜厚度为21μm。
实施例2
以100×75μm(其中孔直径为100μm)孔型为例：均镀剂的配制如实施例1，
加速剂的配制：将1g聚二硫二丙烷磺酸钠和3g甲基磺酸，加入到1000g 5％硫酸溶液中，在30℃下搅拌15min，配制得加速剂；
电镀铜浴的配制：在酸铜电镀液中(含220g/L CuSO4·5H2O、55g/L H2SO4和60mg/L Cl-)，依次加入均镀剂28ml、加速剂8ml，搅拌30min后开始电镀；
控制镀槽温度15℃，控制阴极电流密度为2ASD，继续电镀40min，整个电镀过程在2.5NL/min打气下完成，电镀完成后取出阴极盲孔板，用大量蒸馏水冲洗，冷风吹干后，即得样品。采用本实施例制备的电镀填孔样品的盲孔剖面金相显微照片如图2所示，快速实现盲孔填铜且面铜厚度为16μm。
实施例3
以0.3mm×2.4mm(其中孔直径为0.3mm)通孔孔型为例，电镀铜浴的配制及工艺条件如实施例1，采用本实施例制备的电镀通孔样品的盲孔剖面金相显微照片如图3所示。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (7)

1.一种用于铜互连的HDI板电镀铜浴的均镀剂，其特征在于，所述均镀剂包含按质量百分比计的以下原料：0.001-0.5％的三唑-噁二唑类化合物、0.01％-1％的季胺化合物、余量为水，所述季胺化合物的分子量为200-10000，分子表达式为：HO[CH(CH3)CH2O]x-(CH2CH2O)y-[CH(CH3)CH2O]xH，其中，x为4-30，y为2-20。
2.按权利要求1所述用于铜互连的HDI板电镀铜浴的均镀剂，其特征在于，所述三唑-噁二唑类化合物为1-苯基-2-{5-(1,2,4-三氮唑)-1甲基-(1,3,4-噁二唑)-2-硫}-乙酮、2-(5-((1H-1,2,4-三氮唑-1基)甲基)-1,3,4-噁二唑-2-硫基)-1-(4-甲氧基苯基)-乙酮中的任意一种或两种组合。
3.按权利要求1所述用于铜互连的HDI板电镀铜浴的均镀剂，其特征在于，所述水为超纯水。
4.一种包含上述用于铜互连的HDI板电镀铜浴的均镀剂的电镀铜浴，包含：60～220g/L的铜离子，30～100g/L的H2SO4，20～80mg/L的氯离子，0.5-20mL/L的加速剂，5-100mL/L的均镀剂，余量为水。
5.按权利要求4所述包含上述用于铜互连的HDI板电镀铜浴的均镀剂的电镀铜浴，其特征在于，所述加速剂为聚二硫二丙烷磺酸钠、疏基咪唑丙磺酸、甲基磺酸、苯基二硫丙烷磺酸钠、醇硫基丙烷磺酸钠、二甲基甲酰胺基丙烷磺酸钠、3-(苯骈噻唑-2-硫基)丙烷磺酸钠、3-硫基-1-丙磺酸钠盐以及二甲基-二硫甲酰胺磺酸中的一种或几种的组合。
6.按权利要求4所述包含上述用于铜互连的HDI板电镀铜浴的均镀剂的电镀铜浴，其特征在于，所述电镀铜浴的工艺条件为：阴极电流密度为0.01-6A/dm2、适应温度为10-40℃。
7.按权利要求4所述包含上述用于铜互连的HDI板电镀铜浴的均镀剂的电镀铜浴，其特征在于，所述水为超纯水。
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