CN114855229A - 一种电子电路盲孔通孔共镀的电镀液及配方 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子电路盲孔通孔共镀的电镀液及配方，属于电子电路电镀技术领域，涉及电路板、IC封装基板或陶瓷通孔及玻璃通孔(TGV)互连技术领域。提供了一种电子电路盲孔通孔共镀的整平剂及电镀液配方，能够在同一镀液中实现对盲孔的高填充率和对通孔的高抛射率，且电镀能耗低，孔口平整，孔内无空洞。所述电镀铜浴配方中均镀剂为5‑巯基‑4‑对甲苯基‑4氢‑3‑羟基‑1,2,4‑三唑化合物与1‑(4‑羟基苯基)‑5‑巯基‑四氮唑化合物的混合物等，该均镀剂在硫酸铜作为主盐镀液并加入抑制剂及加速剂条件下通过搅拌措施搭配合理的电镀工艺可获得较好的填孔效果的同时获得较好的通孔均镀能力，且槽电压和能耗较低，节能降耗，起到了节约成本提高电镀效率的作用。

Description

一种电子电路盲孔通孔共镀的电镀液及配方

技术领域

本发明属于集成电路封装基板、HDI、3D IC硅通孔或TGV等制造技术领域，涉及一种通孔、盲孔填孔共镀铜液配方及低功耗实现方法，具体为一种电子电路盲孔通孔共镀的低功耗电镀液及配方。

背景技术

IC载板是提供IC芯片和PCB之间的连接的桥梁，这些连接是通过导电铜走线和微孔的电气网络实现的。先进三维封装技术为实现电子产品小型化、轻质化、多功能化提供了重要技术手段。TSV为例，硅通孔半导体材料在传输信号时，信号与衬底材料有较强的电磁耦合效应，衬底中会产生涡流现象，造成信号插损、串扰等影响信号完整性。作为一种可能替代硅基转接板的材料，玻璃通孔(TGV)互连技术具有高频电学特性优异、成本低、工艺流程简单、机械稳定性强等应用优势。一般来说三维封装中的Z向互连需要通过通孔或盲孔孔金属化来实现电气及传输信号互连。为了实现微孔的无空隙电沉积和提高通孔的深镀能力，需要引入化学添加剂，如抑制剂(如聚乙二醇(PEG)和由环氧丙烷-环氧乙烷-环氧丙烷(PEP)组成的三嵌段共聚物)、加速剂(如双(3-磺丙基)二硫(SPS))和低浓度的整平剂(如健那绿，JGB)。盲孔电镀通常采用的是高铜低酸的镀液体系，通孔电镀需要低通高酸的镀液体系，所以通常盲孔和通孔会使用两种镀液体系进行孔金属化，这样工序复杂，成本较高。CN105441993A和CN107313081A均公开了一种通孔盲孔共镀的电镀液及电镀方法，两者均采用同一镀液实现通孔盲孔的共镀。前者使用两种电流密度前后进行了30min和60min的电镀，盲孔填充率达到92％，后者对通孔的深镀能力达到95％，但盲孔的dimple较大，所以在保证通孔深镀能力高的同时降低电镀时间和盲孔的dimple成为了新的挑战。

此外，电镀的功率P＝UI，其中U为槽电压，I为槽电流。当槽电流密度控制在一定数值时，功率与槽电压成正比。传统的酸铜电镀液配方如哈工大肖宁博士采用220g/L的五水硫酸铜，55g/L的硫酸，60ppm的氯离子，200ppm的EPE，6ppm的SPS和4-8ppm的JGB，电流密度2ASD，电镀时槽电压约为1.70V，计时电位法的极化电位约为-0.67V(vs.SMSE)([1]肖宁,EPE系列镀铜抑制剂的填孔性能与作用机理研究,哈尔滨工业大学,2013.)。由于正电类整平剂的在阴极吸附性较强，会大幅增大阴极的极化，从而使槽电压增加，导致电镀所耗功率上升，这无疑会消耗更多的电能。所以寻找一种能使得镀层光亮平整且低槽压低功耗下的电流整平剂一直是科研人员的目标，尤其是在低功耗的同时能实现填盲孔并获得良好的通孔均镀能力显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电子电路盲孔通孔共镀的整平剂及电镀液配方，能够在同一镀液中实现对盲孔的高填充率和对通孔的高深镀能力，且电镀功耗低，电镀时间短，孔口平整，孔内无空洞。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种电子电路盲孔通孔共镀的电镀液配方及工艺，其特征在于，所述电镀液配方由如下组分所组成：

硫酸铜 50-300g/L

硫酸 20-240g/L

氯离子 10-100mg/L

加速剂 0.05-10mg/L

抑制剂 10-800mg/L

整平剂 1-20mg/L

本发明中所述加速剂为3-(苯并噻唑-2-巯基)丙烷磺酸钠或3-巯基-1-丙磺酸钠或噻唑啉基二硫代丙烷磺酸钠或双(3-磺酸丙基)二硫化物的混合物。抑制剂为聚乙二醇和环氧丙烷(PO)与环氧乙烷(EO)所构成的三嵌段聚合物的混合物。整平剂主要为5-巯基-4-对甲苯基-4氢-3-羟基-1,2,4-三唑化合物与1-(4-羟基苯基)-5-巯基-四氮唑化合物的混合物组成。

所述电镀铜浴的电镀工艺条件为：电流密度：0.01～10A/dm²，采用搅拌0.2—4.5L/min,适应温度：10-55℃。

本发明的有益效果在于：

本发明提供一种电子电路盲孔通孔共镀的电镀液配方及工艺，该整平剂在酸铜镀液体系中具有对盲孔的高填充率和对通孔的高深镀能力，盲孔孔口平整，孔内无孔洞，电镀耗时短，同时通孔盲孔共用一种配方，工艺简单，提升了生产效率；且相比于健那绿、健那黑等有机染料分子，该整平剂对环境友好，易降解，不会污染电镀设备，易清洗；该整平剂具有高填孔率的同时其阴极极化能力低于正电类整平剂，降低了电镀所耗功率。

附图说明

图1为实施例1所用电镀液在不同转速下的旋转圆盘电极电位差值示意图

图2为通孔直径示意金相图

图3为实施例1制得的通孔切片金相图

图4为实施例1制得的盲孔切片金相图

图5为实施例1的电镀参数

图6为实施例2所用电镀液在不同转速下的旋转圆盘电极电位差值示意图

图7为实施例2制得的通孔切片金相图

图8为实施例2制得的盲孔切片金相图

图9为实施例2的电镀参数

以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

实施例1

本例所用的电镀液配方如下：70g/L的硫酸铜,150g/L的硫酸,60ppm的氯离子,500ppm的抑制剂,4ppm的加速剂和8ppm的整平剂。

所述抑制剂为环氧丙烷(PO)、环氧乙烷(EO)与环氧丙烷(PO)所构成的三嵌段聚合物PEP；

所述加速剂为3-(苯并噻唑-2-巯基)丙烷磺酸钠和聚二硫二丙烷磺酸钠的混合物(质量比1：2)；

所述整平剂为5-巯基-4-对甲苯基-4氢-3-羟基-1,2,4-三唑化合物和1-(4-羟基苯基)-5-巯基-四氮唑化合物(质量比4：1)的混合物；

电镀前处理过程为：上板、除油、水洗、微蚀、水洗、镀铜等。电镀时控制温度为30℃，电镀时长60min，采用气体搅拌1.8—2.5L/min,电流密度为2ASD(阴极测试板浸入电镀液的双面表面积约为84cm²，电源设置电流强度1.77A)。图1所示电位差为15mV，极化电位在-0.59V左右。本例进行电镀的通孔直径为250um，厚径比为10：1，如图2所示。电镀结束后，切片金相图如图3所示，深镀能力为86％。

当电镀时长为40min时,制得的盲孔切片金相图如图4所示，直径为90um，孔深为75um；填充率为94.3％。槽电压如图5所示为0.785V。

实施例2

本例所用的电镀液配方如下：140g/L的硫酸铜,54g/L的硫酸,60ppm的氯离子,200ppm的抑制剂,4ppm的加速剂和8ppm的整平剂。

所述抑制剂为聚乙二醇和环氧丙烷(PO)与环氧乙烷(EO)所构成的三嵌段聚合物PEP的混合物(质量比1：2)；

所述加速剂为3-巯基-1-丙磺酸钠和聚二硫二丙烷磺酸钠的混合物(质量比2：3)；

所述整平剂为5-巯基-4-对甲苯基-4氢-3-羟基-1,2,4-三唑化合物和1-(4-羟基苯基)-5-巯基-四氮唑化合物的混合物(质量比3：1)；

电镀前处理过程为：上板、除油、水洗、微蚀、水洗、镀铜等。电镀时控制温度为30℃，电镀时长60min，采用气体搅拌1.5L/min，电流密度为2ASD，阴极测试板浸入电镀液两面表面面积约为84cm²。图6中所示电位差为24mV，极化电位在-0.63V左右。本例进行电镀的通孔直径为320um，厚径比为7.8，如图2所示。电镀结束后，切片金相图如图7所示，深镀能力为97.9％。

相同电镀时长下制得的盲孔切片金相图如图8所示，直径为150um，孔深为75um；填充率为95.6％。槽电压如图9所示为1.414V。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (5)

1.一种电子电路盲孔通孔共镀铜浴配方及工艺，其特征在于，所述均镀剂为：5-巯基-4-对甲苯基-4氢-3-羟基-1,2,4-三唑化合物与1-(4-羟基苯基)-5-巯基-四氮唑化合物的混合物。

2.按权利要求1所述一种电子电路盲孔通孔共镀铜浴配方及工艺，其特征在于，所述的能够在同一镀液中实现对盲孔的高填充率和对通孔的高深镀能力，且电镀能耗低。

3.按权利要求2所述一种电子电路盲孔通孔共镀铜浴配方及工艺，其特征在于，所述的电镀铜浴包含铜离子，氯离子，氢离子酸和整平剂外还含有抑制剂或加速剂。

4.按权利要求3所述适用于一种电子电路盲孔通孔共镀铜浴配方及工艺，所述电镀铜浴的工艺条件为：电流密度：0.01～10A/dm²，采用搅拌0.2—4.5L/min,适应温度：10-55℃。

5.一种电子电路盲孔通孔共镀铜浴配方及工艺，其特征在于盲孔直径为150um，孔深为75um；填充率为95.6％。槽电流为2ASD时，槽电压约为1.414V。

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