CN113066758A - Tgv深孔填充方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种TGV深孔填充方法，包括以下步骤：A、对玻璃基板进行清洗；B、对玻璃基板进行激光打孔，得到多个玻璃通孔；C、采用腐蚀液对玻璃基板以及玻璃通孔进行腐蚀；D、对玻璃基板以及玻璃通孔进行种子层溅射；E、将玻璃基板浸泡在稀硫酸溶液中以进行活化；F、电镀。通过对玻璃基板以及玻璃通孔进行腐蚀，使得玻璃基板以及玻璃通孔表面变得粗糙，种子层与玻璃基板以及玻璃通孔之间的摩擦系数增大，可增强种子层的附着强度，在后续活化以及电镀过程中，可在一定的程度上防止种子层脱落，从而保证电镀的效果。

Description

TGV深孔填充方法
技术领域
本发明涉及三维集制作转接板技术领域，尤其是一种TGV深孔填充方法。
背景技术
3D封装是目前工业界最成熟的集成类别，主要通过封装将裸芯片或单独封装好的芯片堆叠在一起，目前包括许多不同的技术，其中大部分是现有单芯片封装技术往三维方向的扩展。转接板(Interposer)，也被称为插入层或中间层，是一种新型的电子基板，能够实现顶部管芯级的细间距I/O与底部封装级较大尺寸大间距I/O之间的互连。转接板上设置了许多的玻璃通孔(Through-Glass-Via，TGV)，玻璃通孔(TGV)穿过衬底延伸互连，实现垂直集成的同时缩短了互连长度，从而减小尺寸，重量和功耗，是目前2.5D/3D集成技术的基础和核心。
TGV(玻璃通孔)是主要通过金属化填充，主要为化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、化学镀(Electroless Plating)和电镀(Electroplating)这四种方法，而化学镀和电镀是目前最主要使用的两种方法，且都以铜作为填充材料。而TGV(玻璃通孔)作为一种可替代硅基转接板的三维互连技术，具有优良的高频电学性能，容易获取大尺寸超薄的玻璃衬底，且成本低、制作流程简单、机械稳定性强，应用领域广泛。
通过电镀的方式进行深孔的填充，最主要的难点为如何解决实现无空隙填充，当金属沉积的速率过快时，容易出现通孔中间不能及时填充金属从而出现空隙，空隙的出现会影响芯片信号的传输等，同时如何使表面覆盖的铜层尽量薄，以此降低后续磨抛等成本。此外，对于TGV深孔，即孔深与直径比较大的玻璃通孔，为了提高清洗、电镀的均匀性以及效率，可施加超声波，但超声波容易导致种子层脱落，影响产品质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种TGV深孔填充方法，提高TGV深孔的填充质量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：TGV深孔填充方法，包括以下步骤：
A、对玻璃基板进行清洗，去除玻璃基板表面的油污、灰尘等杂质，使玻璃基板保持洁净。
B、将已清洗的玻璃基板烘干，对玻璃基板进行激光打孔，得到多个玻璃通孔，各个玻璃通孔的数量和位置根据设计的图案确定。打孔完成后，用表面活性剂、乙醇、异丙醇等在超声条件下清洗玻璃基板，清洗完成后，将玻璃基板烘干。
C、采用腐蚀液对玻璃基板以及玻璃通孔进行腐蚀，可起到扩大玻璃通孔直径的作用，同时使得玻璃基板以及玻璃通孔表面产生细小的凹槽，变得粗糙，溅射种子层后，可提高种子层的附着强度，防止种子层脱落。
D、对玻璃基板以及玻璃通孔进行种子层溅射；种子层为导电层，电镀时可用于吸附电镀液中的铜离子。
E、将玻璃基板浸泡在稀硫酸溶液中以进行活化；
F、电镀。
进一步地，步骤F中，电镀电流为25-45mA，电镀时间为48-60h。电镀电流过小，会导致效率低下，且种子层脱落、玻璃通孔内没有填充的问题；电镀电流过大，会出现玻璃基板表面镀铜粗糙，玻璃通孔未填充实的情况。因此，经过反复试验，将电镀电流为25-50mA，可有效解决种子层脱落、玻璃通孔填充不实的问题。
进一步地，步骤E之后，对玻璃基板进行检测确保其导电，玻璃基板导电，即可保证种子层完全覆盖玻璃基板以及玻璃通孔内壁，确保后续电镀后，镀铜能够充满玻璃通孔。可采用万能表检测玻璃基板是否导电。
进一步地，步骤F之前，利用夹具夹持玻璃基板，然后将玻璃基板放入浸润槽，然后对浸润槽进行抽真空，持续一段时间后，取出玻璃基板并晃动多次，然后将玻璃基板再次放入浸润槽并再次抽真空，再次持续一段取出浸润槽进行电镀。由于玻璃通孔的孔深和直径的比值较大，玻璃通孔的内部容易出现气泡，通过抽真空可去除玻璃通孔内的气泡，防止气泡的存在导致镀铜无法完全填充玻璃通孔。浸润槽中的液体可以是电镀液。
进一步地，步骤C中，腐蚀液采用体积浓度为5％-20％的氢氟酸，氢氟酸能够与玻璃中的二氧化硅快速反应，提高腐蚀效率。
进一步地，步骤D中，种子层为Ti-Cu。
进一步地，步骤F中，电镀液的成分为：15-25L的开缸剂，浓度为0.8ml/L的ZS-TVFA溶液15-20ml、浓度为15ml/L的ZS-TVF S溶液250-350ml、浓度为16ml/L的ZS-TVF A溶液300-350ml、浓度为18.4ml/L的ZS-TVF A溶液310-350ml。
进一步地，步骤A中，依次用丙酮、酒精和去离子水在的超声波下对玻璃基板清洗5-10min。
进一步地，在步骤C和E中，腐蚀和活化的同时施加超声波，确保腐蚀液和活化液能够均匀地对玻璃通孔内壁进行腐蚀或者活化，同时提高腐蚀和活化的效率。在活化时，为了防止种子层脱落，采用强度较小的超声波。
本发明的有益效果是：通过对玻璃基板以及玻璃通孔进行腐蚀，使得玻璃基板以及玻璃通孔表面变得粗糙，种子层与玻璃基板以及玻璃通孔之间的摩擦系数增大，可增强种子层的附着强度，在后续活化以及电镀过程中，可在一定的程度上防止种子层脱落，从而保证电镀的效果。
附图说明
图1是本发明实施例一填充玻璃转接板后的截面示意图；
图2是本发明实施例一填充玻璃转接板后的表面示意图；
图3是本发明实施例二填充玻璃转接板后的截面示意图；
图4是本发明实施例二填充玻璃转接板后的表面示意图；
图5是本发明实施例三填充玻璃转接板后的截面示意图；
图6是本发明实施例三填充玻璃转接板后的表面示意图；
图7是本发明对比例一填充玻璃转接板后的表面示意图；
图8是本发明对比例二填充玻璃转接板后的截面示意图；
图9是本发明对比例二填充玻璃转接板后的表面示意图.
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。
实施例一
通过电镀的方式对玻璃通孔进行填充的具体方法为：
根据要求选择合适的透明玻璃基板，分别用丙酮、酒精和去离子水在一定强度的超声下清洗8min，共清洗24分钟。
将已清洗的玻璃基板烘干，根据所需图案利用激光对玻璃基板进行激光打孔，得到多个玻璃通孔。
打完孔后的玻璃基板用表面活性剂、乙醇、异丙醇等在超声条件下清洗，清洗完成并烘干后，用体积浓度为5％-20％的氢氟酸腐蚀，使玻璃通孔的直径扩大到50um左右，在腐蚀的同时可以利用一定的超声波场辅助腐蚀，使腐蚀更均匀，避免产生炸裂等情况。
将腐蚀后的玻璃基板进行深孔溅射，溅射的种子层为Ti-Cu。
将溅射后的试片在稀硫酸溶液中活化，活化的同时可以辅助一定的超声，但超声的大小不能过大，防止种子层脱落。
将活化后的试片放入夹具中，用螺丝钉固定之后，用万用表测试是否导通，确定导通之后用去离子水冲洗夹具。
将固定好的夹具及试片一起放入浸润槽中，开启抽真空按钮，抽真空2分钟，关闭真空按钮，取出夹具，轻轻抖动几下，再放入浸润槽中，重复上述操作一次。此时抽真空的目的为去除孔内的气泡，避免孔内气泡对电镀产生影响。
将含试片的夹具从浸润槽中取除后，用去离子水冲洗，用万用表确定导通后放入电镀阴极槽中，确定与电镀槽卡紧，然后在设置电流大小及时间，最后开启冷却循环系统。电流大小为25mA，电镀时间为55h。
此时电镀液的成分为：20L的开缸剂，浓度为0.8ml/L的ZS-TVF A溶液18ml、浓度为15ml/L的ZS-TVF S溶液300ml、浓度为16ml/L的ZS-TVF A溶液330ml、浓度为18.4ml/L的ZS-TVF A溶液330ml。
I、电镀完成后，取下玻璃基板，用测厚仪测试玻璃基板的厚度。
电镀后试片比未电镀试片厚45um左右，镀铜的厚度较小，后续磨抛余量较小，便于打磨抛光。
在显微镜下观察发现，没有出现透光现象，也未发现透水。
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2，截面示意图见图1。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。
实施例二
该具体实施例的操作步骤同实施例一，差别在于当将含玻璃基板的夹具从浸润槽中取除后，用去离子水冲洗，用万用表确定导通后放入电镀阴极槽中，确定与电镀槽卡紧，然后设置电流大小及时间，最后开启冷却循环系统。电流大小设置为为30mA，电镀时间为55h。
电镀完成后，取下玻璃基板，用测厚仪测试试片厚度，电镀后玻璃基板比未电镀厚55um左右，镀铜的厚度较小，后续磨抛余量较小，便于打磨抛光。
在显微镜下观察发现，没有出现透光现象，也未发现透水。
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4，截面示意图见图3。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。
实施例三
该具体实施例的操作步骤同实施例一，差别在于当将含试片的夹具从浸润槽中取除后，用去离子水冲洗，用万用表确定导通后放入电镀阴极槽中，确定与电镀槽卡紧，然后设置电流大小及时间，最后开启冷却循环系统。此时电流大小设置为为45mA，电镀时间为50h。
电镀完成后，取下玻璃基板，用测厚仪测试玻璃基板厚度，电镀后玻璃基板比未电镀厚50um左右，镀铜的厚度较小，后续磨抛余量较小，便于打磨抛光。
在显微镜下观察发现，没有出现透光现象，也未发现透水。
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6，截面示意图见图5。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。
对比实施例一
根据要求选择合适的透明玻璃基板，分别用丙酮、酒精和去离子水在一定强度的超声下清洗8min。
将清洗之后的玻璃基板，利用激光打孔完成所需图案的设计。
打完孔后的玻璃基板用表面活性剂、乙醇、异丙醇等在超声条件下清洗。
将清洗后的玻璃基板进行深孔溅射，溅射的种子层为Ti-Cu。
将溅射后的试片在稀硫酸溶液中活化，活化的同时可以辅助一定的超声，但超声的大小不能过大，防止种子层脱落。
将活化后的试片放入夹具中，用螺丝钉固定之后，用万用表测试是否导通，确定导通之后用去离子水冲洗夹具。
将固定好的夹具及试片一起放入浸润槽中，开启抽真空按钮，抽真空2分钟，关闭真空按钮，取出夹具，轻轻抖动几下，再放入浸润槽中，重复上述操作一次。此时抽真空的目的为去除孔内的气泡，避免孔内气泡对电镀产生影响。
将含试片的夹具从浸润槽中取除后，用去离子水冲洗，用万用表确定导通后放入电镀阴极槽中，确定与电镀槽卡紧，然后在控制面版上设置电流大小及时间，最后开启冷却循环系统。电流大小为15mA，电镀时间为55h。
此时电镀液的成分为：20L的开缸剂，浓度为0.8ml/L的ZS-TVF A溶液18ml、浓度为15ml/L的ZS-TVF S溶液300ml、浓度为16ml/L的ZS-TVF A溶液330ml、浓度为18.4ml/L的ZS-TVF A溶液330ml。
电镀完成后，取下试片，观察到玻璃基板种子层出现脱落，且出现透光现象。
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7。由图上可以看出，当没有采用腐蚀液进行腐蚀，且电流大小控制在15mA时，玻璃基板表面种子层出现脱落状况，且部分玻璃通孔内没有出现填充状况。
对比实施例二
根据要求选择合适的透明玻璃基板，分别用丙酮、酒精和去离子水在一定强度的超声下清洗8min。
将已清洗的玻璃基板烘干，利用激光打孔完成所需图案的设计。
打完孔后的玻璃基板用表面活性剂、乙醇、异丙醇等在超声条件下清洗，清洗完成并烘干后，用一定浓度的氢氟酸腐蚀，至孔径大小为50um左右，在腐蚀的同时可以利用一定的超声波场辅助腐蚀，使腐蚀更均匀，避免产生炸裂等情况。
将腐蚀后的玻璃基板进行深孔溅射，溅射的种子层为Ti-Cu。
将溅射后的试片在稀硫酸溶液中活化，活化的同时可以辅助一定的超声，但超声的大小不能过大，防止种子层脱落。
将活化后的试片放入夹具中，用螺丝钉固定之后，用万用表测试是否导通，确定导通之后用去离子水冲洗夹具。
将固定好的夹具及试片一起放入浸润槽中，开启抽真空按钮，抽真空2分钟，关闭真空按钮，取出夹具，轻轻抖动几下，再放入浸润槽中，重复上述操作一次。此时抽真空的目的为去除孔内的气泡，避免孔内气泡对电镀产生影响。
将含试片的夹具从浸润槽中取除后，用去离子水冲洗，用万用表确定导通后放入电镀阴极槽中，确定与电镀槽卡紧，然后在控制面版上设置电流大小及时间，最后开启冷却循环系统。电流大小为60mA，电镀时间为55h。
此时电镀液的成分为：20L的开缸剂，浓度为0.8ml/L的ZS-TVF A溶液18ml、浓度为15ml/L的ZS-TVF S溶液300ml、浓度为16ml/L的ZS-TVF A溶液330ml、浓度为18.4ml/L的ZS-TVF A溶液330ml。
电镀完成后，取下玻璃基板，用测厚仪测试试片厚度，观察发现玻璃基板表面粗糙，但是没有出现透光和透水现象。
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9，截面示意图见图8。由上图可以看出，当电流很大时，表面镀铜粗糙，对磨抛后的表面在显微镜下进行观察发现，通孔表面出现未填充实的状况，存在孔洞，对截面进行磨抛处理发现通孔出现未填充实的情况。
通过上述实施例一至三，对比例一至二，图1至图9可知，本发明通过腐蚀提高表面粗糙程度，增强了种子层的附着强度，可有效防止种子层脱落。同时通过控制电镀电流，使得玻璃基板表面的镀铜厚度不大，便于后续打磨和抛光，且保证了玻璃通孔被完全填充，不会出现孔隙等缺陷，保证了填充的质量。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.TGV深孔填充方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、对玻璃基板进行清洗；
B、对玻璃基板进行激光打孔，得到多个玻璃通孔；
C、采用腐蚀液对玻璃基板以及玻璃通孔进行腐蚀；
D、对玻璃基板以及玻璃通孔进行种子层溅射；
E、将玻璃基板浸泡在稀硫酸溶液中以进行活化；
F、电镀。
2.如权利要求1所述的TGV深孔填充方法，其特征在于：步骤F中，电镀电流为25-45mA，电镀时间为48-60h。
3.如权利要求1或2所述的TGV深孔填充方法，其特征在于：步骤E之后，对玻璃基板进行检测确保其导电。
4.如权利要求1或2所述的TGV深孔填充方法，其特征在于：步骤F之前，利用夹具夹持玻璃基板，然后将玻璃基板放入浸润槽，然后对浸润槽进行抽真空，持续一段时间后，取出玻璃基板并晃动多次，然后将玻璃基板再次放入浸润槽并再次抽真空，再次持续一段取出浸润槽进行电镀。
5.如权利要求1或2所述的TGV深孔填充方法，其特征在于：步骤C中，腐蚀液采用体积浓度为5％-20％的氢氟酸。
6.如权利要求1或2所述的TGV深孔填充方法，其特征在于：步骤D中，种子层为Ti-Cu。
7.如权利要求1或2所述的TGV深孔填充方法，其特征在于：步骤F中，电镀液的成分为：15-25L的开缸剂，浓度为0.8ml/L的ZS-TVF A溶液15-20ml、浓度为15ml/L的ZS-TVF S溶液250-350ml、浓度为16ml/L的ZS-TVF A溶液300-350ml、浓度为18.4ml/L的ZS-TVF A溶液310-350ml。
8.如权利要求1或2所述的TGV深孔填充方法，其特征在于：步骤A中，依次用丙酮、酒精和去离子水在的超声波下对玻璃基板清洗5-10min。
9.如权利要求1或2所述的TGV深孔填充方法，其特征在于：在步骤C和E中，腐蚀和活化的同时施加超声波。
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