CN108091579A - 一种电沉积制备高密度电子封装用垂直互连基板的方法 - Google Patents
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Abstract
一种电沉积制备高密度电子封装用垂直互连基板的方法，属于电子封装领域。所述方法如下：将AAO基板固定在导电玻璃上，作为电沉积过程中的阴极；将制备好的阴极浸泡在去离子水中并超声辅助；制备电沉积液；将纯铜片作为阳极，浸泡后的AAO基板和导电玻璃结构作为阴极，置于水浴锅内并通入直流电流；通电后断开电源，取出AAO基板，得到高密度电子封装用垂直互连基板。本发明的优点是：本发明采用直流电沉积方式进行，设备简单，工艺方便，成本低廉；该方法能应用到电子封装技术领域，改善互连可靠性问题，采用本发明制备方法简单，成本低廉，工艺过程便捷。
Description
技术领域
本发明属于电子封装领域，具体涉及一种电沉积制备高密度电子封装用垂直互连基板的方法。
背景技术
随着半导体行业的飞速发展，最小特征尺寸已经缩减至7 nm甚至以下，对于封装技术提出了高密度、小尺寸，高性能、高可靠的要求，传统的二维平面封装技术已经无法满足现今的需要，因此三维封装技术应运而生。目前，在三维封装垂直互联领域，应用最为广泛的材料是利用硅材料做为封装基板，层与层之间通过硅通孔(Through Silicon Via，TSV）技术连接。但是该技术面临着一个最主要的问题就是硅（Si，22.5 ppm/K）、二氧化硅（SiO2，17.5ppm/K）以及铜（Cu，22.5 ppm/K）之间严重的热膨胀系数差异所带来的许多可靠性问题，如分层、开裂等等；同时TSV制备工艺成本昂贵，而且Cu-SiO2-Si结构会形成金属氧化物半导体（Metal Oxide Semiconductor，MOS）结构，产生较大的寄生电容；硅基板上的通孔是通过深硅刻蚀工艺实现的，这种工艺方式将产生扇贝状的侧壁结构，易造成应力集中以及介电性能的下降。
为了避免TSV所带来的问题，玻璃基板做为一种新型的基板材料被提出。由于玻璃本身具有电绝缘性，因此不需要再制备绝缘层，避免了MOS结构所带来的寄生电容。但是玻璃基板垂直通孔的形成方式是通过激光、喷砂、超声等方式实现，这些方式都难以实现高的孔密度，在可接受的成本下制备小于50μm的小间距、高密度的基板结构是十分困难的。所以，一种新的可应用于垂直互连的高密度基板结构亟待开发。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统TSV技术垂直互连基板存在成本高、孔密度低、热失配严重的问题，提供一种电沉积制备高密度电子封装用垂直互连基板方法，该方法不仅操作简便，成本低，而且能够实现超高密度以及纳米级别的尺寸间距。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种电沉积制备高密度电子封装用垂直互连基板的方法，所述方法步骤如下：
步骤一：将AAO基板固定在导电玻璃上，作为电沉积过程中的阴极；
步骤二：将上一步骤制备好的阴极浸泡在去离子水中并超声辅助；
步骤三：制备电沉积液；
步骤四：将纯铜片作为阳极，步骤二浸泡后的阴极置于水浴锅内并通入直流电流；
步骤五：通电后断开电源，取出AAO基板，得到高密度电子封装用垂直互连基板。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
（1）本发明采用直流电沉积方式进行，设备简单，工艺方便，成本低廉；（2）本发明中，由于AAO基板不导电，故只有孔道处导电，因此，纳米阵列只能在孔内生长， 而且相邻的纳米柱之间具有良好的绝缘性能；（3）该方法能应用到电子封装技术领域，改善互连可靠性问题，采用本发明制备方法简单，成本低廉，工艺过程便捷。
附图说明
图1为在AAO孔道内沉积阵列的工艺流程图；
图2为进行沉积之前的AAO基板结构图；
图3为采用本发明方法制备得到的高密度封装基板结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明的具体原理是：二次阳极氧化制备氧化铝具备许多纳米级别的孔道，这些孔道为高密度的封装基板的制备提供了模板。本发明中通过电沉积方式对纳米级别的孔道进行了导电填充，使得基板可以通过纳米阵列结构实现垂直方向上的互连。
具体实施方式一：如图1所示，本实施方式记载的是一种电沉积制备高密度电子封装用垂直互连基板的方法，所述方法步骤如下：
步骤一：将AAO基板固定在导电玻璃上，作为电沉积过程中的阴极；
步骤二：将上一步骤制备好的阴极浸泡在去离子水中并超声辅助；
步骤三：制备电沉积液；
步骤四：将纯铜片作为阳极，步骤二浸泡后的阴极置于水浴锅内并通入直流电流；
步骤五：通电后断开电源，取出AAO基板，得到高密度电子封装用垂直互连基板。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种电沉积制备高密度电子封装用垂直互连基板的方法，步骤一中，将AAO基板一侧磁控溅射一层100~200nm厚的铜层，然后将其置于导电玻璃上方，使铜层一侧与导电玻璃导电一侧相接触，使用指甲油对AAO基板与导电玻璃接触处的四周进行密封处理，随后利用绝缘胶带对四周进行粘结密封，暴露出10mm×10mm正方形的AAO基板。
具体实施方式三：具体实施方式二所述的一种电沉积制备高密度电子封装用垂直互连基板的方法，磁控溅射功率为100~120W，时间为10~20min。
具体实施方式四：具体实施方式一所述的一种电沉积制备高密度电子封装用垂直互连基板的方法，步骤二中，浸泡时间为1~3 min，超声功率为70~90W。
具体实施方式五：具体实施方式一所述的一种电沉积制备高密度电子封装用垂直互连基板的方法，步骤四中，直流电流的电流密度为5~15A/dm2，具体的大小依据测量面积最终确定。
具体实施方式六：具体实施方式一所述的一种电沉积制备高密度电子封装用垂直互连基板的方法，步骤五中，所述通电时间为7~9 h。
具体实施方式七：具体实施方式一所述的一种电沉积制备高密度电子封装用垂直互连基板的方法，步骤四中，水浴锅温度为20~60 ℃。
具体实施方式八：具体实施方式一所述的一种电沉积制备高密度电子封装用垂直互连基板的方法，步骤三中，所述电沉积液为（1）含有100g五水硫酸铜、50mL 1mol/L硫酸的500mL溶液；（2）含有90g、15g硼酸的500mL溶液，由于电沉积液的不同能够获得不同性能的高密度电子封装用垂直互连基板。
实施例1：
（1）制备电沉积的阴极；
首先将AAO基板一侧磁控溅射一层铜层，之后置于导电玻璃上方，使铜层一侧与导电玻璃导电一侧相接触，然后利用指甲油对四周进行密封处理，随后利用绝缘胶带对四周进行密封，只暴露固定面积的AAO基板，并对暴露出的AAO基板的面积进行测量，将上一步骤制备好的阴极置于去离子水中浸泡2min，并施加超声辅助，超声功率为80W。
（2）制备电沉积液；
使用电子秤称量100g五水硫酸铜，利用量筒量取50mL 1mol·L-1硫酸，将五水硫酸铜和硫酸加入500mL 烧杯中，倒入约200mL去离子水并搅拌，将搅拌均匀的溶液置于500mL的容量瓶定容，转移至烧杯中待用。
（3）在AAO基板内填充铜；
以AAO结构一侧为阴极，纯铜片为阳极，将装有沉积液的烧杯置于40℃的水浴锅内，并通入电流密度为10A/dm2的直流电流，通电时间8h后切断电源，得到高密度垂直互连基板结构。
（4）测量填孔率；
利用扫描电子显微镜，对制备的基板结构进行填孔率的表征。未进行填孔的AAO基板如图2所示，制备好的基板结构如图3所示，为在电流密度为10A/dm2、温度为40℃通电8h时填孔率可达98.6%。
实施例2：
（1）制备电沉积的阴极；
首先将AAO基板一侧磁控溅射一层铜层，之后置于导电玻璃上方，使铜层一侧与导电玻璃导电一侧相接触，然后利用指甲油对四周进行密封处理，随后利用绝缘胶带对四周进行密封，只暴露固定面积的AAO基板，并对暴露出的AAO基板的面积进行测量，将上一步骤制备好的阴极置于去离子水中浸泡2min，并施加超声辅助，超声功率为80W。
（2）制备电沉积液；
使用电子秤称量90g硫酸镍，15g硼酸，置于500mL烧杯，倒入约200mL去离子水并搅拌，将搅拌均匀的溶液置于500mL的容量瓶定容，转移至烧杯中待用。
（3）在AAO基板内填充镍；
以AAO结构一侧为阴极，纯镍片为阳极，将装有沉积液的烧杯置于40℃的水浴锅内，并通入电流密度为5 A/dm2的直流电流，通电时间8h后切断电源，得到高密度垂直互连基板结构。
Claims (8)
1.一种电沉积制备高密度电子封装用垂直互连基板的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
步骤一：将AAO基板固定在导电玻璃上，作为电沉积过程中的阴极；
步骤二：将上一步骤制备好的阴极浸泡在去离子水中并超声辅助；
步骤三：制备电沉积液；
步骤四：将纯铜片作为阳极，步骤二浸泡后的阴极置于水浴锅内并通入直流电流；
步骤五：通电后断开电源，取出AAO基板，得到高密度电子封装用垂直互连基板。
2.根据权利要求1所述的一种电沉积制备高密度电子封装用垂直互连基板的方法，其特征在于：步骤一中，将AAO基板一侧磁控溅射一层100~200nm厚的铜层，然后将其置于导电玻璃上方，使铜层一侧与导电玻璃导电一侧相接触，使用指甲油对AAO基板与导电玻璃接触处的四周进行密封处理，随后利用绝缘胶带对四周进行粘结密封，暴露出10mm×10mm正方形的AAO基板。
3.根据权利要求2所述的一种电沉积制备高密度电子封装用垂直互连基板的方法，其特征在于：磁控溅射功率为100~120W，时间为10~20min。
4.根据权利要求1所述的一种电沉积制备高密度电子封装用垂直互连基板的方法，其特征在于：步骤二中，浸泡时间为1~3 min，超声功率为70~90W。
5.根据权利要求1所述的一种电沉积制备高密度电子封装用垂直互连基板的方法，其特征在于：步骤四中，直流电流的电流密度为5~15A/dm2。
6.根据权利要求1所述的一种电沉积制备高密度电子封装用垂直互连基板的方法，其特征在于：步骤五中，所述通电时间为7~9 h。
7.根据权利要求1所述的一种电沉积制备高密度电子封装用垂直互连基板的方法，其特征在于：步骤四中，水浴锅温度为20~60 ℃。
8.根据权利要求1所述的一种电沉积制备高密度电子封装用垂直互连基板的方法，其特征在于：步骤三中，所述电沉积液为（1）含有100g五水硫酸铜、50mL 1mol/L硫酸的500mL溶液；（2）含有90g、15g硼酸的500mL溶液。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180529 |
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