TW595293B - Electrolyzing plating circuit board and devices for the same - Google Patents

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595293 A7 —__ B7 五、發明説明（ί ) 1明所屬之技術領域 本發明係關於以金屬電鍍來埋設形成於配線基板之介層 洞之配線基板的電解電鍍方法及其電解電鍍裝置。 置知技術 於行動電話機、攝影機、筆記型電腦等之電子機器中，要 求高密度之元件封裝。作爲實現高密度封裝者，則提案依次 形成配線層及絕緣層的積木型（Bulid-up)基板或熱壓著形成 介層之配線基板之全層介層型之印刷基板等。 習知之積木型基板係於絕緣層形成微小孔洞（介層洞via hole)，並以於其介層洞內側面及底面施行金屬電鍍來電氣 連接絕緣層之上下配電層。 然而，於該方法中，於介層洞上進一步形成介層洞則難以 確實地電氣通連接，而不能配置重複有介層洞之紋間表面於 介層洞上。由於如此之圖案設計上的限制，而不能進行完全 使用自動配置配線工具的圖案設計，而必須以人力來進行其 中一部份，因此，而有所謂印刷基板之設計時間延長的問 題。 發明所欲解決的課題 爲了解決該問題，目前有提案以電解電鍍介層洞之埋設技 術。例如，於特開平1 1 -8469號公報係揭示於形成非電解金 屬薄膜厚，以PR電解來進行金屬電鍍之介層洞埋設技術。 然而，於以記載以上述公報之PR電解來電鍍的方法中，由 於爲了埋設介層洞係必須進行長時間（例如，2小時以上）電 鍍，印刷基板之製造成本變高，難以量產階段地使用。又，雖 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再頁) 裝' 、11 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 595293 A7 B7 五、發明説明（2 ) 然爲了縮短電鍍時間而昃高電流、密度，但是在電鍍中產生空 隙，產生了所謂電鑛表面粗糙的不合適。 又，爲了解決在使用可溶性陽極之情況下所產生的問題， 目前提案有例如在特願平8-507 1 06號公報中，使用添加不 溶性陽極及氧化還原系化合物之電鍍溶液的金屬電鍍方 法。 上述之發明係以使用直流電源之電解電鍍爲前提，並無提 出爲了於短時間埋設配線基板之介層洞的電鍍方法。 本發明之課題係爲於短時間埋設|5線基板之介層洞。 解決課題之手段 如申請專利範圍第1項之發明，以配線基板爲一電極，而 不溶解電極爲另外一電極，使用包含鐵離子0.1公克/公升 以上之金屬電鍍溶液，進行流通正負電流之電解電鍍，以金 屬電鍍埋設形成於配線基板之介層洞。 根據本發明，以使用包含鐵離子0.1公克/公升以上之金屬 電鍍溶液，並進行流通正負電荷之電解電鍍，可於較習知爲 短的時間來埋設介層洞，同時可形成具有平滑表面特性之金 屬膜。因而由於可在短時間形成電通連絕緣層之上下配線 層的介層，可大幅地降低多層配線基板之製造成本。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 作爲電解電鍍之方法者，例如可使用流通正負脈衝電流之 脈衝逆向電解方法。 又，亦可以如與形成配線基板之電鍍的面平行地流動電解 溶液來攪拌。此時，亦可針對介層洞之直徑、深度來控制電 解溶液之流量。 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 595293 A7 B7 ___ 五、發明説明（3 ) 於如此之構成，可適當地控制配線基板表面之金屬電鍍之 析出速度，及介層洞內部之金屬電鍍之析出速度。因此，可 於內部不會生成空隙等地埋設直徑小同時深的介層洞。 [實例] 以下，參照圖式同時說明本發明之實施範例。最初開始， 參照說明關於多層配線基板之製造步驟之第1圖。 形成蝕刻積層於玻璃環氧樹脂等之模芯樹脂1 2的銅箔 (導體層）11之配線圖案（配線層）11’（第1圖，（1)、（2)之步 驟）。其次，於該圖案上形成絕緣層13 (第1圖、（3)之步驟）。 於該絕緣層13上以雷射等形成孔洞，而形成介層洞14(第1 圖，（4)之步驟）。其次，埋設以電解電鍍形成銅電鍍層1 5之 介層洞（第1圖，（5)之步驟）。‘於第1圖之（5)步驟的電鍍步 驟中，係於絕緣層13及介層洞14底面之配線圖案Π’上以 化學電鍍等形成薄的導體層之後，形成以脈衝逆向電解電鍍 埋設介層洞1 4之銅電鑛層1 5。之後，形成蝕刻銅電鍍層1 5 之配線圖案15’（第1圖，（6)之步驟）。因此，可電通導絕緣層 1 3上下之配線圖案1 Γ、1 5 ’。 還有，關於以脈衝道向電解電鍍來埋設介層洞之技術，係 記載於例如表面技術協會「第1〇〇回演講要旨集（1 999年10 月6〜7日召開」。 其次，參照第3圖來說明本實施之範例中的印刷基板之電 解電鍍方法。 電鍍槽2 1係由不溶解陽極22及印刷基板作爲陰極23、 以及用來流通於電極間之正負脈衝電流的電源24、以及包 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇><297公釐） I---------^ — (請先閲讀背面之注意事項再填頁) 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 595293 A7 B7 五、發明説明（斗） 含鐵離子的銅電鍍溶液所構成。作爲不溶解陽極者，爲了使 電極的表面積變大，係使用多孔性電極，例如膨脹（expand)金 屬等。 其他方面，於電鍍槽21中設置供給銅離子的銅溶解槽25, 銅溶解槽25之溶液與電鍍槽2 1之電鍍溶液係以循環泵26 來循環著。 於本實施範例中，由於添加鐵離子「Fe2+」於電鍍溶液中， 於不溶解之陽極22的附近係如第2圖所示，由「Fe2+」生 成「Fe3 + + e」。 於銅溶解槽25中，係由於已被置入內部之銅材料，與以不 溶解陽極22所生成、轉移至銅溶解槽25之「Fe3+」之溶 解反應，生成「Cu2+」及「Fe2+」。 於陰極23中，係由從銅溶解層25轉移之「Cu2+」來析出 銅，並於印刷基板上形成銅電鍍層。在同時，由以不溶解陽 極22所生成之「Fe3 + + e」生成「Fe2+」。 即，從包含於以於不溶解陽極22中之電解反應的電鍍溶 液之鐵離子「Fe2+」生成「Fe3+」，由於在銅溶解槽中以「Fe3+」 與銅材料生成「Cu2+」及「Fe2+」，則變成要經常地由銅電 解槽補充銅離子^ Cn2+」及添加於電鍍溶液、以不溶解陽 極22之反應所消耗的鐵離子「Fe2+」。 第3圖係以模式表示本實施範例之電鍍槽2 1之電鍍溶液 流動圖。 於電鍍槽21之中央配置陰極（印刷基板）23,並以與該印刷 基板對向配置著網狀的2個不溶解陽極22。然後，以循環 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 595293 A7 B7 五、發明説明u ) 電鍍溶液之循環泵26,以第3圖之右方向、也就是平行於 形成印刷基板23之電鍍層的面，以既定之流量流動來循 環。以平行於形成印刷基板23之電鍍層的面來使如此之 電鍍溶液流動，可完全地埋設介層洞，同時可形成適當膜厚 的電鍍層。其認爲以例如與印刷基板23之表面平行地使 電鑛溶液流動，可控制存在於印刷基板23表面的「Fe3+」 量，並可調整在印刷基板23表面的銅析出速度及介層洞內 部的銅析出速度。 其次，於本實施範例之電鍍方法中，說明關於埋設形成於 絕緣層之深50 // m的介層洞時之電鍍條件及電鍍層之評估 結果。 於本實施範例中所使用之電鍍溶液的基本組成係如以下 所述。 硫酸銅· 5水合物：2 3 5.7公克/公斤 硫酸：60公克/公斤 有機添加劑（界面活性劑，例如亞脫技術公司製因帕斯雷 佛洛（音譯）：15毫升/公升 有機物添加劑（光澤劑，例如亞脫技術公司製因帕斯部來 銅那（音譯）：40毫升/公升 氯離子：40毫克/公升 鐵離子：15公克/公升（或0.1公克/公升） 於本實施範例中，係進行於電極流通正負脈衝電流之脈衝 逆向電解電鍍。流通於兩電極間之電流係如第4圖所示之 正電流期間T1爲40毫秒、負電流期間T2爲2毫秒之正 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I---------裝-- (請先閱讀背面之注意事項再頁) 訂 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 595293 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（έ ) 脈衝電流。又，陰極之平均電流密度係設定爲3安培/平方 公吋。 第5圖係表示施行脈衝逆向電解電鍍之印刷基板樣本1〜3 的電鍍條件，也就是包含於電鍍溶液之鐵離子量，及平均電 流密度，及電鍍時間圖。 樣本1係於不包含鐵離子之電鍍溶液中，以平均電流密度 3安培/平方公吋，進行3 3.3分鐘之電解電鍍者。 樣本2係於包含1 5公克/公升鐵離子之電鍍溶液中，以平 均電流密度3安培/平方公吋，進行33.3分鐘之電解電鍍 者。 樣本3係於包含0.1公克/公升鐵離子之電鍍溶液中，以平 均電流密度3安培/平方公吋，進行33.3分鐘之電解電鍍 者。 第6圖係表示以觸針式粗糙度計來測定各個樣本.1〜3之 電鍍表面粗糙度時之測定結果圖。 於第6圖中，相對於在不包含鐵離子之電鑛溶液中進行脈 衝逆向電解電鍍33.3分鐘樣本1之電鍍表面粗糙度平均値 爲3.496 // m，在包含0.1公克/公升鐵離子之電鍍溶液中進 行脈衝逆向電解電鍍3 3 · 3分鐘的樣本3之電鍍表面粗糙度 平均値爲2.830// m,可確認在包含鐵離子之電鍍溶液中進 行電鍍的樣本3方面得到平滑之電鍍面。 再者，在包含15公克/公升鐵離子之電鍍溶液中進行脈衝 逆向電解電鍍33.3分鐘的樣本2之電鍍表面粗糙度平均値 爲1.82 1 // m，得到此在包含0.1公克/公升鐵離子之電鍍溶 (請先閲讀背面之注意事項再填頁) -裝· 訂 線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 595293 A7 B7 五、發明説明（7 ) 液中電鑛之情況更爲平滑之電鍍面。 第7(A)圖係表示以使用包含15公克/公升鐵離子之電鍍 溶液之上述條件來進行脈衝逆向電解電鍍時之介層剖面攝 影圖，第7(B)圖係表示使用包含〇·ι公克/公升鐵離子之電 鍍溶液來進行脈衝逆向電解電鍍時之剖面攝影圖。又，第8 圖係表示在不包含鐵離子之電鍍溶液中進行脈衝逆向電解 電鍍時之介層剖面攝影圖。還有，介層洞係深層狀之形狀、 孔洞之開口部分直徑爲4 Ο ν m、底部直徑爲2 5 // m、深度 爲 5 Ο β m 〇 於使用包含15公克/公升鐵離子之電鍍溶液來進行脈衝 道向電解電鍍33.3分鐘的情況下，如第7(A)圖所示，知道介 層洞可完全地被埋設起來，且鍍銅表面亦變得平滑。由於介 層之中央部分的凹陷比介層深度（50 μ m)小，所以無實用上 的問題。 於使用包含〇 · 1公克/公斤鐵離子之電鍍溶液來進行脈衝 逆向電解電鍍33.3分鐘皂情況下，如第7(B)圖所示，介層洞 可完全地被埋設起來。鍍銅表面雖變得較第7(A)圖稍微粗 糙，但爲無實用上的問題之範圍。 第8圖係表示以與使用爲了比較之不包含鐵離子之電鍍 溶液之與上述相同條件來進行脈衝逆向電解電鍍之情況的 剖面攝影圖。該情況下，雖然介層洞被埋設起來，鍍銅之表 面變得比在第7(B)圖之於包含0.14公克/公升鐵離子之電 鑛溶液中進行電鍍皂情況較爲粗糙。於電鍍表面粗糙且進 行形成阻劑之圖案蝕刻時、阻劑下方之圖案被削減，由於圖 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I---------裝-- (請先閲讀背面之注意事項再頁} -訂 線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 595293 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7 _______五、發明説明（$ ) 案寬度已變得不一致，可確認第7(A)、（B)圖之使用包含鐵 離子之電鍍溶液方面，得到較高品質之配線圖案。 由第6圖之電鍍面之表面粗糙度的比較結果，與第7(A)、 (B)圖及第8圖之介層剖面攝影，可確認以添加0.1公克/公 斤以上之鐵離子於電鍍溶液中來進行脈衝逆向電解電鍍，在 較習知爲短的時間（3 3.3分鐘）中可埋設介層，同時可形成平 滑的電鍍表面。又，由以相同條件之於不包含鐵離子之電鐵 溶液中電鍍情況下的結果來判斷，可確認以添加鐵離子之電 鍍面變成平滑的效果大。 根據上述之實施範例，以進行添加鐵離子於銅電鍍溶液中 的脈衝逆向電解電鍍，可於短時間中埋設介層洞，同時可使 該表面大致上變得平滑。 再者，以電鍍溶液與形成陰極23之印刷基板之電鍍層的 面（形成介層洞的面）平面來流動，更可改善電鍍層特性。又， 以控制電鍍溶液之流量於適當値，亦可使陰極23表面及介 層洞內部之銅的析出速度變成所希望的値。 於上述之實施範例中，雖然添加「Fe2+」於銅電鍍溶液中， 但並不限制於此，亦可使用其他氧化還原化合物。歸根究底 如果將電鍍溶液以平行流動於欲形成印刷基板之電鍍層的 面的話爲佳。本發明並不限於多層印刷基板，亦可適用於搭 載半導體元件之多層基板等。 [發明之效果] 根據本發明，可於短時間中埋設介層洞，同時可形成具有 平滑表面特性之金屬膜。由於可於短時間形成如此電通連 -10- (請先閲讀背面之注意事項再頁) .裝·

、1T

A -線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210Χ29?公釐） 595293 A7 B7五、發明説明（1 ) 絕緣層之上下配線層的介層，可中幅地降低多層配線基板之 製造成本。 [圖式之簡單說明] [第1圖]爲多層配線基板之製造步驟說明圖。 [第2圖]爲實施範例之電解電鍍方法之說明圖。 [第3圖]爲表示電鍍溶液之流動圖。 [第4圖]爲表示電鍍電流之電流波形圖。 [第5圖]爲表示樣本之電鍍條件圖。 [第6圖]爲表示樣本之表面粗糙度之測定結果圖。 [第7圖] 第7(A)、（B)圖爲表示實施範例之介層剖面圖。 [第8圖]爲表示於不包含鐵離子之電鍍溶液中電鍍情況之 介層剖面圖。 符號說明 21.. .電鍍槽 22.. .不溶解陽極 23·.·陰極（印刷基板） 24.. .電源 25.. .銅溶解槽 26.. .循環泵 (請先閱讀背面之注意事項再填頁) -裝- 、v$ 線_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -11- 本紙張又度適用中國國家標準（CNS ) M規格（210x297公董）

Claims (1)

1. 595293 六、申請專利範圍 第89 1 26000號「配線基板之電解電鍍方法及配線基板之 電解電鍍裝置」專利案 （9 3年2月20日修正） 六、申請專利範圍： 1 . 一種配線基板之電解電鍍方法，其特徵爲以配線基板 爲一電極，以不溶解電極爲另一電極，使用包含0.1 公克/公升以上鐵離子之金屬電鍍溶液，攪拌金屬電 鍍溶液使前述金屬電鍍溶液以平行於配線基板之形 成電鍍層的面上流動，進行一邊切換正負方向一邊 流通電流之電解電鍍，並以金屬電鍍層埋設於配線基 板上所形成之介層洞。 2 .如申請專利範圍第1項之配線基板之電解電鍍方法， 其中以多孔性之電極構成前述不溶解電極，並進行使 用中含0 . 1公克/公升以上鐵離子之銅電鍍溶液之脈 衝逆向電解電鍍。 3 . —種配線基板之電解電鍍裝置，其特徵爲具備成爲配 線基板之相對電極的不溶解電極，包含0 . 1公克/公 升以上鐵離子之金屬電鍍溶液，用於進行前述配線 基板與不溶解電極之間流通之正負電流之電解電鍍 的電源，及用以攪拌金屬電鑛溶液使前述金屬電鍍 溶液以平行於配線基板之形成電鍍層的面上流動的 攪拌裝置。 4 .如申請專利範圍第3項之配線基板之電解電鍍裝置， 其中前述不溶解電極係由多孔性電極所形成，及前述 -1 - 595293 六、申請專利範圍 電源係流通正負之脈衝電流於前述配線基板與不溶解 電極之間者。 -2-