印制电路高纵横比盲孔填铜研究与应用

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电镀铜填孔技术由于其可靠性高、设计灵活而被广泛应用于制作高密度互连印制电路板、封装基板中。目前产业应用过程中最关注填孔的缺陷和效率问题,其中高纵横比盲孔的无缺陷填充是亟待解决的技术问题。本工作重点研究孔深约为180μm、孔径为110μm的高纵横盲孔,并利用电化学实验、多物理场耦合数值模拟、电镀实验解决了盲孔的填铜问题,具体内容如下:(1)高纵横比盲孔添加剂的电化学行为研究。乙二醇和丙二醇嵌段共聚物(EO/PO)在电极表面形成饱和吸附层,对铜沉积具有抑制作用。聚二硫二丙烷磺酸钠(SPS)对铜沉积具有加速作用,并研究了加速剂浓度与电极表面覆盖度、交换电流密度、以及阴极塔菲尔斜率之间的关系。含氮杂环化合物对铜沉积有抑制作用,其电化学行为和对流强度相关,并获得了浓度与电极电位的关系。(2)高纵横盲孔电镀填铜模型及机理研究。利用电化学测试的数据建立盲孔填充模型,并选择1.8:1.1的高纵横比盲孔进行填孔过程的模拟,预测了高纵横比盲孔填铜存在空洞风险;进一步研究了硫酸铜浓度对盲孔中铜离子分布的影响,镀液中铜离子浓度越大,扩散到盲孔底部的铜离子数量越多;研究气流量对盲孔内溶液的流动速度的影响,气流量越大,强制对流对盲孔内部的传质影响越大;还研究了不同纵横比的盲孔内铜离子分布,发现纵横比越大,铜离子浓度梯度分布越大。最后采用哈林槽电镀实验研究了不同纵横比盲孔的实际填充效果,结果表明纵横比为1:1.1、1.4:1.1的盲孔能实现盲孔的无空洞填充,而纵横比为1.8:1.1的盲孔填充中出现空洞,空洞率为100%。通过进一步优化硫酸铜浓度、气流量、镀液温度等影响因素来改善高纵横比盲孔填充效果,从而将盲孔的空洞率降低至8%。(3)加速剂局部预吸附电镀填铜技术研究。为了实现高纵横比盲孔的无空洞填充,引入了加速剂局部预吸附技术,通过调控硫酸铜浓度、气流量、温度等参数来改善高纵横比盲孔的填充效果。研究表明该技术不仅可以缩短电镀填孔时间,还可以降低盲孔产生空洞的风险。结果表明当电镀温度为28℃和31℃时,高纵横比盲孔能够实现无空洞填充。
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