CN116695200A - 用于填充通孔以减少空隙的方法 - Google Patents
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Abstract
公开了通过相移脉冲电镀工艺同时在基底的两侧先对基底的通孔进行初始镀铜以在通孔中间形成不完整的桥。随后对整个基底进行脉冲电镀以完成通孔的填充。
Description
发明领域
本发明涉及一种通过相移脉冲电镀填充通孔以减少空隙的方法。更具体地，本发明涉及一种通过相移脉冲电镀填充通孔—通过在通孔中形成部分桥随后通过反向脉冲电镀完全填充通孔—以减少空隙的方法。
背景技术
随着通孔纵横比的增加，通过镀铜填充通孔变得越来越困难。这会导致更大的空隙以及潜在的其他缺陷。通孔填充的另一个问题是通孔填充的方式。与一端封闭的过孔(via)不同，通孔穿过基底并在两端开放。过孔自下而上填充。相比之下，通过在通孔中心形成完整的铜桥(“蝴蝶”结构)来填充通孔，如图4所示，然后填充在铜通孔桥两侧形成的两个过孔。直流(DC)电镀可以填充200μm厚和100μm直径的通孔，纵横比＝2，1.5或2amps/dm2(ASD)的恒定电流密度电镀。图5示出了传统的DC波形。随着纵横比的增加，填充通孔变得更具挑战性，而DC电镀只会导致保形填充。例如，900μm厚和250μm直径的通孔，纵横比＝3.6，并且900μm厚和150μm直径的通孔，纵横比＝6.0，比纵横比＝2的通孔更难填充。通常，铜无法完全填充通孔，并且两端仍未填充，并且在铜通孔填充内可能形成大小不一的空隙。
传统的反向脉冲电镀(PPR)电镀工艺也无法填充高纵横比的通孔。相移PPR技术已被用于在通孔的中心处初始形成完整的铜桥，以形成两个过孔，然后进行DC电镀以填充过孔。相移脉冲电镀是一种技术，其中将相同的脉冲波形施加到基底的每一侧(由单独的整流器控制)并且波形偏移到一定程度(例如0°，90°和180°)。相移是指脉冲开始时间的差异，表示为角度，是完整周期360°的分数。然而，这种相移PPR电镀工艺并不总是可靠的并且通常会导致通孔填充不完全并在铜填充物中形成大量不需要的空隙。
理想的工艺以高度的平面度完全填充通孔，即建立一致性，而没有空隙从而提供最佳的可靠性和电气特性，并以低表面厚度实现电气设备中的最佳线宽和阻抗控制。
因此，需要一种方法来改进诸如印刷电路板的基底中的高纵横比的通孔填充。
发明内容
一种方法，其包括：
a)提供基底，所述基底包括具有多个通孔的第一侧和第二侧；
b)将所述基底浸入镀铜浴中；
c)同时用整流器极化所述基底的第一侧并用所述整流器极化所述基底的第二侧以在所述基底的第一侧和第二侧上产生电流；
d)通过同时向所述基底的第一侧和第二侧施加电镀周期来在所述通孔中电镀部分铜桥，该电镀周期包括在所述基底的第一侧和第二侧上施加DC电流然后在所述基底的第一侧上施加第一脉冲序列并且在所述基底的第二侧上施加第二脉冲序列，所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列偏移180°；以及然后，
e)通过向所述基底施加反向脉冲电镀电流用铜填充所述通孔。
直到现在，人们认为在切换到填充通孔的下一步之前必须完全桥接通孔。然而，本发明的方法表明通孔的部分桥接然后通过使用反向脉冲电镀完全填充通孔可以实现用下表面铜的无缺陷填充。
附图说明
图1A示出了具有多个通孔的基底的A侧和B侧电流密度相对时间(以秒计)的相移波形，其中相移波形偏移180°。
图1B示出了用于具有部分铜桥的通孔的完全填充的反向脉冲电镀波形电流密度相对时间。
图2示出了部分铜桥的通孔的截面。
图3示出了部分铜桥的通孔的截面，指定了用于确定部分铜桥参数的变量X和Y。
图4示出了完整铜桥的通孔的截面。
图5示出了用于填充具有完整铜桥的通孔的DC波形电流密度相对时间(以秒计)。
具体实施方式
如本说明书通篇所使用的，除非上下文另有明确说明，否则下面给出的缩写具有以下含义：g＝克；mL＝毫升；L＝升；cm＝厘米；μm＝微米；ppm＝百万分率＝mg/L；ppb＝十亿分率；℃＝摄氏度；g/L＝克/升；DC＝直流电；PPR＝反向脉冲电镀；ASD＝安培/分米2；AR＝纵横比；2D＝二维；DI＝去离子的；sec＝秒；ms＝毫秒；wt％＝重量百分比；并且空隙＝通孔内没有铜另外会填充铜金属的空间。
术语“印刷电路板”和“印刷线路板”在本说明书中可互换使用。术语“基底”包括但不限于用化学镀(electroless)或SHADOW金属化的印刷电路板和用化学镀金属化的玻璃。术语“SHADOW”是指导电石墨表面。术语“电镀(plating)”和“电镀(electroplating)”在整个说明书中可互换使用。术语“组合物”和“浴”在整个说明书中可互换使用。术语“脉冲序列”是指预定电流密度和预定时间段内的一系列正向(阴极)-反向(阳极)电流脉冲。术语“相移”是所应用波形的起始时间差异，表示为角度，即360°完整周期的分数。术语“纵横比”是指通孔的厚度/通孔的直径。术语“周期”是指以相同顺序重复的一系列事件。术语“DC电流”是指电流的单向流动。术语“反向脉冲电镀”是指在电镀过程中电流在阴极电流(正向脉冲)和阳极电流(反向脉冲)之间交替的电镀过程。本发明范围内的术语“空隙”是指基本上不含铜沉积物但在铜沉积物内的空间或凹穴。术语“间距”是指基底上通孔位置彼此的频率。术语“保形电镀”是指按照基底表面的轮廓的铜板(沉积物)。术语“立即”是指没有中间步骤。除非另有说明，否则所有量均为重量百分比。所有数值范围都是包含的，并且可以按任何顺序组合，除非这种数值范围被限制为加起来最高100％是合乎逻辑的。
在基底的通孔中形成部分桥期间，在基底的第一侧或A侧和基底的第二侧或B侧同时进行相移电镀。基底每一侧的电镀包括DC电镀(优选由DC电镀组成)，其中铜沉积在基底表面和通孔壁上，随后是其中铜从基底表面和通孔的壁上剥离的脉冲序列。在基底的两侧同时重复DC电镀后跟随脉冲序列的周期，直到在通孔中形成部分桥。图2是具有部分桥20的通孔10的截面的实例。基底12的表面镀有铜14并且通孔10的壁16镀有铜18，使得部分桥20基本上在通孔10的中心处形成，其中在部分桥的每一半之间留有间隙22。通孔10在两端具有开口24A和24B。
基底的第一侧或A侧上的至少一个脉冲序列与基底的第二侧或B侧上的至少一个脉冲序列偏移180°的相移。该波形使得在该方法期间在基底的两侧上DC电镀占优势。基底的第一侧(A)或第二侧(B)可以以DC电镀开始。在基底的一侧进行DC电镀时，同时在基底的另一侧进行正向(阴极)-反向(阳极)电流(剥离铜)的脉冲序列。在预定的时间后，进行DC电镀的基底一侧变为正向(阴极)-反向(阳极)电流(剥离铜)的脉冲序列，并在之前应用脉冲序列的另一侧进行DC电镀。例如，如果第二侧(B)以DC电镀开始，则同时将脉冲序列施用到第一侧(A)。在预定时间段后，第一侧(A)继续进行DC电镀，同时将正向(阴极)-反向(阳极)电流(剥离铜)的脉冲序列施用至基底的第二侧(B)。基底第一侧的脉冲序列和基底第二侧的脉冲序列在整个相移周期内以预定的时间间隔出现并且周期覆盖360°。图1A是一个周期的实例，示出了DC电流之后是具有180°相移的正向-反向电流脉冲序列，其中在具有多个通孔的基底的两侧同时进行电镀。
可以使用常规的电镀设备来电镀通孔。可用于电镀包括多个通孔的基底的设备包括整流器以在基底(阴极)的每一侧提供电压降。整流器电连接到反电极或阳极。将基底和反电极浸入包含铜电镀浴或组合物的容器中。
在相移周期期间，优选地，DC电流密度的范围为0.5至10ASD，更优选地，1至5ASD，最优选地1至3ASD。优选地，在相移周期期间，施加DC电流1-60秒，更优选1-40秒，最优选1-20秒。
在相移周期期间，优选地，正向-反向电流的脉冲序列具有0.5至10ASD的正向电流密度，更优选1至5ASD，最优选1至3ASD，以及优选地，具有-1.5至-30ASD、更优选地-3至-15ASD、最优选地-3至-9ASD的反向电流密度。优选地，正反向比率为1:3。脉冲序列的正向和反向脉冲的时间可以相同或不同，优选地，正向脉冲和反向脉冲的时间具有相同的持续时间。优选地，正向脉冲和反向脉冲的持续时间为25-1000ms，更优选为50-500ms，最优选为50-200ms。脉冲序列在图1A的虚线矩形内示出。
重复相移周期直到在基底的基本上所有通孔中形成期望的部分桥。如果相移电镀持续时间过长，则通孔中开始形成空隙，因为表面粗糙度增加并导致在桥接点形成空隙。
通孔内铜沉积物的超保形生长是指通孔内电镀沉积物的最大厚度大于通孔周围表面上的沉积物厚度。本发明范围内的部分桥是超保形生长，其以微米(μm)计的最厚点处的通孔中的铜:以微米(μm)计的通孔直径的比率是大于0但小于1。优选地，该比率范围为大于0.25至小于0.9。根据定义，值为0表示通孔中没有电镀。通孔壁上的铜镀层可以是保形的或超保形的。值为1表示完整桥的形成，使得在通孔中形成两个过孔。对于通孔的截面，该比率可以由以下两个等式表示：
0<X+Y/D<1(I)或
0<(X+Y)/2/D/2<1(II)，
其中X是通孔一半处的通孔最厚点，并且Y是与X相对的另一半通孔的最厚点，并且D是电镀前通孔的直径。
图3示出了基底32中的通孔30的截面，该基底镀有铜层34和半X半Y和直径D的部分铜桥36。部分铜桥36在通孔30内形成8字形配置，在通孔中的两个最厚点之间具有间隙38。通孔30具有两个开放端40。
相比之下，图4示出了镀有铜层54的基底52中的通孔50和形成两个过孔58和60的完整铜桥56。此处，比率为1。
测量通孔参数以确定比率的方法不受限制。例如，可以制作通孔的截面并且在最厚的点处测量通孔的两个半。优选地，参数通过X射线分析测量，例如使用Nordson DageQUADRATM 5X-射线检测系统。X射线分析使能对通孔进行2D分析。
在通孔的部分桥接基本完成后，通过反向脉冲电镀(PPR)完成通孔的铜填充。在本发明的填充通孔的PPR阶段中，施加正向脉冲电流然后施加反向脉冲电流。在本发明的填充通孔的PPR阶段期间不施加DC电流。图1B示出了PPR周期，其中正向脉冲电流后跟反向脉冲电流，然后是第二正向电流，然后是第二反向电流。可以重复PPR周期，直到通孔被铜填充。
正向脉冲电流的范围为0.5至10ASD，更优选1至5ASD，最优选1至3ASD。优选地，施加正向电流10-100ms，更优选10-80ms，最优选15-50ms。优选地，反向或阳极电流的范围为-0.15至-2.5ASD，更优选地，-0.25至-1.25ASD，最优选地，-0.25至-0.75ASD。优选地，正反向电流比为1:0.25。优选地，施加反向电流，优选地1-10ms，更优选地1-5ms，最优选地1-3ms。
优选地，基底是平均厚度优选为150-800μm、更优选250-800μm、最优选250-400μm的印刷电路板或线路板。优选地，通孔的平均直径为100-300μm，更优选100-250μm，最优选200-250μm。
厚度为250μm、平均通孔直径为100μm并且表面镀铜厚度为3-9μm的印刷电路板在其通孔最厚点处的铜:通孔直径的比率为0.28-0.80。厚度为250μm、平均通孔直径为150μm并且表面镀铜厚度为7-9μm的板的比率为0.48-080。厚度为400μm、平均通孔直径为200μm并且表面镀铜厚度为10μm至13μm的板的比率为0.48-0.70。厚度为800μm、平均通孔直径为250μm并且表面镀铜厚度为10-14μm的板的比率为0.69-0.85。
优选地，AR为1.6:1-5:1，更优选1.2:1-2.6:1，最优选地，AR为1.6:1-2:1。
优选地，通孔的间距为200-1000μm，更优选300-1000μm，最优选500-1000μm。
可以使用常规方法测量铜层厚度和通孔中是否存在空隙。用于测量铜层厚度和空隙存在的常规方法的实例是X射线分析。
优选地，在填充通孔的电镀方法期间搅拌铜电镀浴以促使铜浴添加剂均匀地沉积在基底表面上和通孔中。可以使用任何常规的电镀浴搅拌设备。优选地，浴搅拌是4L/min至24L/min，更优选4L/min至16L/min。优选地，电镀温度范围为15-30℃，更优选室温至30℃。
在填充通孔之前，基底优选地镀有化学镀铜层，使得化学镀铜与基底的表面和通孔的壁相邻。可以使用常规化学镀铜浴以及常规化学镀方法来沉积铜层。此类化学镀铜浴和方法在本领域和文献中是众所周知的。可商购的化学镀铜浴的实例是CIRCUPOSITTM253化学镀工艺电镀配方和方法(从马萨诸塞州马尔伯勒的杜邦电子与工业公司(DuPontElectronics&Industrial,Marlborough,MA)可得)。优选地，化学镀铜的厚度为0.25μm至6μm，更优选地0.25μm至3μm。
基底优选包含热固性树脂、热塑性树脂及其组合，包括纤维，例如玻璃纤维，以及前述的浸渍实施例。
热塑性树脂包括但不限于缩醛树脂，丙烯酸类如丙烯酸甲酯，纤维素树脂如乙酸乙酯，丙酸纤维素，乙酸丁酸纤维素和硝酸纤维素，聚醚，尼龙，聚乙烯，聚苯乙烯，苯乙烯共混物如丙烯腈苯乙烯和共聚物和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，聚碳酸酯，聚三氟氯乙烯，和乙烯基聚合物和共聚物如乙酸乙烯酯，乙烯醇，乙烯醇缩丁醛，氯乙烯，氯乙烯-乙酸酯共聚物，偏二氯乙烯和乙烯醇缩甲醛。
热固性树脂包括但不限于邻苯二甲酸烯丙酯、呋喃、三聚氰胺-甲醛、苯酚-甲醛和苯酚-糠醛共聚物、单独或混合有丁二烯丙烯腈共聚物或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯酸酯、硅氧烷、脲甲醛、环氧树脂、烯丙基树脂、邻苯二甲酸甘油酯和聚酯。
可以使用常规的用于塞孔和填充通孔的酸性铜电镀浴。除了铜离子源之外，优选地，铜电镀浴包括一种或多种光亮剂、整平剂和抑制剂。可以使用常规的光亮剂、整平剂和抑制剂。
铜离子的来源包括但不限于铜的水溶性卤化物、硝酸盐、乙酸盐、硫酸盐以及其他有机和无机盐。一种或多种这种铜盐的混合物可用于提供铜离子。实例包括硫酸铜如五水合硫酸铜，氯化铜，硝酸铜，氢氧化铜和氨基磺酸铜。组合物中可以使用常规量的铜盐。铜盐以50g/l至350g/L、通常为100g/L至250g/L的量包含在浴中。
酸包括但不限于硫酸、盐酸、氢氟酸、磷酸、硝酸、氨基磺酸和烷基磺酸。此类酸以常规量包含在内。优选地，此类酸以25g/l至350g/L的量包含在酸性铜浴中。
光亮剂包括但不限于3-巯基-丙基磺酸及其钠盐、2-巯基-乙磺酸及其钠盐、以及双磺丙基二硫化物及其钠盐、3-(苯并噻唑基-2-硫代)-丙基磺酸钠盐、3-巯基丙烷-1-磺酸钠盐、亚乙基二硫代二丙基磺酸钠盐、双-(对磺苯基)-二硫化物二钠盐、双-(ω-磺丁基)-二硫化物二钠盐、双-(ω-磺羟基丙基)-二硫化物二钠盐、双-(ω-磺丙基)-二硫化物二钠盐、双-(ω-磺丙基)-硫化物二钠盐、甲基-(ω-磺丙基)-二硫化物钠盐、甲基-(ω-磺丙基)-三硫化物二钠盐、O-乙基-二硫代碳酸-S-(ω-磺丙基)-酯、钾盐巯基乙酸、硫代磷酸-O-乙基-双-(ω-磺丙基)-酯二钠盐、硫代磷酸-三(ω-磺丙基)-酯三钠盐、N,N-二甲基二硫代氨基甲酸(3-磺丙基)酯,钠盐、(O-乙基二硫代碳酸)-S-(3-磺丙基)-酯,钾盐、3-[(氨基-亚氨基甲基)-硫代]-1-丙烷磺酸和3-(2-苯并噻唑基硫代)-1-丙烷磺酸,钠盐。优选地，光亮剂是双磺丙基二硫化物或其钠盐。优选地，光亮剂以1ppb至500ppm，优选地50ppb至10ppm的量包含在内。
常规整平剂可用于铜电镀浴中。用于填充通孔的酸性铜电镀浴中包含的整平剂优选为杂环芳族化合物与环氧化合物的反应产物。用作整平剂的芳族化合物与环氧化合物的优选共聚物的实例是4-苯基咪唑/咪唑/1,4-丁二醇二缩水甘油醚共聚物。此类化合物的合成在文献中，例如在U.S.8,268,158中公开。
可包含在酸性铜电镀浴中的其他添加剂是一种或多种通常包含在酸性铜电镀浴和组合物中的常规化合物。此类常规化合物包括但不限于一种或多种络合剂，一种或多种氯离子源，稳定剂，例如调节机械特性、提供速率控制、细化晶粒结构并改变沉积应力的稳定剂，缓冲剂，抑制剂和载体。它们可以以本领域技术人员熟知的常规量包括在酸性铜电镀浴中。
本发明的方法减少了空隙的数量和尺寸并且可以消除通孔中的空隙以及减少填充通孔所需的总表面铜。
包括以下实例以进一步说明本发明，但是不旨在限制其范围。
发明实例1-4和对比实例5-7
5cm宽、15cm长的带有多个通孔的FR4/玻璃-环氧树脂试样由Cirexx提供。每个试样的通孔间距为1000μm。将试样最初用CIRCUPOSITTM253化学镀工艺电镀配方和方法(从马萨诸塞州马尔堡的杜邦电子工业公司可得)进行电镀，以在试样两侧和通孔壁上形成化学镀铜层。试样上化学镀铜层的厚度约为0.3μm。使用可从杜邦电子工业公司可获得的LP200和EVP-209铜清洁剂对试样进行预清洁。然后将试样放入32L电镀槽中，该电镀槽中含有水基铜电镀浴，其配方如表1所示，pH值小于1。
表1
| 组分 | 量 |
| 五水合硫酸铜 | 220g/L |
| 硫酸 | 40g/L |
| 来自盐酸的氯离子 | 50ppm |
| 聚乙二醇 | 1g/L |
| 4-苯基咪唑/咪唑/1,4-丁二醇二缩水甘油醚共聚物 | 10mg/L |
| 双-磺丙基)-二硫化钠 | 2mg/L |
将试样连接到DRPP(荷兰反向脉冲电镀)整流器。每个试样的一侧(A侧)连接到一个整流器并且每个试样的第二侧(B侧)连接到第二整流器，以实现对试样每一侧的电流施加的独立控制。每个32L电镀槽包括两个DeNora DT-4铱涂层钛不溶性阳极反电极。每个电极连接到两个整流器之一以向电极提供电压。在电镀过程中使用搅拌件(educator)以16L/分钟的速度搅拌电镀浴。电镀在室温下进行。试样和通孔壁上的铜电镀在DC电镀期间进行，而铜剥离在正向-反向脉冲电镀期间进行。
使用Nordson Dage QUADRATM 5 2D X射线检测系统通过X射线分析测量通孔分析和铜厚度。部分铜桥测量基于以下等式：
0<(X+Y)/2/D/2<1(II)
其中参数X、Y和D已在上面定义。
实例1(本发明)
对具有多个250μm厚和100μm直径的通孔的FR4/玻璃-环氧树脂试样进行镀铜以在通孔中形成部分桥，然后进行完全通孔填充。AR＝2.5。图1A示出了本发明电镀方法的第一步骤。通过施加由整流器产生的电压，使每个试样的两侧同时极化，以使能在每个试样的A侧和B侧产生DC电流。DC电流设置为1.5ASD。将DC电流施加到每个试样的A侧约13秒，并在B侧施加约6秒，之后B侧的整流器从DC电镀切换到具有表2中公开的参数的正向-反向脉冲电镀序列。图1A中的虚线矩形示出了正向-反向脉冲电镀序列的实例。
表2
| 正向电流 | 1.5ASD |
| 正向脉冲时间 | 125ms |
| 反向电流 | -4.5ASD |
| 反向脉冲时间 | 125ms |
约1秒后，将B侧的正向-反向脉冲电镀序列变回DC电镀。约13秒后，将A侧的DC电镀从DC电镀变为正向-反向脉冲电镀，持续约1秒，其中参数与上表2相同。A侧到B侧的正向-反向脉冲电镀的相移偏移为180°。
重复前面的DC电流电镀然后是正向-反向脉冲电镀的周期，其中试样A侧到B侧的相移偏移为180°，直到试样的一半的A侧和B侧的表面上沉积了约3μm的铜层，而试样的另一半上沉积约9μm的铜层。
使用X射线分析测量通孔中的部分铜桥以及任何空隙。所有通孔均显示出部分桥的形成。具有3μm铜表面层的试样具有D/2＝50μm和(X+Y)/2＝14μm。比率＝0.28。具有9μm铜表面层的试样具有D/2＝50μm和(X+Y)/2＝40μm。比率＝0.80。在通孔中没有检测到空隙。通孔在两端开放，两个侧壁镀铜。部分铜桥基本上在通孔的中心形成，并且在部分桥的每一半之间具有间隙或开口。
通过反向脉冲电镀进行电镀以完全填充试样的通孔。图1B示出了脉冲电镀波形。下表3公开了电镀参数。
表3
| 正向脉冲持续时间 | 50ms |
| 正向电流 | 1.5ASD |
| 反向脉冲持续时间 | 2.5ms |
| 反向电流 | -0.375ASD |
重复反向脉冲电镀周期，直到所有试样上的表面铜厚度达到约40μm。通过X射线分析检查通孔的空隙。所有通孔看起来都被填充并且没有观察到空隙。
实例2(本发明)
对具有多个250μm厚和150μm直径的通孔的FR4/玻璃-环氧树脂试样进行镀铜以在通孔中形成部分桥，然后进行完全通孔填充。AR＝1.7。通过施加由整流器产生的电压，使每个试样的两侧同时极化，以使能在每个试样的A侧和B侧产生DC电流。DC电流设置为1.5ASD。将DC电流施加到每个试样的A侧约13秒，并在B侧施加约6秒，之后B侧的整流器从DC电镀切换到具有实例1的表2中公开的参数的正向-反向脉冲电镀序列。
约1秒后，将B侧的正向-反向脉冲电镀序列变回DC电镀。约13秒后，将A侧的DC电镀从DC电镀变为正向-反向脉冲电镀，持续约1秒，其中参数与上面实例1的表2相同。A侧到B侧的正向-反向脉冲电镀的相移偏移为180°。
重复前面的DC电流电镀然后是正向-反向脉冲电镀的周期，其中试样A侧到B侧的相移偏移为180°，直到试样的一半的A侧和B侧的表面上沉积了约7μm的铜层，而试样的另一半上沉积约9μm的铜层。
使用X射线分析测量通孔中的部分铜桥以及任何空隙。所有通孔均显示出部分桥的形成。具有7μm铜表面层的试样具有D/2＝75μm和(X+Y)/2＝36μm。比率＝0.48。具有9μm铜表面层的试样具有D/2＝75μm和(X+Y)/2＝60μm。比率＝0.80。在通孔中没有检测到空隙。通孔在两端开放，两个侧壁镀铜。部分铜桥基本上在通孔的中心形成，并且在部分桥的每一半之间具有间隙或开口。
通过反向脉冲电镀进行电镀以完全填充试样的通孔。以上实例1中的表3公开了电镀参数。重复反向脉冲电镀周期，直到所有试样上的表面铜厚度达到约40μm。通过X射线分析检查通孔的空隙。所有通孔看起来都被填充并且没有观察到空隙。
实例3(本发明)
对具有多个400μm厚和200μm直径的通孔的FR4/玻璃-环氧树脂试样进行镀铜以在通孔中形成部分桥，然后进行完全通孔填充。AR＝2。通过施加由整流器产生的电压，使每个试样的两侧同时极化，以使能在每个试样的A侧和B侧产生DC电流。DC电流设置为1.5ASD。将DC电流施加到每个试样的A侧约13秒，并在B侧施加约6秒，之后B侧的整流器从DC电镀切换到具有实例1的表2中公开的参数的正向-反向脉冲电镀序列。
约1秒后，将B侧的正向-反向脉冲电镀序列变回DC电镀。约13秒后，将A侧的DC电镀从DC电镀变为正向-反向脉冲电镀，持续约1秒，其中参数与上面实例1的表2相同。A侧到B侧的正向-反向脉冲电镀的相移偏移为180°。
重复前面的DC电流电镀然后是正向-反向脉冲电镀的周期，其中试样A侧到B侧的相移偏移为180°，直到试样的一半的A侧和B侧的表面上沉积了约10μm的铜层，而试样的另一半上沉积约13μm的铜层。
使用X射线分析测量通孔中的部分铜桥以及任何空隙。所有通孔均显示出部分桥的形成。具有3μm铜表面层的试样具有D/2＝100μm和(X+Y)/2＝48μm。比率＝0.48。具有13μm铜表面层的试样具有D/2＝200μm和(X+Y)/2＝70μm。比率＝0.70。在通孔中没有检测到空隙。通孔在两端开放，两个侧壁镀铜。部分铜桥基本上在通孔的中心形成，并且在部分桥的每一半之间具有间隙或开口。
通过反向脉冲电镀进行电镀以完全填充试样的通孔。以上实例1中的表3公开了电镀参数。重复反向脉冲电镀周期，直到所有试样上的表面铜厚度达到约40μm。通过X射线分析检查通孔的空隙。所有通孔看起来都被填充并且没有观察到空隙。
实例4(本发明)
对具有多个800μm厚和250μm直径的通孔的FR4/玻璃-环氧树脂试样进行镀铜以在通孔中形成部分桥，然后进行完全通孔填充。AR＝3.2。通过施加由整流器产生的电压，使每个试样的两侧同时极化，以使能在每个试样的A侧和B侧产生DC电流。DC电流设置为1.5ASD。将DC电流施加到每个试样的A侧约13秒，并在B侧施加约6秒，之后B侧的整流器从DC电镀切换到具有实例1的表2中公开的参数的正向-反向脉冲电镀序列。
约1秒后，将B侧的正向-反向脉冲电镀序列变回DC电镀。约13秒后，将A侧的DC电镀从DC电镀变为正向-反向脉冲电镀，持续约1秒，其中参数与上面实例1的表2相同。A侧到B侧的正向-反向脉冲电镀的相移偏移为180°。
重复前面的DC电流电镀然后是正向-反向脉冲电镀的周期，其中试样A侧到B侧的相移偏移为180°，直到试样的一半的A侧和B侧的表面上沉积了约10μm的铜层，而试样的另一半上沉积约14μm的铜层。
使用X射线分析测量通孔中的部分铜桥以及任何空隙。所有通孔均显示出部分桥的形成。具有10μm铜表面层的试样具有D/2＝125μm和(X+Y)/2＝87μm。比率＝0.70。具有14μm铜表面层的试样具有D/2＝125μm和(X+Y)/2＝107μm。比率＝0.86。在通孔中没有检测到空隙。通孔在两端开放，两个侧壁镀铜。部分铜桥基本上在通孔的中心形成，并且在部分桥的每一半之间具有间隙或开口。
通过反向脉冲电镀进行电镀以完全填充试样的通孔。以上实例1中的表3公开了电镀参数。重复反向脉冲电镀周期，直到所有试样上的表面铜厚度达到约40μm。通过X射线分析检查通孔的空隙。所有通孔看起来都被填充并且没有观察到空隙。
实例5(对比)
对具有多个250μm厚和100μm直径的通孔的FR4/玻璃-环氧树脂试样进行镀铜以在通孔中形成完整桥，然后进行完全通孔填充。AR＝2.5。图1A示出了本发明电镀方法的第一步骤。通过施加由整流器产生的电压，使每个试样的两侧同时极化，以使能在每个试样的A侧和B侧产生DC电流。DC电流设置为1.5ASD。将DC电流施加到每个试样的A侧约13秒，并在B侧施加约6秒，之后B侧的整流器从DC电镀切换到具有表4中公开的参数的正向-反向脉冲电镀序列。
表4
| 正向电流 | 1.5ASD |
| 正向脉冲时间 | 125ms |
| 反向电流 | -4.5ASD |
| 反向脉冲时间 | 125ms |
约1秒后，将B侧的正向-反向脉冲电镀序列变回DC电镀。约13秒后，将A侧的DC电镀从DC电镀变为正向-反向脉冲电镀，持续约1秒，其中参数与上表4相同。A侧到B侧的正向-反向脉冲电镀的相移偏移为180°。
重复前面的DC电流电镀然后是正向-反向脉冲电镀的周期，其中试样A侧到B侧的相移偏移为180°，直到试样的A侧和B侧的表面上沉积了约11μm的铜层。
为了确定通孔中是否形成了完整桥，通过X射线分析对试样进行了分析。所有通孔均显示出完整桥的形成。图4示出了具有完整桥的通孔的截面。通孔在两端开放，以形成在两个侧壁上镀铜的过孔。铜桥基本上在通孔的中心形成。桥比率等于1。在通孔中没有检测到空隙。
通过DC电镀进行电镀以完全填充通孔。图5示出了DC波形。DC电镀以1.5ASD的电流密度进行100秒，以在基底的A侧和B侧沉积约40μm的最终铜厚度。检查试样的通孔铜填充和空隙。通孔用铜填充；然而，在通孔中观察到大量空隙。
实例6(对比)
对具有多个250μm厚和150μm直径的通孔的FR4/玻璃-环氧树脂试样进行镀铜以在通孔中形成完整桥，然后进行完全通孔填充。AR＝1.7。通过施加由整流器产生的电压，使每个试样的两侧同时极化，以使能在每个试样的A侧和B侧产生DC电流。DC电流设置为1.5ASD。将DC电流施加到每个试样的A侧约13秒，并在B侧施加约6秒，之后B侧的整流器从DC电镀切换到具有实例5的表4中公开的参数的正向-反向脉冲电镀序列。
约1秒后，将B侧的正向-反向脉冲电镀序列变回DC电镀。约13秒后，将A侧的DC电镀从DC电镀变为正向-反向脉冲电镀约1秒。A侧到B侧的正向-反向反脉冲电镀的相移偏移为180°。
重复前面的DC电流电镀然后是正向-反向脉冲电镀的周期，其中试样A侧到B侧的相移偏移为180°，直到试样的A侧和B侧的表面上沉积了约10μm的铜层。
使用X射线分析确定通孔桥接。所有通孔均显示出完整桥的形成。桥比率等于1。在通孔中没有检测到空隙。
通过DC电镀进行电镀以完全填充通孔。DC电镀以1.5ASD的电流密度进行100秒，以在基底的A侧和B侧沉积约40μm的最终铜厚度。检查试样的通孔铜填充和空隙。通孔用铜填充；然而，在通孔中观察到大量空隙。
实例7(对比)
对具有多个400μm厚和200μm直径的通孔的FR4/玻璃-环氧树脂试样进行镀铜以在通孔中形成完整桥，然后进行完全通孔填充。AR＝2。通过施加由整流器产生的电压，使每个试样的两侧同时极化，以使能在每个试样的A侧和B侧产生DC电流。DC电流设置为1.5ASD。将DC电流施加到每个试样的A侧约13秒，并在B侧施加约6秒，之后B侧的整流器从DC电镀切换到具有以上实例5的表4中公开的参数的正向-反向脉冲电镀序列。
约1秒后，将B侧的正向-反向脉冲电镀序列变回DC电镀。约13秒后，将A侧的DC电镀从DC电镀变为正向-反向脉冲电镀约1秒。A侧到B侧的正向-反向反脉冲电镀的相移偏移为180°。
重复前面的DC电流电镀然后是正向-反向脉冲电镀的周期，其中试样A侧到B侧的相移偏移为180°，直到试样的A侧和B侧的表面上沉积了约15μm的铜层。
使用X射线分析确定通孔桥接。所有通孔均显示出完整桥的形成。桥比率等于1。没有观察到空隙。
通过DC电镀进行电镀以完全填充通孔。DC电镀以1.5ASD的电流密度进行100秒，以在基底的A侧和B侧沉积约40μm的最终铜厚度。检查试样的通孔铜填充和空隙。通孔用铜填充。观察到一些空隙。
Claims (8)
1.一种方法，其包括：
a)提供基底，所述基底包括具有多个通孔的第一侧和第二侧；
b)将所述基底浸入镀铜浴中；
c)同时用整流器极化所述基底的第一侧并用所述整流器极化所述基底的第二侧以在所述基底的第一侧和第二侧上产生电流；
d)通过同时向所述基底的第一侧和第二侧施加电镀周期来在所述多个通孔中电镀部分铜桥，该电镀周期包括在所述基底的第一侧和第二侧上施加DC电流然后在所述基底的第一侧上施加第一脉冲序列并且在所述基底的第二侧上施加第二脉冲序列，所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列偏移180°；以及然后，
e)通过向所述基底施加反向脉冲电镀电流用铜填充所述通孔。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述基底的第一侧和第二侧上的DC电流密度范围为0.5ASD至10ASD。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述基底的第一侧上的脉冲序列和第二侧上的脉冲序列具有0.5ASD至10ASD的正向电流密度和-1.5ASD至-30ASD的反向电流密度。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述反向脉冲电镀具有0.5ASD至10ASD的正向电流密度和-0.15ASD至-2.5ASD的反向电流密度。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述基底的厚度为150-800μm。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个通孔的平均直径为100-300μm。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述部分桥的部分桥比率大于0但小于1。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述基底的纵横比为1.6:1至5:1。
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