CN114525575A - 一种电化学添加剂反应控制装置及方法 - Google Patents

一种电化学添加剂反应控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电化学添加剂反应控制装置及方法，该装置包括用于对生产板进行电镀处理的电镀槽和可照射至所述生产板上的光学组件；所述电镀槽盛有用于与所述生产板发生电镀反应的电镀液和用于促进电镀反应的电化学添加剂；所述光学组件用于对所述电化学添加剂的有机物活性进行控制。本发明通过光学组件实现对电镀过程中的有机物活性进行控制，通过电化学添加剂加速或抑制电化学过程，进而实现对高密度电镀附着区域更好的厚度变化控制如此便可以提高对于生产板的电镀处理性能。

Description

一种电化学添加剂反应控制装置及方法
技术领域
本发明涉及线路板及IC基板生产技术领域，特别涉及一种电化学添加剂反应控制装置及方法。
背景技术
当前，随着PCB及IC载板行业向着更加微观方向的发展，业界迫切的需要更加先进以及更便于控制的电镀工具的出现。特别对于mSAP(改良型半加成法)和SAP(半加成法)等生产工艺来说，一个关键的影响因素在于电镀过程中金属分布的一致性问题。不同的载板线路图案设计往往也就意味着在非布线区域(ground)和布线区域(fine feature)之间多变的金属表面情况，也因如此需要对电流密度以及诸如：抑制剂、平坦剂、光亮剂和加速剂等电化学添加剂进行更为精细的调整以适应业界发展的需求。此外，伴随着纹路微缩化的发展趋势，盲孔(Via)或者过孔(TH)的数量也会增加，由此带来的发热管理方案也会是业界相关领域的关注方向。也就是说，如何对PCB及IC载板等进行更加精细化的处理是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种电化学添加剂反应控制装置及方法，旨在对生产板的电镀处理过程进行控制，以提高对于生产板的电镀处理精度。
本发明实施例提供了一种电化学添加剂反应控制装置，包括用于对生产板进行电镀处理的电镀槽和可照射至所述生产板上的光学组件；
所述电镀槽盛有用于与所述生产板发生电镀反应的电镀液和用于促进电镀反应的电化学添加剂；
所述光学组件用于对所述电化学添加剂的有机物活性进行控制。
进一步的，所述光学组件设置于所述电镀槽内，或者设置于所述电镀槽外。
进一步的，所述光学组件包括多个光源发射器，所述多个光源发射器均匀或随机围绕所述生产板分布。
进一步的，所述光学组件还包括多个可转动且可控制光源发射器发出的光线照射至所述生产板上的分光器。
进一步的，所述光源发射器发出的光源波长范围为200nm～450nm以及800nm～15um。
进一步的，所述光源发射器设置有4个，且4个光源均匀或随机布置在所述生产板的四周；所述分光器设置有8个，且每2个分光器与一个光源对应设置，使每一光源发出的光线经过分光器两次改变光路后照射至生产板上。
进一步的，所述光源发射器为激光光源，所述分光器为棱镜、平面镜或者光反射器。
进一步的，所述电化学添加剂为载运剂、抑制剂、平坦剂、加速剂和/或光亮剂。
本发明实施例还提供了一种电化学添加剂反应控制方法，应用于如上任一项所述的电化学添加剂反应控制装置，包括：
将待进行电镀的生产板置于电镀槽中；
利用所述电镀槽中的电镀液和电化学添加剂与生产板发生电镀反应；
通过光学组件发出的光源对所述电化学添加剂中的有机物活性进行控制，以调节所述电镀反应进程。
进一步的，所述电化学添加剂为光亮剂SPS；
所述利用所述电镀槽中的电镀液和电化学添加剂与生产板发生电镀反应，包括：
通过电镀液和生产板之间的电镀反应将光亮剂SPS在生产板的阴极一侧还原为MPS；
基于下列化学反应方程式，控制MPS与电镀反应中生成的氯离子和铜离子反应形成络合物2R-[S-Cu]HCl：
2R-SH+2Cu++2Cl-→2R-[S-Cu]HCl；
2R-[S-Cu]HCl+2e-→2Cu0+2R-SH+2Cl-；
所述通过光学组件发出的光源对所述电化学添加剂中的有机物活性进行控制，以调节所述电镀反应进程，包括：
基于下列化学反应方程式，通过光学组件发出的紫外光UV激活或氧化溶解所述电镀槽中的氧气，并加速阴极表面的还原过程，以抑制铜在生产板上的沉积速率：
2R-SH+2Cu0+O2→UV→R-S-S-R+2Cu0+H2O；
2R-SH+O3→R-S-S-R+O2+H2O。
本发明实施例提供了一种电化学添加剂反应控制装置及方法，该装置包括用于对生产板进行电镀处理的电镀槽和可照射至所述生产板上的光学组件；所述电镀槽盛有用于与所述生产板发生电镀反应的电镀液和用于促进电镀反应的电化学添加剂；所述光学组件用于对所述电化学添加剂的有机物活性进行控制。本发明实施例通过光学组件实现对电镀过程中的有机物活性进行控制，从而通过抑制或加速电化学电镀添加剂的方式获得对微小的电镀附着区域更好的厚度变化控制，如此便可以提高对于生产板的电镀处理精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电化学添加剂反应控制装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种电化学添加剂反应控制方法的流程示意图。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
下面请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种电化学添加剂反应控制装置示意性框图，该装置包括用于对生产板3进行电镀处理的电镀槽1和可照射至所述生产板3上的光学组件2；
所述电镀槽1盛有用于与所述生产板发生电镀反应的电镀液和用于促进电镀反应的电化学添加剂；
所述光学组件2用于对所述电化学添加剂的有机物活性进行控制。
本实施例中，电化学添加剂反应控制装置包括电镀槽1和光学组件2，通过电镀槽1中电镀液和电化学添加剂与生产板3发生电镀反应，同时光学组件2对所述电化学添加剂中的有机物活性进行控制，以调节所述电镀反应进程。
本实施例通过光学组件2实现对电镀过程中的有机物活性进行控制，例如对有机物活性进行抑制或者加速，从而通过此种抑制或加速电化学电镀添加剂的方式获得对微小的高密度电镀附着区域更好的厚度变化控制。本实施例所述的生产板3可以是IC载板或其他类型的高端PCB单面或双面产品。
在一实施例中，所述光学组件2设置于所述电镀槽1内，或者设置于所述电镀槽1外。
本实施例中，不论光学组件2是在电镀槽1内又或者是在电镀槽1外，只需其发出的光线能够照射到生产板3上的区域即可，从而对照射的区域进行反应预活化或者抑制。
在一实施例中，所述光学组件2包括多个光源发射器21，所述多个光源发射器21均匀或随机围绕所述生产板分布。
当然，在其他实施例中，也可以选择一个较大面积的LED灯板22直接布置在所述生产板的侧边。优选的，在生产板的两侧均分布一较大面积的LED灯板22。
进一步的，在一实施例中，所述光学组件2还包括多个可转动且可控制光源发射器21发出的光线照射至所述生产板3上的分光器211。
本实施例通过设置分光器211，可以对光源发射器21发出的光线进行反射或者折射等其他方式改变光路方向，并且可以依据实际需求调整光路的角度，从而无需移动调整光源发生器21的位置角度，便能够使光线照射到期望的区域，提高了电镀处理过程的灵活性和性能。
在一实施例中，所述光源发射器21发出的光源波长范围为200nm～450nm以及800nm～15um。
本实施例中，通过控制光源发射器21发出的光源波长范围来达到光源发射器21覆盖不同波段的效果。例如，200nm～450nm的光源波长范围可以覆盖蓝光至紫外光，800nm～15um的光源波长范围可以覆盖近红外频谱至远红外频谱。
结合图1，在一实施例中，所述光源发射器21设置有4个，且4个光源发射器21均匀或随机布置在所述生产板3的四周；所述分光器设置有2个，且每2个分光器211与一个光源发射器21对应设置，使每一光源发射器21发出的光线经过分光器211两次改变光路后照射至生产板3上。
本实施例中，在生产板3的四周分别布置一光源发射器21，同时，每一光源发射器21配置有两个分光器211，即光源发射器21发出的光线会经过两次光路改变后，以类似阴极射线管(CRT)的扫射方式扫过生产板的相关区域。优选的，将光源21调整为光点，可以强化控制效果。
具体的，所述光源发射器21激光光源，所述分光器211为棱镜、平面镜或者光反射器。当然，在其他应用场景中，所述光源发射器21也可以是类似于激光光源的其他光源系统，所述分光器21也可以是其他能够起到改变光路方向的装置。
在一实施例中，所述电化学添加剂为载运剂、抑制剂、平坦剂、加速剂和/或光亮剂。
本实施例中，抑制剂(又称为缓聚剂)是一种用来阻滞或降低化学反应速度的物质，作用与负催化剂相同，它不能停止电镀反应过程，只是减缓电镀反应过程，借以抑制或缓和化学反应的物质。平坦剂是一种加入到电镀液中能改善镀层的平整性，使获得的镀层比基体表面更为平滑的物质。加速剂可以快速沉铜，并能保护沉铜液。光亮剂是一类有机化合物，它能络合金属离子并以催化的方式将金属沉积到阴极表面，所以也被称为电镀"加速剂"，加速剂主要降低了Cu+还原成金属铜Cu的能量。
下面以常见的光亮剂(brightener)SPS(聚二硫二丙烷磺酸(钠))为例；将SPS(聚二硫二丙烷磺酸(钠))简写为R-S-S-R：
Figure BDA0003591968700000061
标准的SPS将会在阴极一侧被还原成MPS(3-巯基-1-丙烷磺酸(钠)，并将其简写为2R-SH如下所示：
Figure BDA0003591968700000062
MPS进一步与氯离子和铜离子反应形成络合物，进而提升铜的沉积率：
2R-SH+2Cu++2Cl-→2R-[S-Cu]HCl；
2R-[S-Cu]HCl+2e-→2Cu0+2R-SH+2Cl-；
进一步的，在阴极表面通过光源对MPS进行氧化进而实现对光亮剂(brightener)的钝化作用，具体可以是通过光学组件2发出的紫外光UV激活或氧化溶解所述电镀槽1中的氧气，并加速阴极表面的还原过程，以抑制铜在生产板上的沉积速率：
2R-SH+2Cu0+O2→UV→R-S-S-R+2Cu0+H2O；
2R-SH+O3→R-S-S-R+O2+H2O。
此处仅用常见的光亮剂类型SPS举例说明反应过程，同样的反应方式也可用其他的磺酸基化合物来举例，如：UPS(异硫脲丙基硫酸盐)、ZPS(3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠)等。此外，这种控制方法还可以改变胺类，酰胺类平坦剂或者其他类型的极化载运剂成分的加载亲和性。
图2为本发明实施例提供的一种电化学添加剂反应控制方法，应用于如上所述的电化学添加剂反应控制装置，具体包括：步骤S201～S203。
S201、将待进行电镀的生产板3置于电镀槽1中；
S202、利用所述电镀槽1中的电镀液和电化学添加剂与生产板3发生电镀反应；
S203、通过光学组件2发出的光源对所述电化学添加剂中的有机物活性进行控制，以调节所述电镀反应进程。
进一步的，在一实施例中，所述电化学添加剂为光亮剂SPS；
所述利用所述电镀槽1中的电镀液和电化学添加剂与生产板发生电镀反应，包括：
通过电镀液和生产板3之间的电镀反应将光亮剂SPS在生产板3的阴极一侧还原为MPS；
基于下列化学反应方程式，控制MPS与电镀反应中生成的氯离子和铜离子反应形成络合物2R-[S-Cu]HCl：
2R-SH+2Cu++2Cl-→2R-[S-Cu]HCl；
2R-[S-Cu]HCl+2e-→2Cu0+2R-SH+2Cl-；
所述通过光学组件2发出的光源对所述电化学添加剂中的有机物活性进行控制，以调节所述电镀反应进程，包括：
基于下列化学反应方程式，通过光学组件发出的紫外光UV激活或氧化溶解所述电镀槽1中的氧气，并加速阴极表面的还原过程，以抑制铜在生产板3上的沉积速率：
2R-SH+2Cu0+O2→UV→R-S-S-R+2Cu0+H2O；
2R-SH+O3→R-S-S-R+O2+H2O。
由于方法部分的实施例与装置部分的实施例相互对应，因此方法部分的实施例请参见装置部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种电化学添加剂反应控制装置，其特征在于，包括用于对生产板进行电镀处理的电镀槽和可照射至所述生产板上的光学组件；
所述电镀槽盛有用于与所述生产板发生电镀反应的电镀液和用于促进电镀反应的电化学添加剂；
所述光学组件用于对所述电化学添加剂的有机物活性进行控制。
2.根据权利要求1所述的电化学添加剂反应控制装置，其特征在于，所述光学组件设置于所述电镀槽内，或者设置于所述电镀槽外。
3.根据权利要求1所述的电化学添加剂反应控制装置，其特征在于，所述光学组件包括多个光源发射器，所述多个光源发射器均匀或随机围绕所述生产板分布。
4.根据权利要求3所述的电化学添加剂反应控制装置，其特征在于，所述光学组件还包括多个可转动且可控制光源发射器发出的光线照射至所述生产板上的分光器。
5.根据权利要求3所述的电化学添加剂反应控制装置，其特征在于，所述光源发射器发出的光源波长范围为200nm～450nm以及800nm～15um。
6.根据权利要求4所述的电化学添加剂反应控制装置，其特征在于，所述光源发射器设置有4个，且4个光源均匀或随机布置在所述生产板的四周；所述分光器设置有8个，且每2个分光器与一个光源对应设置，使每一光源发出的光线经过分光器两次改变光路后照射至生产板上。
7.根据权利要求4所述的电化学添加剂反应控制装置，其特征在于，所述光源发射器为激光光源，所述分光器为棱镜、平面镜或者光反射器。
8.根据权利要求1所述的电化学添加剂反应控制装置，其特征在于，所述电化学添加剂为载运剂、抑制剂、平坦剂、加速剂和/或光亮剂。
9.一种电化学添加剂反应控制方法，应用于如权利要求1～8任一项所述的电化学添加剂反应控制装置，其特征在于，包括：
将待进行电镀的生产板置于电镀槽中；
利用所述电镀槽中的电镀液和电化学添加剂与生产板发生电镀反应；
通过光学组件发出的光源对所述电化学添加剂中的有机物活性进行控制，以调节所述电镀反应进程。
10.根据权利要求9所述的电化学添加剂反应控制方法，其特征在于，所述电化学添加剂为光亮剂SPS；
所述利用所述电镀槽中的电镀液和电化学添加剂与生产板发生电镀反应，包括：
通过电镀液和生产板之间的电镀反应将光亮剂SPS在生产板的阴极一侧还原为MPS；
基于下列化学反应方程式，控制MPS与电镀反应中生成的氯离子和铜离子反应形成络合物2R-[S-Cu]HCl：
2R-SH+2Cu++2Cl-→2R-[S-Cu]HCl；
2R-[S-Cu]HCl+2e-→2Cu0+2R-SH+2Cl-；
所述通过光学组件发出的光源对所述电化学添加剂中的有机物活性进行控制，以调节所述电镀反应进程，包括：
基于下列化学反应方程式，通过光学组件发出的紫外光UV激活或氧化溶解所述电镀槽中的氧气，并加速阴极表面的还原过程，以抑制铜在生产板上的沉积速率：
2R-SH+2Cu0+O2→UV→R-S-S-R+2Cu0+H2O；
2R-SH+O3→R-S-S-R+O2+H2O。
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