CN215757705U - 电镀治具、电镀模块及电镀系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电镀治具、电镀模块及电镀系统，电镀治具包括支撑板，所述支撑板包括至少一个用于放置电极的电极放置区，其特征在于，所述电镀治具还包括设置在所述支撑板上且与所述电极放置区中心同轴的中空结构的屏蔽环，所述屏蔽环用于对所述电极进行遮蔽，以使所述电极产生或接收的电力线仅从所述屏蔽环内穿过。本实用新型通过屏蔽环使阳极投射出的电力线聚拢到对应的阴极表面，从而在同一电镀槽中批量进行电镀时，消除不同阳极和不同阴极之间由于电力线分散投射的干扰，大大提高了多片电镀的片间均匀性和片内均匀性。

Description

电镀治具、电镀模块及电镀系统

技术领域

本实用新型涉及电镀领域，特别涉及一种电镀治具、电镀装置及电镀系统。

背景技术

近年来集成电路后封装行业中大量采用先进的WLCSP&3D(集成电路圆片级芯片尺寸封装技术)封装技术来封装晶元，电子电镀设备是晶元封装过程中金属互联的关键设备。

电镀设备按照晶元电镀形式主要分为挂镀(又叫垂直电镀)设备和水平镀设备，挂镀设备由于其结构简单可靠、设备性价比高以及具有良好的排气泡能力和均匀性，一直受到很多封装厂的青睐。为了提高挂镀设备的产能，企业希望开发多片晶元同时电镀的批量挂镀设备。

图1示出了一种常见的挂度设备，即电镀治具，包括支撑部10、电极放置区11及挂镀部12，若在同一电镀槽中放置多个如图1所示的电镀治具来批量电镀，则不同阳极所产生的电力线会互相干扰，难以到达对应的阴极(晶元)表面，这种方式电镀的晶元的片内均匀性及片间均匀性均较差，电镀的效果不稳定。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中通过同一电镀槽体同时电镀多个晶元时，不同阳极所产生的电力线会互相干扰，难以到达对应的阴极表面，导致同一晶元的片内均匀性差、不同晶元之间的片间均匀性差、电镀效果不稳定的缺陷，提供一种通过同一电镀槽体同时电镀多个晶元时，提高片内均匀性、片间均匀性以及电镀效果稳定性的电镀治具、电镀模块及电镀系统。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本实用新型提供了一种电镀治具，包括支撑板，所述支撑板包括至少一个用于放置电极的电极放置区，所述电镀治具还包括设置在所述支撑板上且与所述电极放置区中心同轴的屏蔽件，所述屏蔽件为中空环形结构；

若放置在所述电极放置区的电极为阳极，则所述阳极产生的电力线通过所述屏蔽件聚拢至对应的阴极；

若放置在所述电极放置区的电极为阴极，则所述阴极接收对应的阳极产生的通过所述屏蔽件聚拢的电力线。

较佳地，所述电极放置区为圆形凹陷结构；

较佳地，所述电镀治具还包括电极导电柱，所述电极导电柱设置在所述支撑板上，且当所述电极放置在所述电极放置区时，所述电极导电柱与所述电极电连接。

较佳地，所述屏蔽件的结构满足以下条件中的一个或多个：

所述屏蔽件为圆柱结构；

所述屏蔽件的内环的尺寸小于所述电极放置区的尺寸；

所述屏蔽件的外环的尺寸大于所述电极放置区的尺寸。

较佳地，所述电镀治具还包括第一屏蔽板，所述第一屏蔽板设置在所述电极放置区与所述屏蔽件之间，所述第一屏蔽板上设置有若干开孔；

若放置在所述电极放置区的电极为阳极，则所述阳极产生的电力线依次通过所述开孔和所述屏蔽件聚拢至对应的阴极表面的对应图案处；

若放置在所述电极放置区的电极为阴极，则所述阴极表面的对应图案处接收依次通过所述屏蔽件和所述开孔聚拢的电力线。

较佳地，所述电镀治具包括阳极治具或阴极治具。

本实用新型还提供了一种电镀模块，所述电镀模块包括若干如上所述的电镀治具。

较佳地，所述电镀治具之间通过连接体连接，和/或，所述电镀治具之间设置有第二屏蔽板。

本实用新型还提供了一种电镀系统，所述电镀系统包括至少一个阳极治具及对应的至少一个阴极治具，所述阳极治具及所述阴极治具中的至少一个具有如上所述的电镀治具的结构。

较佳地，所述电镀系统包括至少一个所述阳极治具及至少一个阴极模块，所述阴极模块包括若干所述阴极治具，所述电镀系统还包括与所述阳极治具数量相同的电源、阳极线及阴极线，所述电源与所述阳极治具一一对应，每一电源的阳极分别通过对应的阳极线与对应的阳极治具中的阳极导电柱电连接，所有电源的阴极通过所述阴极线汇总，与所述阴极模块中的阴极导电柱电连接。

本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型通过在支撑板上设置环形的屏蔽件，可以使电力线集中通过屏蔽件聚拢至阴极，避免了在同一电镀槽中电镀多个晶元时，电力线之间互相干扰，如：当电极为阳极，各个阳极产生的电力线之间互相干扰，电力线难以到达对应的阴极(晶元)；当电极为阴极(晶元)时，对应的阳极产生的电力线会被其他阳极产生的电力线所干扰，无法接收对应的阳极产生的电力线，从而导致的电镀片间均匀性及片内均匀性较差，电镀的稳定性较差的缺陷，本实施例各个阳极产生的电力线之间不会互相干扰，保障了在同一电镀槽中同时电镀多个晶元时片间均匀性及片内均匀性，大大提高了电镀效率与稳定性。

附图说明

图1为现有技术中电镀治具的结构示意图。

图2为本实用新型实施例1中的电镀治具的平面结构示意图。

图3为本实用新型实施例1中的电镀治具的立体结构示意图。

图4为本实用新型实施例2中的电镀治具的平面结构示意图。

图5为本实用新型实施例2中的电镀治具的立体结构示意图。

图6为本实用新型实施例2中一具体场景下电镀治具的结构示意图。

图7为本实用新型实施例3中的电镀模块的结构示意图。

图8为本实用新型实施例2中一具体场景下电镀模块的结构示意图。

图9为现有技术中的电镀系统的连接方式的模块示意图。

图10为本实用新型实施例5中的电镀系统的连接方式的模块示意图。

图11示出了对比例1的镀层厚度分布图。

图12示出了对比例2的镀层厚度分布图。

图13示出了对比例3的镀层厚度分布图。

图14示出了对比例4的镀层厚度分布图。

图15示出了实施例1的镀层厚度分布图。

图16示出了实施例2的镀层厚度分布图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

本实施例提供了一种电镀治具，图2和图3分别示出了该电镀治具的平面模块示意图及立体模块示意图，包括支撑板10，支撑板10包括至少一个用于放置电极的电极放置区11，电镀治具还包括屏蔽件13，屏蔽件13为中空环形结构，应当理解，本实施例中的环形结构既可以是圆形的环状结构，也可以是方形的环形结构，还可以是其他不规则形状的环形结构。

屏蔽件13设置在支撑板10上且与电极放置区11中心同轴，屏蔽件13环绕电极。若放置在电极放置区的电极为阳极时，则阳极产生的电力线通过屏蔽件聚拢至对应的阴极；若电放置在电极放置区的电极为阴极，则阴极接收对应的阳极产生的，通过屏蔽件聚拢的电力线。

应当理解，当电镀治具为挂镀式设备时，还可以进一步包括挂镀部12。

本实施例中，电镀治具既可以是阳极治具也可以是阴极治具，在电镀时，使屏蔽件13的端口尽量靠近阴极或阳极，即，若电镀治具为阳极治具，则使屏蔽件13的端口尽量靠近阴极；若电镀治具为阴极治具，则使得屏蔽件13尽量靠近阳极，从而使阳极投射出的电力线聚拢到对应的阴极表面，从而在同一电镀槽中批量电镀时，消除不同阳极和不同阴极之间由于电力线分散投射的干扰，大大提高了多片电镀的片间和片内均匀性。

在一种具体的实施方式中，为了使得电极治具的结构与一般的电极的形状相匹配，电极放置区11可以具体设置为圆形凹陷结构，屏蔽件13可以具体为中空圆柱结构。

本实施例中，可以根据对应的晶元的电镀需求灵活选择不同材料、结构及大小的屏蔽件13，以提高单片晶元的电镀均匀性，如屏蔽件13的材料一般可以选择PP(高聚物聚丙烯)材料，也可以根据需求选用其他绝缘材料，再如，关于屏蔽件13的厚度，其中，屏蔽件13的内环的尺寸小于电极放置区11的尺寸以进一步集中发送或接收电力线，屏蔽件13的外环的尺寸大于电极放置区11的尺寸从而可以方便将屏蔽件13固定在支撑板10上，具体的，屏蔽件13可以通过固定件固定在支撑板10上，如：螺丝，外环的尺寸一般以不影响固定件的固定进行调节，内环的尺寸具体可以根据阴阳极之间的距离等因素进行调节，调节至片内均匀性最佳的尺寸。

本实施例中，通过在支撑板10上设置屏蔽件13，当电极为阳极时，可以使电力线集中通过屏蔽件13的内环聚拢至阴极表面，当电极为阴极时，可以通过从屏蔽件13接收由阳极发送的聚拢的电力线，避免了在同一电镀槽中电镀多个晶元时，多个阳极产生的电力线互相之间发生干扰，从而影响电镀的片间及片内均匀性的情况发生，从而可以同时高效、高质地在同一电镀槽中同时电镀多个晶元，大大提高了电镀效率与稳定性。

实施例2

本实施例提供了一种电镀治具，本实施例基于实施例1，图4和图5分别示出了该电镀治具的平面模块示意图及立体模块示意图，图6示出了一具体场景下设计的电镀治具的结构示意图。

本实施例中的电镀治具还进一步包括第一屏蔽板14，第一屏蔽板14设置在电极放置区11与屏蔽件13之间，第一屏蔽板上设置了若干开孔141。其中，第一屏蔽板14的材料可为本领域常用的屏蔽板材料，一般为绝缘材料，例如PVC。

若放置在电极放置区11的电极为阳极，则阳极产生的电力线依次通过开孔141和屏蔽件聚拢至对应的阴极表面的对应图案处；

若放置在电极放置区11的电极为阴极，则阴极表面的对应图案处依次通过屏蔽件和开孔141聚拢的电力线。

本实施例中，开孔141的结构根据阴极的表面图形进行设置，结构包括孔径、疏密、开孔率及排列分布中的至少一种，以进一步提升镀覆的均匀性。

应当理解，本实施例中，对于一些表面具备图形结构的晶元，晶元表面并不是每个地方都需要进行电镀，因此，在需要电镀的位置对应的屏蔽板处，可以密集地设置多个开孔141，开孔141的孔径可以对于不需要电镀的位置对应的屏蔽板处，可以不设、或者设置稀疏的开孔141，从而有针对性的对晶元表面的图案处进行电镀，进一步提高了电镀效率与均匀性。

应当理解，对于一些表面均匀、不具备图形结构的晶元，本实施例优选不加第一屏蔽板的方式。

实施例3

本实施例提供了一种电镀模块，如图7所示，电镀模块包括若干实施例1或实施例2中的电镀治具。

本实施例中的电镀治具可以模块化设计，根据需求可以增加阳极治具的数量拓展做成可以同时电镀多片晶元电镀模块，灵活使用，可拓展潜力很大。每个电镀治具都可以独立设计应用于不同图形的晶元电镀，可以兼容不同尺寸的晶元，如，若需要批量电镀4寸的晶元，则将使用实施例1及2中电镀治具的结构的电镀治具(包括阳极治具及阴极治具)的电极放置区11设置为4寸或略大于4寸的形状，将屏蔽件13的内环直径设置为小于4寸的大小，外环的直径设置为大于4寸的大小，当晶元表面有图案时，可以进一步在屏蔽件13和电极放置区11之间增加具有开孔141结构的第一屏蔽板；又如，当需要同时电镀4寸、5寸及6寸的晶元时，只需要将调整电镀治具中的电极放置区11、屏蔽件13、第一屏蔽板的尺寸即可。

图8示出了一种具体场景下，设计的该电镀模块的结构示意图，这种场景下，电镀模块为阳极电镀模块，其中包括了至少三个阳极治具，其中，第一屏蔽板14具体为阳极屏蔽板，屏蔽件13具体的实现方式为PP环。

本实施例中，在进行批量电镀时，面对不同尺寸的晶元，只要更换不同尺寸的电镀治具，而不需要改动电镀槽体，就可以在保障各个阳极产生的电力线之间不会互相影响，保障每一晶元镀覆均匀性的同时灵活同时对不同尺寸的晶元进行电镀。

本实施例中，在一个槽体里不仅可以同时对不同尺寸的晶元进行电镀，还可以对表面具有不同图形的晶元进行电镀，不仅能够保障电镀的灵活性及效率，也可以保障电镀的片内及片间均匀性。

在一种具体的实施方式中，电镀模块中的电镀治具之间可以通过连接体进行连接，从而构成一整体，以方便模块化使用。

在一种具体的实施方式中，电镀治具之间设置有第二屏蔽板15，以进一步避免电极之间的电力线互相干扰，提高屏蔽效率，大大提高了电镀的片间均匀性。

实施例4

本实施例提供了一种电镀系统，本实施例基于前述任意一实施例中的至少一个，该电镀系统包括至少一个阳极治具及对应的至少一个阴极治具，阳具治具及阴极治具中的至少一个具有前述任意一实施例中的电镀治具。

本实施例中，当阳极治具有前述任意一实施例中的电镀治具的结构时，阳极治具中的屏蔽件13与对应的阴极治具中的阴极之间的距离尽可能的小，以使阳极投射出的电力线聚拢到对应的阴极表面，在一种具体的实施方式中，前述距离小于或等于10公分。

当阴极治具有前述任意一实施例中的电镀治具的结构时，阴极治具中的屏蔽件13与对应的阳极治具中的阳极之间的距离尽可能的小，以使阳极投射出的电力线聚拢到对应的阴极表面，在一种具体的实施方式中，前述距离小于或等于10公分。

当阳极治具及阴极治具均具有前述任意一实施例中的电镀治具的结构时，阴极治具中的屏蔽件13与对应的阳极治具中的屏蔽件13之间的距离尽可能的小，以使阳极投射出的电力线聚拢到对应的阴极表面，在一种具体的实施方式中，前述距离小于或等于10公分。

实施例5

本实施例提供了一种电镀系统，本实施例基于实施例4，该电镀系统包括至少一个阳极治具及至少一个阴极模块，阴极模块包括若干阴极治具，其中，阴极治具既可以使用实施例1或实施例2中的阴极治具，也可以使用现有技术中的其他阴极治具，本实施例中，阳极治具与阴极治具的数量相同。

此外，该电镀系统还包括与所述阳极治具数量相同的电源、阳极线及阴极线，电源与阳极治具一一对应，每一电源的阳极分别通过对应的阳极线与对应的阳极治具中的阳极导电柱电连接，每一电源的阴极分别通过对应的阴极线汇总，与阴极模块中的阴极导电柱电连接。

为了更好的理解本实施例，下面通过一具体实例对本实施例中的电镀系统进行说明：

该具体实例中，包括三个独立的阳极治具，以及如实施例3中所列举的构成一整体具体为阴极模块的电极模块，该阴极模块中包括三个阴极治具。

图9示出了现有技术中，当一个电镀槽需要电镀多个晶元时的供电模式，原来设备采取的供电模式为单电源阳极输出端并联三根导线到电镀槽的三个独立的阳极导电柱上，单电源阴极输出端通过一根导线连接到阴极导电柱上，即三阳极线，一阴极线，电流从电源出来通过三个阳极汇拢到一个阴极然后再返回到电源。挂具上的三片晶圆从电路的角度来看等于并联电路，当电源通电后由于三片晶圆电路电阻值不完全相同，所以导致通过的电流不同，进而导致在阴极得到电子发生还原反应的金属离子数量不同，最终产生了镀层厚度的明显差异。

图10示出了本实施例中电镀系统的结构，其中，具体包括三个独立的电源，其中，每一电源的阳极分别通过阳极线与对应的阳极治具中的阳极导电柱连接，全部电源的阴极通过阴极线汇总，与整体阴极模块中的阴极导电柱连接，通过这种方式，三个晶圆电流可以基本相等，而不受电阻值差异影响，使电镀的镀层厚度均匀。

应当理解，在另一具体实例中，当阴极模块也为三个独立的阴极治具时，每一阴极治具均包括对应的阴极导电柱，每一电源的阴极分别通过阴极线与对应的阴极治具中的阴极导电柱连接。

下面通过实验中的具体数据来说明上述实施例所能达到的效果：

其中，晶元电镀的片内均匀性能在10％以下，片间均匀性能也在10％以下，且电镀效果重现性好。

为了方便实验，本实用新型实施例中使用的晶元为标准6寸覆铜板(光片晶圆，即没有图形的晶圆片)。阳极使用的为铜块，其直径和晶元的直径接近。具体使用的检测电镀均匀性的设备为四点探针仪，型号为：RG-120N。

本实施例中，电镀镀层片内均匀性采用晶圆表面25点测厚法计算，其中：片内均匀性＝((最大镀层厚度-最小镀层厚度)/2)/平均镀层镀厚。

片间均匀性＝(Max(Avg1#，Avg2#，Avg3#)-Min(Avg1#，Avg2#，Avg3#))/Avg(Avg1#，Avg2#，Avg3#)/2，其中，Avg1#，Avg2#，Avg3#分别表示第一晶元的平均镀层厚度、第二晶元的平均镀层厚度以及晶元的平均镀层厚度，Max与Min分别表示取最大值及取最小值。

电镀液采用的是上海新阳半导体材料股份有限公司的UPB3210凸点铜电镀液。

表1中的对比例为改进前电镀效果，改进前的屏蔽板为与电极放置区平行的屏蔽板，图11、图12、图13及图14分别示出了对比例1、对比例2、对比例3及对比例4的镀层厚度分布图，其中，颜色越深的地方代表厚度越厚，颜色越浅的地方代表厚度越薄。

表1

表2为改进后的屏蔽件，实施例1中的阳极治具仅包括中空圆柱结构的屏蔽件(由于是光片晶元，因此实施例1没有加装筛板式屏蔽板)。实施例2中的阳极治具不仅包括屏蔽件还包括第一屏蔽板，即筛板式屏蔽板(由于是图形片晶元，因此增加了筛板式屏蔽板)，图15及图16分别示出了实施例1及实施例2的镀层厚度分布图，同样，颜色越深的地方代表厚度越厚，颜色越浅的地方代表厚度越薄。

表2

改造前，片间均匀性经计算得出为23％，从上表可以看出，改造后，即增加了屏蔽件或增加了屏蔽件与第一屏蔽板后，电镀均匀性与改造前相比，有了很明显的提升。

此外，在改造电路后，即使用实施例5中的供电方式，及电路连接方式后再次测量均匀性，结果片间均匀性为2.2％。多次重复实验发现片间均匀性结果比较稳定，基本都在5％以内且单片的均匀性基本都在10％左右，没有出现之前片间均匀性过差和波动大的问题。

以下表3-表5，均为光片晶元及不含筛板的屏蔽板结构。

表格3是完全没任何改造的，表格4是只增加了屏蔽件与第一屏蔽板的，表格5在增加了屏蔽件与第一屏蔽板的基础上，进一步改造电源的电镀系统：

表3

表4

表5

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电镀治具，包括支撑板，所述支撑板包括至少一个用于放置电极的电极放置区，其特征在于，所述电镀治具还包括设置在所述支撑板上且与所述电极放置区中心同轴的屏蔽件，所述屏蔽件为中空环形结构；

若放置在所述电极放置区的电极为阳极，则所述阳极产生的电力线通过所述屏蔽件聚拢至对应的阴极；

若放置在所述电极放置区的电极为阴极，则所述阴极接收对应的阳极产生的通过所述屏蔽件聚拢的电力线。

2.如权利要求1所述的电镀治具，其特征在于，所述电极放置区为圆形凹陷结构。

3.如权利要求1所述的电镀治具，其特征在于，所述电镀治具还包括电极导电柱，所述电极导电柱设置在所述支撑板上，且当所述电极放置在所述电极放置区时，所述电极导电柱与所述电极电连接。

4.如权利要求1所述的电镀治具，其特征在于，所述屏蔽件的结构满足以下条件中的一个或多个：

所述屏蔽件为圆柱结构；

所述屏蔽件的内环的尺寸小于所述电极放置区的尺寸；

所述屏蔽件的外环的尺寸大于所述电极放置区的尺寸。

5.如权利要求1所述的电镀治具，其特征在于，所述电镀治具还包括第一屏蔽板，所述第一屏蔽板设置在所述电极放置区与所述屏蔽件之间，所述第一屏蔽板上设置有若干开孔；

若放置在所述电极放置区的电极为阳极，则所述阳极产生的电力线依次通过所述开孔和所述屏蔽件聚拢至对应的阴极表面的对应图案处；

若放置在所述电极放置区的电极为阴极，则所述阴极表面的对应图案处接收依次通过所述屏蔽件和所述开孔聚拢的电力线。

6.如权利要求1-5任意一项所述的电镀治具，其特征在于，所述电镀治具包括阳极治具或阴极治具。

7.一种电镀模块，其特征在于，所述电镀模块包括若干如权利要求1-6任意一项所述的电镀治具。

8.如权利要求7所述的电镀模块，其特征在于，所述电镀治具之间通过连接体连接，和/或，所述电镀治具之间设置有第二屏蔽板。

9.一种电镀系统，其特征在于，所述电镀系统包括至少一个阳极治具及对应的至少一个阴极治具，所述阳极治具及所述阴极治具中的至少一个具有如权利要求1-6中任意一项所述的电镀治具的结构。

10.如权利要求9所述的电镀系统，其特征在于，所述电镀系统包括至少一个所述阳极治具及至少一个阴极模块，所述阴极模块包括若干阴极治具，所述阳极治具与所述阴极治具的数量相同，所述电镀系统还包括与所述阳极治具数量相同的电源、阳极线及阴极线，所述电源与所述阳极治具一一对应，每一电源的阳极分别通过对应的阳极线与对应的阳极治具中的阳极导电柱电连接，每一电源的阴极分别通过对应的阴极线汇总，与所述阴极模块中的阴极导电柱电连接。

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