CN115341249A - 用于ic载板的直流铜电镀复合添加剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂，包括如下质量组分：加速剂1‑10份、抑制剂150‑300份以及整平剂1‑20份，其中，所述加速剂为聚二硫二丙烷磺酸钠，所述抑制剂为聚乙二醇‑6000、聚乙二醇‑8000、聚乙二醇‑10000中的任意一种或几种的任意比例组合，所述整平剂为5‑氨基‑1,3,4‑噻二唑‑2‑硫醇。该方案解决现有添加剂在IC载板通孔电镀出现空洞、夹缝等缺陷，有效防止因为盲孔空洞传输不稳定等缺点，进一步提高电子产品的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及材料电化学领域，具体涉及用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂。
背景技术
在电子产品小型化的时代，高良率和低成本的集成电路(IC)载板，通过可靠的方法可实现芯片与电路板高密度互连(HDI)。IC载板是PCB小型化技术领域中的最高水平，提供了IC芯片和PCB之间的连接，这些连接是通过导电铜走线和通孔的电气网络实现的。在消费电子产品的小型化、速度和便携性方面，通孔互连是关键因素。在过去的几十年里，走线密度已大大增加，为满足包括薄芯材料、精细走线宽度和更小直径的通孔和盲孔等当今印制电路设计要求，I C载板上通孔电镀填充的开发已成为微电子领域的热门主题。
盲孔电镀铜填孔通常采用高铜低酸体系，且电镀铜溶液中有一种无机添加剂和三种有机添加剂分为加速剂、抑制剂以及整平剂。卤素离子是酸性镀铜体系镀液中不可或缺的组分，通常以氯离子为主，其主要以氯化钠或盐酸的形式存在于电镀铜溶液中。虽然其在电镀铜溶液中所需含量较低，通常氯离子浓度控制在氯30mg/L-70mg/L之间,但却起到了很-大的作用。Cl 除了可以提高阳极活性，促进阳极正常溶解的作用之外，还可以减少因阳极溶解不完全产生的铜粉，提高镀层的光亮和整平能力，改善镀层质量。
虽然在电镀液中添加剂的使用量很少，一般加速剂和整平剂只需要每升几到几十微克的用量，抑制剂的用量为每升几百微克，但是这微小的浓度变化最终将导致填充性能的巨大差异。对于加速剂，通常是小分子脂肪族含硫有机物。在电镀过程中，加速剂有利于晶核的形成，发挥着细化晶粒的作用，使晶核分布致密，促使镀铜层变得平滑，可以增强孔底部的铜沉积速率。但单独使用时其不能起到加速的作用，反而会阻化金属铜的沉积。对于抑制剂，可以在阴极表面吸附，最终达到抑制金属铜沉积的作用，让电镀铜能均匀的持续沉积，还可以可充当润湿剂，降低界面的表面张力，让电镀铜溶液更容易进入孔内而增加传质效果。对于整平剂，通常带有正电荷并且可以吸附在高电子密度区域即孔的开口处以抑制铜沉积，对于实现超填充或自下而上沉积至关重要。因此，设计一个能够实现优异的填充性能的整平剂是关键问题。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种新型的用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂，解决现有添加剂在IC载板通孔电镀出现空洞、夹缝等缺陷。
为实现上述目的，本发明所采用了下述的技术方案：用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂，包括如下质量组分：加速剂1-10份、抑制剂150-300份以及整平剂1-20份，其中，所述加速剂为聚二硫二丙烷磺酸钠，所述抑制剂为聚乙二醇-6000、聚乙二醇-8000、聚乙二醇-10000中的任意一种或几种的任意比例组合，所述整平剂为5-氨基-1,3,4-噻二唑-2-硫醇。
优选的，所述的用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂中，所述加速剂的浓度为1mg/L-10mg/L。
优选的，所述的用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂中，所述抑制剂的浓度为150mg/L-300mg/L。
优选的，所述的用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂中，所述整平剂的浓度为1mg/L-20mg/L。
优选的，所述的用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂中，IC载板进行电镀之前，需由前处理溶液进行喷淋操作。
优选的，所述的用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂中，所述前处理溶液为DI纯水，将IC载板固定在阴极电镀挂具上，阳极采用双侧磷铜阳极，用前处理溶液对阴极IC载板进行DI纯水喷淋操作，操作完成后在该电镀铜溶液中进行电镀。
优选的，所述的用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂中，在电镀过程中，电镀铜溶液令IC载板通孔内部的铜金属优先沉积到通孔中心位置形成蝴蝶型，进而形成两个的盲孔进行填充，便可以防止空洞的形成。
优选的，所述的用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂中，该用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂的在镀铜基础液中的含量为0.1-100ppm。
优选的，所述的用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂中，该用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂可完整填充IC载板的孔深300um，直径130um，中间宽度90um的通孔，面铜厚度只有8.5um。
优选的，所述的用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂中，该用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂的温度保持在15℃-35℃。
相对于现有技术的有益效果是，采用上述方案，本发明提供的添加剂在IC载板通孔电镀中使得盲孔镀层深镀能力较好，填孔率较高、凹陷度低、填孔效果好，铜层表面平整性好，无明显铜瘤产生，形成超填充，无空洞，无夹缝，表面光亮，可以有效防止因为盲孔空洞传输不稳定等缺点，进一步提高电子产品的可靠性。
具体实施方式
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。
本发明的一个实施例是，该用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂，包括如下质量组分：加速剂1-10份、抑制剂150-300份以及整平剂1-20份，其中，所述加速剂为聚二硫二丙烷磺酸钠，所述抑制剂为聚乙二醇-6000、聚乙二醇-8000、聚乙二醇-10000中的任意一种或几种的任意比例组合，所述整平剂为5-氨基-1,3,4-噻二唑-2-硫醇。
其中，所述加速剂的浓度为1mg/L-10mg/L。所述抑制剂的浓度为150mg/L-300mg/L。所述整平剂的浓度为1mg/L-20mg/L。
具体的，IC载板进行电镀之前，需由前处理溶液进行喷淋操作；所述前处理溶液为DI纯水，将IC载板固定在阴极电镀挂具上，阳极采用双侧磷铜阳极，用前处理溶液对阴极IC载板进行DI纯水喷淋操作，操作完成后在该电镀铜溶液中进行电镀；在电镀过程中，电镀铜溶液令IC载板通孔内部的铜金属优先沉积到通孔中心位置形成蝴蝶型，进而形成两个的盲孔进行填充，便可以防止空洞的形成。
该用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂的在镀铜基础液中的含量为0.1-100ppm。该用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂可完整填充IC载板的孔深300um，直径130um，中间宽度90um的通孔，面铜厚度只有8.5um。该用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂的温度保持在15℃-35℃。
具体的，基础液的制备步骤如下：
步骤S1，用分析天平称取220g五水硫酸铜放置在烧杯中；
步骤S2，加入部分去离子水搅拌溶解；
步骤S3，量取29.9ml的浓度为55g/L的硫酸缓慢注入硫酸铜溶液中，边搅拌稀释；
步骤S4，添加去离子水添加到注入硫酸的硫酸铜溶液中，直至溶液体积达到1L；
步骤S5，待溶液冷却至室温，得到基础液。
具体的，添加剂的制备步骤如下：
步骤A1，用分析天平称量0.1g聚二硫二丙烷磺酸钠(SPS)溶于1000ml容量瓶，配得浓度为0.1g/L的SPS溶液作为加速剂；
步骤A2，用分析天平称量10g聚乙二醇-6000溶于1000ml容量瓶，配得浓度为10g/L的PEG溶液作为抑制剂；
步骤A3，用分析天平称量0.1g 5-氨基-1,3,4-噻二唑-2-硫醇溶于1000ml容量瓶，配得浓度为0.1g/L的5-氨基-1,3,4-噻二唑-2-硫醇溶液作为整平剂；
步骤A4，用移液枪量取10.5ml浓盐酸溶于250ml容量瓶，配得浓度为0.5mol/L的盐酸溶液。
将本实施例中制得的添加剂加入本实施例中制得的基础液中得到电镀铜溶液。
为实现上述目的，本发明还提供一种电镀方法，具体步骤为：将IC载板固定在阴极电镀挂具上，阳极采用双侧磷铜阳极，用前处理溶液DI纯水对阴极IC载板进行喷淋操作；前处理溶液的喷淋处理的作用是DI纯水进入通孔内，利用喷淋的压力使IC载板通孔内部空气排出，防止因为空气在通孔中心位置出现卡气泡现象影响电镀效果；如果通孔内出现卡气泡，气泡便会形成一个阻断层，此时通孔内部会形成两个双向的盲孔，溶液组分中的添加剂便不会对孔内形成通孔电镀效果；
将喷淋处理后的IC载板放置在电镀铜溶液槽中进行搅拌、循环和摇摆操作，加速电镀铜溶液流动，使电镀溶液中铜离子以及添加剂进入IC载板通孔中，确保镀液在通孔内有足够的铜离子以及添加剂供应，添加剂的主要成分是含硫或含氮的有机物，可以吸附在电位比较高的位置，例如双侧的面铜以及孔口位置，在这些位置可以抑制住金属铜的生长，令通孔中心位置优先电镀，最终形成“蝴蝶型”。电镀铜溶液中不断流动可以令源源不断的金属铜离子和添加剂补充至双侧面铜附近以及通孔的孔口位置，并且可以令电镀效果更加均匀，防止因为铜离子和添加剂消耗过快导致通孔内部无法形成“蝴蝶型”而形成的空洞或者面铜发花。上述工作准备完毕后，开启电源进行电镀，根据IC载板通孔的直径以及深度来调整电流密度和电镀时间。
其中，所述喷淋时间在5-10min之间；电镀交换时间在5-10min之间，电镀时电流密度在1-1.5A/dm2之间，温度在25-35℃之间，搅拌速率在100-200r/min之间。
其中，所述电镀交换时间在5-10min之间的主要作用是使电镀溶液中铜离子以及添加剂进入IC载板通孔内。
其中，所述电流密度在1-1.5A/dm2之间，电流密度决定IC载板通孔的填充效果，电流密度过小或者过大均会造成通孔内部等壁生长或者两端凸起生长，最终会导致通孔内部形成夹缝，电流密度适当的调整可以在满足性能指标的条件下节省生产时间；所述电镀温度在25-35℃之间，适当的增加温度可以提高IC载板通孔填孔的电镀效率；所述搅拌速率在100-200r/min之间，搅拌速率影响溶液中铜离子以及添加剂交换速度。
需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂，其特征在于：包括如下质量组分：加速剂1-10份、抑制剂150-300份以及整平剂1-20份，其中，所述加速剂为聚二硫二丙烷磺酸钠，所述抑制剂为聚乙二醇-6000、聚乙二醇-8000、聚乙二醇-10000中的任意一种或几种的任意比例组合，所述整平剂为5-氨基-1,3,4-噻二唑-2-硫醇。
2.根据权利要求1所述的用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂，其特征在于，所述加速剂的浓度为1mg/L-10mg/L。
3.根据权利要求1所述的用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂，其特征在于，所述抑制剂的浓度为150mg/L-300mg/L。
4.根据权利要求1所述的用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂，其特征在于，所述整平剂的浓度为1mg/L-20mg/L。
5.根据权利要求1所述的用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂，其特征在于，IC载板进行电镀之前，需由前处理溶液进行喷淋操作。
6.根据权利要求5所述的用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂，其特征在于，所述前处理溶液为DI纯水，将IC载板固定在阴极电镀挂具上，阳极采用双侧磷铜阳极，用前处理溶液对阴极IC载板进行DI纯水喷淋操作，操作完成后在该电镀铜溶液中进行电镀。
7.根据权利要求6所述的用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂，其特征在于，在电镀过程中，电镀铜溶液令IC载板通孔内部的铜金属优先沉积到通孔中心位置形成蝴蝶型，进而形成两个的盲孔进行填充，便可以防止空洞的形成。
8.根据权利要求7所述的用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂，其特征在于，该用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂的在镀铜基础液中的含量为0.1-100ppm。
9.根据权利要求1所述的用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂，其特征在于，该用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂可完整填充IC载板的孔深300um，直径130um，中间宽度90um的通孔，面铜厚度只有8.5um。
10.根据权利要求1所述的用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂，其特征在于，该用于IC载板的直流铜电镀复合添加剂的温度保持在15℃-35℃。
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