CN111575684A - 金属化填充玻璃转接板通孔的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种金属化填充玻璃转接板通孔的方法，包括以下步骤：将转接板放入浓度在的除油液中，温度控制在80℃以上，并施加超声波场，持续5‑10min后，将转接板放入去离子水中，并施加超声波场，持续5‑10min；将转接板取出并放入浓度为3.5‑4.5ml/L硅烷偶联剂溶液中，静置30min以上；利用转盘实现转接板均匀覆盖；将转接板加热至110℃维持30‑55min；将转接板放入钯胶体溶液，静置5min；将转接板放入硝酸银溶液，静置5min；在高转速环境下化学镀；特定电流和化学镀液下电镀。通过对玻璃转接板进行表面处理、活化处理后，在玻璃转接板表面吸附自催化核，为化学镀提供基本条件，从而顺利完成化学镀。与现有技术相比，本发明的成本大幅度降低，且保证了通孔内壁的金属种子层的质量。

Description

金属化填充玻璃转接板通孔的方法
技术领域
本发明涉及三维集成封装转接板制备技术领域，尤其是一种金属化填充玻璃转接板通孔的方法。
背景技术
随着微电子技术的发展，集成电路所面临的隧道贯穿等量子效应也日渐突出，摩尔定律也遇到了前所未有的瓶颈，而这些瓶颈有望通过先进的三维集成封装技术得到突破。其中，转接板又在三维集成封装技术中扮演着重要作用：芯片之间通过高密度的镀铜通孔转接板进行垂直互联，大大缩短互连线长度，这样一来便显著降低了系统的寄生参数，功耗，信号延迟以及尺寸等。
玻璃具有优越的绝缘性能、与硅接近的热膨胀系数以及优良的气密性，是三维集成封装的有力候选者。玻璃作为转接板联通上下线路需要实现玻璃通孔金属填充，而金属填充是采用电镀铜的方式进行的。鉴于玻璃是绝缘体，无法导电，基体表面需要额外镀上一层金属种子层，实现作为阴极导电沉铜的功能。面对孔径的微型化以及深宽比(孔深与孔径之比)的增大，深孔溅射、物理气相沉积以及原子层沉积技术均能够很好地实现了高质量的金属种子层，但是这些技术成本十分高昂，且相关设备都需要靠进口。考虑到市场化的问题，国内厂商更倾向于采用化学镀的方法来替代。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种金属化填充玻璃转接板通孔的方法，采用化学镀的方式在玻璃转接板通孔形成金属种子层，降低玻璃转接板通孔的金属化填充成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：金属化填充玻璃转接板通孔的方法，包括以下步骤：
A、将转接板放入除油液中，温度控制在80℃以上，并施加超声波场，超声波场持续5-10min后，将转接板从除油液中取出并放入去离子水中，并施加超声波场，超声波场持续5-10min；
B、将转接板取出并放入浓度为3.5-4.5ml/L硅烷偶联剂中静置30-50min，将样品取出，放入转盘使有机物在玻璃表面覆盖均匀；
C、将转接板取出，并加热至110-120℃维持在30-55min范围内；
D、将加热后的转接板放入钯胶体溶液，静置5-7min；
E、将转接板取出并放入硝酸银溶液，静置5-7min；
F、化学镀12-18min；
G、电镀。
进一步地，步骤A中，除油液包括80g/L以上的氢氧化钠、25-40g/L碳酸钠、30-45g/L的磷酸钠，溶剂为去离子水。
进一步地，步骤B中硅烷偶联剂包括但不限于3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷、3-(2-氨基乙基氨基)丙基三乙氧基硅烷、3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷等。
进一步地，步骤B中硅烷偶联剂溶剂涉及到50％甲醇以及50％水。
进一步地，步骤B中利用转盘实现有机物均匀覆盖玻璃具体包括：
b1、将衬底固定到转盘上，衬底的中心偏离转盘的回转中心；
b2、环境调控至50-150Pa中，且静置8-15min，控制转盘转动，将多余的硅烷耦合剂溶液甩掉；
进一步地，步骤F中，化学镀液各组分浓度为：铜铜40-60g/L，氢氧化钠30-40g/L，柠檬酸钠40-50g/L，甲醛30-40g/L。
进一步地，步骤F中，化学镀过程中温度维持在25-30℃，采用磁力搅拌机维持转速1500-2000rpm。
进一步地，步骤G中，电镀液各组分浓度为：铜50-70g/L，硫酸20-30g/L，氯离子40-50mg/L，整平剂5-7ml/L，抑制剂5-6ml/L，加速剂8-10ml/L。
进一步地，步骤G中，电镀脉冲电流为0.05-0.1A/dm2，电流间隔时间为10微秒。
本发明的有益效果是：玻璃作为非金属物质，没有自催化活性，化学镀是无法在表面沉积金属，因此，本发明通过对玻璃转接板进行表面处理、活化处理后，在玻璃转接板表面吸附自催化核，为化学镀提供基本条件，从而顺利完成化学镀。与现有深孔溅射、物理气相沉积以及原子层沉积技术相比，本发明的成本大幅度降低，且保证了通孔内壁的金属种子层的质量。
附图说明
图1是采用本发明对玻璃转接板通孔填充后的表面示意图。
图2是采用本发明对玻璃转接板通孔填充后的剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明的金属化填充玻璃转接板通孔的方法，包括以下步骤：
A、将转接板放入除油液中，温度控制在80℃以上，并施加超声波场，超声波场持续5-10min后，将转接板从除油液中取出并放入去离子水中，并施加超声波场，超声波场持续5-10min；
B、将转接板取出并放入浓度为3.5-4.5ml/L 3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷的水溶液中，静置30-50min，将样品取出，放入转盘使有机物再玻璃表面覆盖均匀，环境调控至50-150Pa中，既保持着液体的流动性，又不因转速太快将液体甩走，且静置8-15min，控制转盘转动，利用转速将多余的硅烷耦合剂溶液甩掉；
C、将转接板取出，并加热至110-120℃维持在30-55min范围内；将转接板取出，并加热至110-120℃维持在30-55min范围内。玻璃作为非金属物质，没有自催化活性，化学镀是无法在表面沉积金属。因此，通过上述步骤A、B、C对转接板进行表面处理，使得玻璃表面带电荷，可以捕捉到目标金属。硅烷偶联剂通过水解，与玻璃表面活跃的Si-OH键结合，形成活性表面，而另一面氨基易在水中带电荷，吸引目标金属。
D、将加热后的转接板放入钯胶体溶液，静置5-7min。钯胶体溶液也叫胶体钯溶液，生成的钯金属外围吸附着锡离子和氯离子。表面处理后的转接板在钯胶体溶液中浸泡，可以吸附捕捉游离的钯胶体。
E、将转接板取出并放入硝酸银溶液，静置5-7min，硝酸银溶液能够使转接板的表面多余的锡离子和氯离子离开留下钯金属沉积在表面，钯核能够在化学镀时吸附金属离子，从而在玻璃转接板的表面形成金属层。
F、化学镀持续15min。化学镀是实现通孔金属填充的前提，适当的化学镀金属层均匀覆盖，本发明改进实验结果，其中化学镀液各组分浓度为：铜铜40-60g/L，氢氧化钠30-40g/L，柠檬酸钠40-50g/L，甲醛30-40g/L。温度维持在25-30℃，采用磁力搅拌机维持转速1500-2000rpm。
G、电镀。对于高深宽比孔径，通孔内填充的铜柱内极易出现金属孔洞，因此本发明改良了电镀液的配比，具体地：电镀液各组分浓度为：铜50-70g/L，硫酸20-30g/L，氯离子40-50mg/L，整平剂5-7ml/L，抑制剂5-6ml/L，加速剂8-10ml/L。同时还调整了脉冲电流的大小和频率，具体地：电镀脉冲电流为0.05-0.1A/dm2，电流间隔时间为10微秒。
实施例一
金属化填充玻璃转接板通孔的方法，采用以下步骤：
A、将转接板放入除油液中、温度在85℃的，并施加超声波场，超声波场持续8min后，将转接板从溶液中取出并放入去离子水中，并施加超声波场，超声波场持续5min；
B、将转接板取出并放入浓度为4ml/L 3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷溶液中，静置35min，将样品取出，放入转盘使有机物再玻璃表面覆盖均匀，环境调控至100Pa中，且静置10min，控制转盘转动，将多余的硅烷耦合剂溶液甩掉；
C、将转接板取出，将转接板加热110℃30min；
D、将加热后的转接板放入钯胶体溶液，静置5min；
E、将转接板取出并放入硝酸银溶液，静置5min；
F、化学镀15min；其中化学镀液各组分浓度为：铜铜50g/L，氢氧化钠40g/L，柠檬酸钠50g/L，甲醛40g/L。温度维持在30℃，采用磁力搅拌机维持转速1500rpm。
G、电镀：电镀液各组分浓度为：铜60g/L，硫酸25g/L，氯离子45mg/L，整平剂6ml/L，抑制剂5ml/L，加速剂9ml/L，电镀脉冲电流为0.08A/dm2，电流间隔时间为10微秒。
采用本实施例对玻璃转接板通孔填充后的表面示意图见图1，剖面示意图见图2，从图上可以看出，玻璃转接板通孔内填充的铜柱形状较规则，不存在孔洞等缺陷，填充质量较高，能够较高地满足转接板的要求。

Claims (8)

1.金属化填充玻璃转接板通孔的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将转接板放入除油液中，温度控制在80℃以上，并施加超声波场，超声波场持续5-10min后，将转接板从除油液中取出并放入去离子水中，并施加超声波场，超声波场持续5-10min；
B、将转接板取出并放入浓度为3.5-4.5ml/L硅烷偶联剂中静置30-50min，将样品取出，放入转盘使有机物在玻璃表面覆盖均匀；
C、将转接板取出，并加热至110-120℃维持在30-55min范围内；
D、将加热后的转接板放入钯胶体溶液，静置5-7min；
E、将转接板取出并放入硝酸银溶液，静置5-7min；
F、化学镀12-18min；
G、电镀。
2.如权利要求1所述的除油液包括80g/L以上的氢氧化钠、25-40g/L碳酸钠、30-45g/L的磷酸钠，溶剂为去离子水。
3.如权利要求1所述的硅烷偶联剂包括但不限于3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷、3-(2-氨基乙基氨基)丙基三乙氧基硅烷、3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷等。硅烷偶联剂溶剂涉及到50％甲醇以及50％水。
4.如权利要求1所述的利用转盘实现有机物均匀覆盖玻璃的方法具体包括：将衬底固定到转盘上，衬底的中心偏离转盘的回转中心；环境调控至50-150Pa中，且静置8-15min，控制转盘转动，将多余的硅烷耦合剂溶液甩掉。
5.如权利要求1所述的化学镀液各组分浓度为：铜铜40-60g/L，氢氧化钠30-40g/L，柠檬酸钠40-50g/L，甲醛30-40g/L。
6.如权利要求5所述的化学镀过程中温度维持在25-30℃，采用磁力搅拌机维持转速1500-2000rpm，时间在12-18min。
7.如权利要求1所述的金属化填充玻璃转接板通孔的方法，其特征在于，步骤G中，电镀液各组分浓度为：铜50-70g/L，硫酸20-30g/L，氯离子40-50mg/L，整平剂5-7ml/L，抑制剂5-6ml/L，加速剂8-10ml/L。
8.如权利要求7所述的金属化填充玻璃转接板通孔的方法，其特征在于，步骤G中，电镀脉冲电流为0.05-0.1A/dm2，电流间隔时间为10微秒。
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