CN105862097A - 基于脉冲技术的hdi板通孔填铜系统 - Google Patents

基于脉冲技术的hdi板通孔填铜系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及HDI板通孔加工技术领域，具体而言，涉及一种基于脉冲技术的HDI板通孔填铜系统，在电沉积过程中采用脉冲射流技术，对阴极待填孔线路板施加低压脉冲射流，挤压线路板一侧电解液穿过通孔，消除毛细现象，电解液浓度分布均匀，大幅度加强填孔电沉积特别是小孔径比通孔填铜过程深镀能力；利用分流型电子三通阀（5），控制脉冲射流电解液周期性地在线路板两侧脉冲式交替喷射，实现孔道两端填铜均匀；采用正反脉冲电沉积模式，正反向电流降低浓差极化，减少氢脆和镀层孔隙，使镀层光洁细致，同时可在较大电流密度下的电沉积填孔，提高电镀填孔效率，获得致密低电阻率金属铜沉积层。

Description

基于脉冲技术的HDI板通孔填铜系统
技术领域
本发明涉及HDI板通孔加工技术领域，具体而言，涉及一种基于脉冲技术的HDI板通孔填铜系统。
背景技术
通孔在高密度电气互连和任意层电气互连中起重要作用。传统的通孔孔壁金属化的孔化电镀技术需要树脂塞孔、磨板整平、层压前再次金属化过程，制作流程繁琐，而且树脂塞孔后因树脂与基板材料温度膨胀系数不同而容易导致破孔等问题。在孔壁金属化后填充导电胶技术中，导电胶容易固化收缩，影响高密度互连的可靠性。故传统的孔壁金属化的孔化电镀技术和通孔内填充导电胶技术已经不能满足HDI板高密度、高导电性和高可靠性等要求。
为了解决上述问题，实现良好的电气互连，通孔填孔电镀技术应运而生。该技术不仅可以增强互连线路的导电导热性和HDI板的机械强度，提高布线密度和导电效果，而且能够消除填充、整平和封装步骤的分离，缩短生产流程。通孔填孔电镀技术已经成为多层板制造最重要的技术之一。
通孔填孔电镀过程必须使填充能力最大化，表铜厚度最小化，具有无空洞、低凹陷度和均匀铜表面分布特点。现有电沉积填孔技术，由于不同原因，如添加剂效果不佳，传质方式不适，发生毛细效应等，总是在高厚径比通孔电沉积时发生空洞无铜、接缝、亚等角封口等影响导通性的缺陷。
例如授权公告号CN102869206B的中国发明专利，其公开了一种印制电路板通孔和盲孔共镀金属化方法，首先对印制电路板基板进行激光钻盲孔，形成所需盲孔；其次将盲孔堵塞部分导电胶，形成盲孔半填导电胶的状态，并固化导电胶；然后进行机械钻孔；最后进行通孔和盲孔共镀铜，完成金属化。此发明能够消除盲孔填铜凹陷，解决HDI 印制板通孔盲孔共镀时盲孔填铜凹陷值过大以及盲孔单一填铜时会导致孔径偏小等缺陷问题，提高HDI 印制电路板产能和生产效率，降低生产成本。但该发明中在孔壁金属化后填充导电胶，会导电胶容易固化收缩，影响高密度互连的可靠性。
又例如申请号为201310162627.2的中国发明专利，其公开了一种选择性金属电沉积装置及其应用，包括用于容纳电解液的储液槽和用于在电沉积过程中与阴极和阳极对应电连接的电源，超声电源，由支架支撑的超声辅助喷射装置，三坐标数控平台，三坐标数控平台包括动作执行机构，支架和计算机；储液槽外还设有为电解液提供喷射压力的蠕动泵以及控制电解液流量的控制阀；储液槽内设有保持电解液温度的温控器；超声辅助喷射装置底部有电解液喷嘴。该申请提高现有电沉积技术中的沉积层硬度、致密性以及电沉积速度，降低镀层残余应力，同时实现电沉积区域的可选择性以及实现简单形状零件的电沉积成形。但该申请中对于镀液的浓度无法得到合理的控制，而且镀层并不均匀，还会发生毛细效应。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种基于脉冲技术的HDI板通孔填铜系统，该系统能够有效解决在高厚径比通孔电沉积时发生空洞无铜、接缝、亚等角封口等影响导通性的缺陷。
HDI板(High Density Interconnect)即高密度互连板，是PCB行业在20世纪末发展起来的一门较新的技术。
按照本发明的基于脉冲技术的HDI板通孔填铜系统，包括电解槽，该电解槽内设有阳极插槽和阴极固定位，该填铜系统在电沉积过程中采用脉冲射流技术，对阴极待填孔线路板施加低压脉冲射流，挤压线路板一侧电解液穿过通孔，消除毛细现象，使电解液浓度分布均匀，大幅度加强填孔电沉积特别是小孔径比通孔填铜过程深镀能力；在电解槽的外侧进液管路中设置分流型电子三通阀，控制脉冲射流电解液周期性地在线路板两侧脉冲式交替喷射，实现孔道两端填铜均匀；采用正反脉冲电沉积模式，正反向电流降低浓差极化，减少氢脆和镀层孔隙，使镀层光洁细致，同时可在较大电流密度下电沉积填孔，提高电镀填孔效率，获得致密低电阻率金属铜沉积层。
优选的是，所述正反脉冲电沉积模式的脉冲频率为100～1000Hz，平均电流密度为100～500A/m2，占空比为10%～40%。
在上述任一方案中优选的是，所述分流型电子三通阀的一端连接脉冲射流发生器的出液口，另外两端连接电解槽上的第一进液口和第二进液口。
在上述任一方案中优选的是，所述分流型电子三通阀的切换频率为0.1～1s-1。
在上述任一方案中优选的是，所述阳极插槽位于电解槽的左右两侧内壁上。
在上述任一方案中优选的是，所述电解槽的左右两侧内壁上设有多个脉冲射流喷嘴。
在上述任一方案中优选的是，所述脉冲射流喷嘴的出口流速为0.1～1m/s。
在上述任一方案中优选的是，所述阴极固定位设置在电解槽壳体的顶部。
在上述任一方案中优选的是，所述电解槽的侧壁上开有出液口。
在上述任一方案中优选的是，所述出液口与射流脉冲发生器的进液口连接。
在上述任一方案中优选的是，所述阳极插槽中插入可溶或不溶性阳极材料。
在上述任一方案中优选的是，所述阳极插槽内的阳极选用铜电极。
在上述任一方案中优选的是，所述电解槽的极间距为3～15cm。
在上述任一方案中优选的是，所述电解槽的加热方式选用槽内集成加热或外置中转槽加热方式。
在上述任一方案中优选的是，所述电解槽的电沉积温度选择40～60℃。
在上述任一方案中优选的是，所述阴极固定位中固定待填孔线路板。
在上述任一方案中优选的是，所述阴极固定位中的待填孔线路板采用硫酸铜电镀液进行通孔填铜。
在上述任一方案中优选的是，所述射流脉冲发生器的频率为1～10s-1。
在上述任一方案中优选的是，所述射流脉冲发生器的射流进液口压力为0.01～0.1Mpa。
在上述任一方案中优选的是，所述正反脉冲电沉积模式的脉冲频率为100～1000Hz，平均电流密度为100～500A/m2，占空比为10%～40%。
综上所述，本发明中的基于脉冲技术的HDI板通孔填铜系统具有以下优点：在电沉积过程中采用脉冲射流技术，对阴极待填孔线路板施加低压脉冲射流，挤压线路板一侧电解液穿过通孔，消除毛细现象，电解液浓度分布均匀，大幅度加强填孔电沉积特别是小孔径比通孔填铜过程的深镀能力；利用分流型电子三通阀，控制脉冲射流电解液周期性地在线路板两侧脉冲式交替喷射，实现孔道两端填铜均匀；采用正反脉冲电沉积模式，正反向电流降低浓差极化，减少氢脆和镀层孔隙，使镀层光洁细致，同时可在较大电流密度下的电沉积填孔，提高电镀填孔效率，获得致密低电阻率金属铜沉积层；采用含铜电镀液进行通孔填铜，电沉积温度选择50℃，电镀60min,平均凹陷值小于8μm，切片镀层光洁。
附图说明
图1为按照本发明的基于脉冲技术的HDI板通孔填铜系统的一优选实施例的结构示意图。
附图中标号：
电解槽1，阳极插槽2，阴极固定位3，脉冲射流喷嘴4，分流型电子三通阀5，出液口6，第一进液口7第二射流进液口8。
具体实施方式
以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。下面结合说明书附图对本发明基于脉冲技术的HDI板通孔填铜系统的具体实施方式作进一步的说明。
如图1所示，按照本发明的基于脉冲技术的HDI板通孔填铜系统的一优选实施例的结构示意图。按照本发明的基于脉冲技术的HDI板通孔填铜系统，包括电解槽1，该电解槽内设有阳极插槽2和阴极固定位3，该填铜系统在电沉积过程中采用脉冲射流技术，对阴极待填孔线路板施加低压射流脉冲压力，挤压线路板一侧电解液穿过通孔，消除毛细现象，电解液浓度分布均匀，大幅度加强填孔电沉积特别是小孔径比通孔填铜过程的深镀能力；在电解槽1的外侧进液管路中设置分流型电子三通阀5，控制脉冲射流电解液周期性地在线路板两侧脉冲式交替喷射，实现孔道两端填铜均匀；采用正反脉冲电沉积模式，正反向电流降低浓差极化，减少氢脆和镀层孔隙，使镀层光洁细致，同时可在较大电流密度下的电沉积填孔，提高电镀填孔效率，获得致密低电阻率金属铜沉积层。
在本实施例中，所述正反脉冲电沉积模式的脉冲频率为100～1000Hz，平均电流密度为100～500A/m2，占空比为10%～40%。
在本实施例中，所述分流型电子三通阀5的一端连接脉冲射流发生器的出液口，另外两端连接电解槽1上的第一进液口7和第二进液口8。
在本实施例中，所述分流型电子三通阀5的切换频率为0.1～1s-1。
在本实施例中，所述阳极插槽2位于电解槽1的左右两侧内壁上。
在本实施例中，所述电解槽1的左右两侧内壁上设有多个脉冲射流喷嘴4。
在本实施例中，所述脉冲射流喷嘴4的出口流速为0.1～1m/s。
在本实施例中，所述阴极固定位3设置在电解槽1壳体的顶部。
在本实施例中，所述电解槽1的侧壁上开有出液口6。
在本实施例中，所述出液口6与射流脉冲发生器的进液口连接。
在本实施例中，所述阳极插槽2中插入可溶或不溶性阳极材料。
在本实施例中，所述阳极插槽2内的阳极选用铜电极。
在本实施例中，所述电解槽1的极间距为3～15cm，优选5～10cm。
在本实施例中，所述电解槽1的加热方式选用槽内集成加热或外置中转槽加热方式。
在本实施例中，所述电解槽1的电沉积温度选择40～60℃。
在本实施例中，所述阴极固定位3中固定待填孔线路板。
在本实施例中，所述阴极固定位3中的待填孔线路板采用硫酸铜电镀液进行通孔填铜。
在本实施例中，所述射流脉冲发生器的频率为1～10s-1。
在本实施例中，所述射流脉冲发生器的射流进液口压力为0.01～0.1Mpa。
在本实施例中，所述正反脉冲电沉积模式的脉冲频率为100～1000Hz，平均电流密度为100～500A/m2，占空比为10%～40%。
继续参阅图1所示，本发明的基于脉冲技术的HDI板通孔填铜系统中以孔径为12mil，板厚为56mil通孔电沉积为例，按本发明方法，选择铜电极为阳极，极间距为10cm，选择正反脉冲电沉积模式：脉冲频率500Hz、平均电流密度为300A/m2、占空比40%，射流脉冲发生器频率为1s-1，脉冲射流出口流速为0.1m/s,分流型电子三通阀5切换频率为0.2s-1，从而控制脉冲射流电解液周期性地在线路板两侧脉冲式交替喷射，实现孔道两端填铜均匀；选择正反脉冲电沉积模式，正反向电流降低浓差极化，减少氢脆和镀层孔隙，使镀层光洁细致，同时可在较大电流密度下的电沉积填孔，提高电镀填孔效率，获得致密低电阻率金属铜沉积层。采用硫酸铜电镀液进行通孔填铜，电沉积温度选择50℃，电镀60min,平均凹陷值小于8μm，切片镀层光洁。
综上所述，本发明中的基于脉冲技术的HDI板通孔填铜系统具有以下优点：采用本发明的填铜系统能够达到填充能力最大化，表铜厚度最小化，具有无空洞、低凹陷度和均匀铜表面分布的特点；在电沉积过程中采用脉冲射流技术，对阴极待填孔线路板施加低压脉冲射流，挤压线路板一侧电解液穿过通孔，消除毛细现象，电解液浓度分布均匀，大幅度加强填孔电沉积特别是小孔径比通孔填铜过程深镀能力；利用分流型电子三通阀，控制脉冲射流电解液周期性地在线路板两侧脉冲式交替喷射，实现孔道两端填铜均匀；采用正反脉冲电沉积模式，正反向电流降低浓差极化，减少氢脆和镀层孔隙，使镀层光洁细致，同时可在较大电流密度下的电沉积填孔，提高电镀填孔效率，获得致密低电阻率金属铜沉积层；采用硫酸铜电镀液进行通孔填铜，电沉积温度选择50℃，电镀60min,平均凹陷值小于8μm，切片镀层光洁。
本领域技术人员不难理解，本发明的基于脉冲技术的HDI板通孔填铜系统包括本说明书中各部分的任意组合。限于篇幅且为了使说明书简明，在此没有将这些组合一一详细介绍，但看过本说明书后，由本说明书构成的各部分的任意组合构成的本发明的范围已经不言自明。

Claims (10)

1.一种基于脉冲技术的HDI板通孔填铜系统，包括电解槽（1），该电解槽内设有阳极插槽（2）和阴极固定位（3），其特征在于：该填铜系统在电沉积过程中采用脉冲射流技术，对阴极待填孔线路板施加低压脉冲射流，挤压线路板一侧电解液穿过通孔，消除毛细现象；在电解槽（1）的外侧进液管路中设置分流型电子三通阀（5），控制脉冲射流电解液周期性地在线路板两侧脉冲式交替喷射，实现孔道两端填铜均匀；采用正反脉冲电沉积模式，正反向电流降低浓差极化，减少氢脆和镀层孔隙。
2.如权利要求1所述的基于脉冲技术的HDI板通孔填铜系统，其特征在于：所述正反脉冲电沉积模式的脉冲频率为100～1000Hz，平均电流密度为100～500A/m2，占空比为10%～40%。
3.如权利要求1所述的基于脉冲技术的HDI板通孔填铜系统，其特征在于：分流型电子三通阀（5）的一端连接脉冲射流发生器的出液口，另外两端连接电解槽（1）上的第一进液口（7）和第二进液口（8）。
4.如权利要求1或3所述的基于脉冲技术的HDI板通孔填铜系统，其特征在于：分流型电子三通阀（5）的切换频率为0.1～1s-1。
5.如权利要求1所述的基于脉冲技术的HDI板通孔填铜系统，其特征在于：阳极插槽（2）位于电解槽（1）的左右两侧内壁上。
6.如权利要求5所述的基于脉冲技术的HDI板通孔填铜系统，其特征在于：电解槽（1）的左右两侧内壁上设有多个脉冲射流喷嘴（4）。
7.如权利要求6所述的基于脉冲技术的HDI板通孔填铜系统，其特征在于：脉冲射流喷嘴（4）的出口流速为0.1～1m/s。
8.如权利要求1所述的基于脉冲技术的HDI板通孔填铜系统，其特征在于：阴极固定位（3）设置在电解槽（1）壳体的顶部。
9.如权利要求1所述的基于脉冲技术的HDI板通孔填铜系统，其特征在于：电解槽（1）的侧壁上开有出液口（6）。
10.如权利要求9所述的基于脉冲技术的HDI板通孔填铜系统，其特征在于：出液口（6）与射流脉冲发生器的进液口连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114703523A (zh) * 2022-04-01 2022-07-05 电子科技大学 一种通孔填孔电镀方法和电镀装置

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