CN109056018A - 一种超音波增强电镀装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超音波增强电镀装置，包括电镀池和超声波震板，所述电镀池的内侧壁固定连接有阳极板，所述阳极板与电镀电源的正极连接，所述电镀池的内底壁连接有超声波震板，所述超声波震板通过高频线与超声波发生器连接，所述超声波震板的外壁上端固定连接有磁条，所述电镀池远离阳极板的外侧壁固定连接有连接台，超声波震板发出超声波，从而有效减薄阴极膜的厚度，进而提升电镀效果，可减少对前处理的依赖，避免漏镀的问题，有效避免了池壁对于超声波的吸收作用，效率更高，进而提升电镀效果。晶圆夹具可适配固定多种尺寸的晶圆，有效防止因夹具的力度过大导致的晶圆损坏。

Description

一种超音波增强电镀装置

技术领域

本发明涉及半导体封装领域，具体涉及一种超音波增强电镀装置。

背景技术

目前半导体封装技术快速发展，比方：立体封装堆叠技术要求电镀有很高的可用电流密度；扇出封装、被动元件、PCB等对电镀均匀性提出了很高的要求；工业电镀也希望很高的电流密度以提高产量。以上这些对电镀来说是很大的挑战，通过电镀药水本身的改良已经无法满足这方面的要求，需要设备的配合改善均匀性和提高电流密度。

目前半导体封装为了提高产量，要求电镀有很高的可用电流密度。从设备的角度考虑，减薄阴极膜对于提高可用电流密度最为有效。目前为了提高电流降低阴极膜的厚度，各家用不同方法来强制溶液对流，Eductor是使用最多的一种方法，也有使用机械扰流的方式，也有使用阴极运动的方法，镀速均能有不同程度的提高。但都因为流体本身的限制，无法在微米级的阴极膜上高效率的发挥作用。镶嵌电镀、铜柱电镀、TSV电镀等高纵横比洞和沟内部的气泡会影响电镀，甚至因为气泡导致局部无法电镀，从而导致漏镀问题。

且现有的电镀装置通常使用鳄鱼夹作为固定晶圆的夹具，但晶圆尺寸大小不同，目前市面上出现的晶圆直径是分为150mm，300mm以及450mm这三种，导致在电镀过程中固定效果差，夹紧的力度无法控制，容易导致晶圆的损伤。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种超音波增强电镀装置，通过设置在槽内的超声波震板发出超声波，并配有可适配多种尺寸的夹具，保证超声波震板与晶圆夹具平行，且距离小，来提升电镀效果。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种超音波增强电镀装置，包括电镀池和超声波震板，所述电镀池的内侧壁固定连接有阳极板，所述阳极板与电镀电源的正极连接，所述电镀池的内底壁连接有超声波震板，所述超声波震板通过高频线与超声波发生器连接，所述超声波震板的外壁上端固定连接有磁条，所述电镀池远离阳极板的外侧壁固定连接有连接台，所述连接台铰接有磁性连接杆的一端，所述磁性连接杆为凹字形结构，所述磁性连接杆远离连接台的一端固定连接有晶圆夹具，所述晶圆夹具夹有晶圆，所述晶圆与电镀电源的负极连接。

所述晶圆夹具包括安装壳和缓冲盖板，所述缓冲盖板与安装壳固定连接，所述安装壳由环形侧板和圆底板构成，所述安装壳的圆底板外侧壁固定连接有两个平行设置的套板，所述套板转动套接在蜗杆的两端，所述蜗杆的一端连接有旋钮，所述蜗杆啮合有蜗轮，所述蜗轮同轴固定连接有转轴的一端，所述转轴转动插接在圆底板的中心处，所述转轴的另一端固定套接有固定轴承，所述固定轴承固定连接在缓冲盖板的中心处，所述转轴位于安装壳内部的一段固定套接有第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮规格相同，所述第一齿轮啮合有两个平行设置的第一齿条，所述第二齿轮啮合有两个平行设置的第二齿条，且第一齿条和第二齿条规格相同，所述第一齿条和第二齿条垂直设置且关于转轴的轴心中心对称设置，两个所述第二齿条和其中一个第一齿条各固定连接有一个长度调节装置的一端，所述长度调节装置的另一端贯穿环形侧板到达安装壳的外部，另一个所述第一齿条固定连接有压力检测装置，所述压力检测装置的另一端贯穿环形侧板到达安装壳的外部，每个所述长度调节装置均滑动连接在两个限位隔板之间，所述限位隔板固定连接在圆底板上，所述压力检测装置滑动连接一个限位隔板和一个定位隔板之间。

所述定位隔板包括限位卡板和活动卡板，所述限位卡板位于活动卡板正下方，所述限位卡板固定连接在在圆底板上，所述活动卡板靠近压力检测装置的侧壁开设有轮齿型卡槽，所述活动卡板远离压力检测装置的侧壁固定连接有L型拉杆，所述L型拉杆平行于圆底板的一段活动套接有连接板，所述连接板通过连接弹簧与活动卡板连接，所述连接板固定连接在圆底板上，所述L型拉杆垂直于圆底板的一段贯穿圆底板上开设的条形通孔并到达安装壳的外部。

所述压力检测装置和长度调节装置均包括滑动组件，所述压力检测装置上的滑动组件与其中一个第一齿条连接，并在一个限位隔板和一个定位隔板之间滑动，三个长度调节装置上的滑动组件分别与另一个第一齿条和两个第二齿条连接，并在两个限位隔板之间滑动，所述滑动组件远离转轴的一端固定连接有L型连接杆的一端，所述L型连接杆的另一端贯穿环形侧板后到达安装壳的外部，所述L型连接杆垂直于圆底板的一段通过检测弹簧连接有抵触板，所述抵触板为圆弧板，所述抵触板固定连接有滑动框，所述滑动框滑动套接在L型连接杆平行于圆底板的一段上。

进一步的，所述压力检测装置上的滑动组件内部开设有安装室，且压力检测装置上的滑动框固定连接有驱动条的一端，所述驱动条平行于圆底板，且驱动条的另一端贯穿滑动组件的侧壁到达安装室的内部，所述驱动条的另一端为直角梯形结构，所述驱动条的一侧抵触安装室的内壁，所述驱动条的另一侧滚动连接有转轮，所述转轮转动连接在固定卡块的一端，所述固定卡块靠近驱动条的一端为楔形结构，固定卡块远离驱动条的一端与活动卡板轮齿型卡槽啮合，所述固定卡块固定连接有固定板，所述固定板通过连接弹簧与安装室的内壁连接，所述固定卡块活动插接在滑动组件上开设的插槽中，所述固定卡块活动插接在滑动组件上开设的插槽中。

进一步的，所述超声波震板与晶圆夹具平行设置。

进一步的，所述超声波震板通过两个平行设置的导轨与电镀池的内底壁连接，且导轨垂直于晶圆夹具。

进一步的，所述超声波震板与晶圆夹具的最近距离不少于4cm。

进一步的，所述磁性连接杆位于电镀池内的一段为工程塑料杆，且磁性连接杆其余部分为磁性铁杆。

本发明的有益效果：

(1)相较于普通电镀装置，超声波震板发出超声波，可在电镀的过程中，在阴极表面形成“空穴效应”，会不断的破坏阴极膜，从而有效减薄阴极膜的厚度，进而提升电镀效果，且超音波增强电镀因为电镀本身可克服镶嵌电镀、铜柱电镀、TSV电镀等高纵横比洞和沟内部的气泡问题，可减少对前处理的依赖，避免漏镀的问题。

(2)相较于普通的电镀装置，超声波震板与晶圆夹具距离能够保持平行，且距离较近，有效避免了池壁对于超声波的吸收作用，效率更高，进而提升电镀效果。

(3)相较于普通的电镀装置，晶圆夹具可适配固定多种尺寸的晶圆，且在固定的过程中，力量到达阈值后，即可自动锁定，有效防止因夹具的力度过大导致的晶圆损坏。安装方便，使用简单。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的正面立体图；

图2是本发明的反面立体图；

图3是本发明的晶圆夹具的正面立体图；

图4是本发明的晶圆夹具的反面立体图；

图5是本发明的晶圆夹具的内部结构示意图；

图6是图5中的A部放大示意图；

图7是压力检测装置的立体图；

图8是滑动组件的内部结构示意图。

图中：电镀池1、阳极板2、超声波震板3、连接台4、磁性连接杆5、晶圆夹具6、安装壳601、套板602、蜗杆603、旋钮604、蜗轮605、转轴606、固定轴承607、第一齿轮608、第一齿条609、第二齿轮610、第二齿条611、限位隔板612、定位隔板613、L型拉杆614、连接板615、长度调节装置616、压力检测装置617、滑动组件6171、L型连接杆6172、检测弹簧6173、抵触板6174、滑动框6175、驱动条6176、转轮6177、固定卡块6178、固定板6179、缓冲盖板618、导轨7、磁条8。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-8所示，本实施例提供了一种超音波增强电镀装置，包括电镀池1和超声波震板3电镀池1的内侧壁固定连接有阳极板2，阳极板2与电镀电源的正极连接，电镀池1的内底壁连接有超声波震板3，超声波震板3通过两个平行设置的导轨7与电镀池1的内底壁连接，且导轨7垂直于晶圆夹具6，使超声波震板3在沿导轨7运动时能保持与晶圆夹具6平行的状态，超声波利用效率更高，超声波震板3通过高频线与超声波发生器连接，超音波通过声波和震动的方式传播能量，没有流体阻力的问题，而且会在阴极表面上产生“空穴现象”从而有效的降低阴极膜的厚度，达到提高电流密度的目的，超声波震板3与晶圆夹具6的最近距离不少于4cm，过近的距离会导致电镀液流动速率降低，不利于液体内局部的离子浓度平衡，进而影响电镀效果，超声波震板3的外壁上端固定连接有磁条8，电镀池1远离阳极板2的外侧壁固定连接有连接台4，连接台4铰接有磁性连接杆5的一端，可转动磁性连接杆5，将晶圆夹具6从电镀池1取出，使用方便，磁性连接杆5为凹字形结构，磁性连接杆5远离连接台4的一端固定连接有晶圆夹具6，磁性连接杆5位于电镀池1内的一段为工程塑料杆，且磁性连接杆5其余部分为磁性铁杆，工程塑料绝缘性能好，且不宜被电镀液腐蚀，与磁条8匹配使用，可使超声波震板3固定在距离晶圆夹具6较近的位置，超声波震板3与晶圆夹具6平行设置，能够进一步减少超声波被电镀池1的池壁吸收，提升电镀效果，晶圆夹具6夹有晶圆，晶圆与电镀电源的负极连接。

晶圆夹具6包括安装壳601和缓冲盖板618，缓冲盖板618与安装壳601固定连接，安装壳601由环形侧板和圆底板构成，安装壳601的圆底板外侧壁固定连接有两个平行设置的套板602，用于固定蜗杆603和与电镀池1的池壁抵触，套板602转动套接在蜗杆603的两端，蜗杆603的一端连接有旋钮604，蜗杆603啮合有蜗轮605，具有自锁性，保证调节后晶圆夹具6的尺寸不会改变，蜗轮605同轴固定连接有转轴606的一端，转轴606转动插接在圆底板的中心处，转轴606的另一端固定套接有固定轴承607，固定轴承607固定连接在缓冲盖板618的中心处，转轴606位于安装壳601内部的一段固定套接有第一齿轮608和第二齿轮610，第一齿轮608和第二齿轮610规格相同，第一齿轮608啮合有两个平行设置的第一齿条609，第二齿轮610啮合有两个平行设置的第二齿条611，且第一齿条609和第二齿条611规格相同，第一齿条609和第二齿条611垂直设置且关于转轴606的轴心中心对称设置，能够使四个方向的齿条同步运动，调节更加准确，两个第二齿条611和其中一个第一齿条609各固定连接有一个长度调节装置616的一端，长度调节装置616的另一端贯穿环形侧板到达安装壳601的外部，另一个第一齿条609固定连接有压力检测装置617，用于测定晶圆所受的压力，进而压力检测装置617和长度调节装置616能够同步且等距的调节，压力检测装置617的另一端贯穿环形侧板到达安装壳601的外部，每个长度调节装置616均滑动连接在两个限位隔板612之间，限位隔板612固定连接在圆底板上，压力检测装置617滑动连接一个限位隔板612和一个定位隔板613之间。

定位隔板613包括限位卡板和活动卡板，限位卡板位于活动卡板正下方，限位卡板固定连接在在圆底板上，使压力检测装置617在限位卡板和限位隔板612之间滑动，活动卡板靠近压力检测装置617的侧壁开设有轮齿型卡槽，活动卡板远离压力检测装置617的侧壁固定连接有L型拉杆614，L型拉杆614平行于圆底板的一段活动套接有连接板615，连接板615通过连接弹簧与活动卡板连接，连接板615固定连接在圆底板上，L型拉杆614垂直于圆底板的一段贯穿圆底板上开设的条形通孔并到达安装壳601的外部，可沿条形通孔的方向拉动L型拉杆614，带动活动卡板远离压力检测装置617，用于固定尺寸后的解除锁定。

压力检测装置617和长度调节装置616均包括滑动组件6171，压力检测装置617上的滑动组件6171与其中一个第一齿条609连接，并在一个限位隔板612和一个定位隔板613之间滑动，三个长度调节装置616上的滑动组件6171分别与另一个第一齿条609和两个第二齿条611连接，并在两个限位隔板612之间滑动，滑动组件6171远离转轴606的一端固定连接有L型连接杆6172的一端，L型连接杆6172的另一端贯穿环形侧板后到达安装壳601的外部，L型连接杆6172垂直于圆底板的一段通过检测弹簧6173连接有抵触板6174，抵触板6174为圆弧板，抵触板6174固定连接有滑动框6175，滑动框6175滑动套接在L型连接杆6172平行于圆底板的一段上。

压力检测装置617上的滑动组件6171内部开设有安装室，且压力检测装置617上的滑动框6175固定连接有驱动条6176的一端，驱动条6176平行于圆底板，且驱动条6176的另一端贯穿滑动组件6171的侧壁到达安装室的内部，驱动条6176的另一端为直角梯形结构，驱动条6176的一侧抵触安装室的内壁，驱动条6176的另一侧滚动连接有转轮6177，转轮6177转动连接在固定卡块6178的一端，固定卡块6178靠近驱动条6176的一端为楔形结构，固定卡块6178远离驱动条6176的一端与活动卡板轮齿型卡槽啮合，固定卡块6178固定连接有固定板6179，固定板6179通过连接弹簧与安装室的内壁连接。

相较于普通电镀装置，超声波震板3发出超声波，可在电镀的过程中，在阴极表面形成“空穴效应”，会不断的破坏阴极膜，从而有效减薄阴极膜的厚度，进而提升电镀效果，且超音波增强电镀因为电镀本身可克服镶嵌电镀、铜柱电镀、TSV电镀等高纵横比洞和沟内部的气泡问题，可减少对前处理的依赖，避免漏镀的问题。超声波震板3与晶圆夹具6距离能够保持平行，且距离较近，有效避免了池壁对于超声波的吸收作用，效率更高，进而提升电镀效果。晶圆夹具6可适配固定多种尺寸的晶圆，且在固定的过程中，力量到达阈值后，即可自动锁定，有效防止因夹具的力度过大导致的晶圆损坏。安装方便，使用简单

本实施例的具体工作过程如下：

1)转动磁性连接杆5，将晶圆夹具6从电镀池1中移至外部，再将晶圆放置在缓冲盖板618上，拧动旋钮604，带动蜗杆603转动，进而带动蜗轮605、转轴606、第一齿轮608和第二齿轮610同步转动，第一齿轮608和第二齿轮610使得第一齿条609和第二齿条611同步运动，拉动长度调节装置616和压力检测装置617，随着抵触板6174靠近转轴606，使得晶圆的侧壁与四个抵触板6174抵触，将晶圆夹紧，随着力度的增大，使得检测弹簧6173压缩，带动驱动条6176相对滑动组件6171运动，到达最大阈值后，驱动条6176靠近转轴606的一端与转轮6177抵触，将固定卡块6178推出，与轮齿型卡槽啮合，使整个压力检测装置617伸出安装壳601的长度固定，进而使得第一齿轮608和第二齿轮610无法转动，此时即完成晶圆的固定。

2)转动磁性连接杆5，将晶圆夹具6移入电镀池1中，再将超声波震板3推向晶圆夹具6，使晶圆夹具6与超声波震板3的距离最近，此时磁条8与磁性连接杆5吸力增大，使超声波震板3的位置保持不变，再接通电源，启动超声波发生器，超声波从超声波震板3发出，使晶圆夹具6在电镀的过程中，由于超音波会在阴极表面形成“空穴效应”，强化了溶液的搅拌能力，会不断的破坏阴极膜，从而有效减薄阴极膜的厚度。

3)电镀完成需要取下晶圆时，只需转动磁性连接杆5，将晶圆夹具6从电镀池1中移至外部，拉动L型连接杆6172，使活动卡板与固定卡块6178分离，不再啮合，此时即可反向转动旋钮604，进而带动第一齿条609和第二齿条611远离转轴606，使长度调节装置616与压力检测装置617伸出安装壳601的长度增加，抵触板6174不再与晶圆抵触，即可取下晶圆。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种超音波增强电镀装置，包括电镀池(1)和超声波震板(3)，其特征在于，所述电镀池(1)的内侧壁固定连接有阳极板(2)，所述阳极板(2)与电镀电源的正极连接，所述电镀池(1)的内底壁连接有超声波震板(3)，所述超声波震板(3)通过高频线与超声波发生器连接，所述超声波震板(3)的外壁上端固定连接有磁条(8)，所述电镀池(1)远离阳极板(2)的外侧壁固定连接有连接台(4)，所述连接台(4)铰接有磁性连接杆(5)的一端，所述磁性连接杆(5)为凹字形结构，所述磁性连接杆(5)远离连接台(4)的一端固定连接有晶圆夹具(6)，所述晶圆夹具(6)夹有晶圆，所述晶圆与电镀电源的负极连接；

所述晶圆夹具(6)包括安装壳(601)和缓冲盖板(618)，所述缓冲盖板(618)与安装壳(601)固定连接，所述安装壳(601)由环形侧板和圆底板构成，所述安装壳(601)的圆底板外侧壁固定连接有两个平行设置的套板(602)，所述套板(602)转动套接在蜗杆(603)的两端，所述蜗杆(603)的一端连接有旋钮(604)，所述蜗杆(603)啮合有蜗轮(605)，所述蜗轮(605)同轴固定连接有转轴(606)的一端，所述转轴(606)转动插接在圆底板的中心处，所述转轴(606)的另一端固定套接有固定轴承(607)，所述固定轴承(607)固定连接在缓冲盖板(618)的中心处，所述转轴(606)位于安装壳(601)内部的一段固定套接有第一齿轮(608)和第二齿轮(610)，所述第一齿轮(608)和第二齿轮(610)规格相同，所述第一齿轮(608)啮合有两个平行设置的第一齿条(609)，所述第二齿轮(610)啮合有两个平行设置的第二齿条(611)，且第一齿条(609)和第二齿条(611)规格相同，所述第一齿条(609)和第二齿条(611)垂直设置且关于转轴(606)的轴心中心对称设置，两个所述第二齿条(611)和其中一个第一齿条(609)各固定连接有一个长度调节装置(616)的一端，所述长度调节装置(616)的另一端贯穿环形侧板到达安装壳(601)的外部，另一个所述第一齿条(609)固定连接有压力检测装置(617)，所述压力检测装置(617)的另一端贯穿环形侧板到达安装壳(601)的外部，每个所述长度调节装置(616)均滑动连接在两个限位隔板(612)之间，所述限位隔板(612)固定连接在圆底板上，所述压力检测装置(617)滑动连接一个限位隔板(612)和一个定位隔板(613)之间；

所述定位隔板(613)包括限位卡板和活动卡板，所述限位卡板位于活动卡板正下方，所述限位卡板固定连接在在圆底板上，所述活动卡板靠近压力检测装置(617)的侧壁开设有轮齿型卡槽，所述活动卡板远离压力检测装置(617)的侧壁固定连接有L型拉杆(614)，所述L型拉杆(614)平行于圆底板的一段活动套接有连接板(615)，所述连接板(615)通过连接弹簧与活动卡板连接，所述连接板(615)固定连接在圆底板上，所述L型拉杆(614)垂直于圆底板的一段贯穿圆底板上开设的条形通孔并到达安装壳(601)的外部；

所述压力检测装置(617)和长度调节装置(616)均包括滑动组件(6171)，所述压力检测装置(617)上的滑动组件(6171)与其中一个第一齿条(609)连接，并在一个限位隔板(612)和一个定位隔板(613)之间滑动，三个长度调节装置(616)上的滑动组件(6171)分别与另一个第一齿条(609)和两个第二齿条(611)连接，并在两个限位隔板(612)之间滑动，所述滑动组件(6171)远离转轴(606)的一端固定连接有L型连接杆(6172)的一端，所述L型连接杆(6172)的另一端贯穿环形侧板后到达安装壳(601)的外部，所述L型连接杆(6172)垂直于圆底板的一段通过检测弹簧(6173)连接有抵触板(6174)，所述抵触板(6174)为圆弧板，所述抵触板(6174)固定连接有滑动框(6175)，所述滑动框(6175)滑动套接在L型连接杆(6172)平行于圆底板的一段上。

2.根据权利要求1所述的一种超音波增强电镀装置，其特征在于，所述压力检测装置(617)上的滑动组件(6171)内部开设有安装室，且压力检测装置(617)上的滑动框(6175)固定连接有驱动条(6176)的一端，所述驱动条(6176)平行于圆底板，且驱动条(6176)的另一端贯穿滑动组件(6171)的侧壁到达安装室的内部，所述驱动条(6176)的另一端为直角梯形结构，所述驱动条(6176)的一侧抵触安装室的内壁，所述驱动条(6176)的另一侧滚动连接有转轮(6177)，所述转轮(6177)转动连接在固定卡块(6178)的一端，所述固定卡块(6178)靠近驱动条(6176)的一端为楔形结构，固定卡块(6178)远离驱动条(6176)的一端与活动卡板轮齿型卡槽啮合，所述固定卡块(6178)固定连接有固定板(6179)，所述固定板(6179)通过连接弹簧与安装室的内壁连接，所述固定卡块(6178)活动插接在滑动组件(6171)上开设的插槽中。

3.根据权利要求1所述的一种超音波增强电镀装置，其特征在于，所述超声波震板(3)与晶圆夹具(6)平行设置。

4.根据权利要求1所述的一种超音波增强电镀装置，其特征在于，所述超声波震板(3)通过两个平行设置的导轨(7)与电镀池(1)的内底壁连接，且导轨(7)垂直于晶圆夹具(6)。

5.根据权利要求1所述的一种超音波增强电镀装置，其特征在于，所述超声波震板(3)与晶圆夹具(6)的最近距离不少于4cm。

6.根据权利要求1所述的一种超音波增强电镀装置，其特征在于，所述磁性连接杆(5)位于电镀池(1)内的一段为工程塑料杆，且磁性连接杆(5)其余部分为磁性铁杆。