杭州PCB抄板公司-緯亞電子：摘要：電鍍銅層具有良好的導電、導熱、延展性等優(yōu)點，因此，電鍍銅技術(shù)被廣泛應用于電子材料制造領域。本文概括了幾種常用電鍍銅體系的特點，重點介紹了在電子制造中應用較廣的酸性硫酸鹽電鍍銅鍍液的組成和各成分作用。簡述了電鍍銅在銅箔粗化、印制電路制作、電子封裝、超大規(guī)模集成電路（ULSI）銅互連領域的應用，并對近年來電子工業(yè)中應用的幾種先進電鍍銅技術(shù)，包括脈沖電鍍銅技術(shù)、水平直接電鍍銅技術(shù)、超聲波電鍍銅技術(shù)、激光電鍍銅技術(shù)等進行了評述。
    關鍵詞：電子材料；電鍍銅；銅箔粗化；印制電路；電子封裝；超大規(guī)模集成電路（ULSI）
    中圖分類號：TQ153.14; TQ178         文獻標識碼：A    文章編號：1004 – 227X (2007) 02 – 0043 – 05
     1 前言
     電鍍銅層因其具有良好的導電性、導熱性和機械延展性等優(yōu)點而被廣泛應用于電子信息產(chǎn)品領域，電鍍銅技術(shù)也因此滲透到了整個電子材料制造領域，從印制電路板（PCB）制造到 IC 封裝，再到大規(guī)模集成線路（芯片）的銅互連技術(shù)等電子領域都離不開它，因此電鍍銅技術(shù)已成為現(xiàn)代微電子制造中必不可少的關鍵電鍍技術(shù)之一。電子行業(yè)的電鍍銅技術(shù)含量很高，電鍍銅層的功能、質(zhì)量和精度以及電鍍方法等方面與傳統(tǒng)的裝飾性防護性電鍍銅技術(shù)有所不同。中的電
子信息產(chǎn)業(yè)正在迅速崛起，有資料表明，中的印制電路產(chǎn)值 2003 年已經(jīng)超過美居世界二位，成為名副其實的 PCB 生產(chǎn)大，并且有望在 2008 年超過日本居世界一，而以smtsh.cn/ target=_blank class=infotextkey>上海為中心的長三角地區(qū)的集成電路產(chǎn)業(yè)也在飛速發(fā)展，逐漸成為該地區(qū)的支柱性產(chǎn)業(yè)[1-3]。這些產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必將推動電鍍銅技術(shù)的應用領域進一步擴大。為了滿足具有高科技含量電子產(chǎn)品制造的要求，出現(xiàn)了許多新的電鍍銅技術(shù)，如脈沖電鍍銅技術(shù)、水平直接電鍍銅技術(shù)、超聲波電鍍銅技術(shù)、激光誘導選擇電鍍銅技術(shù)等。
    2 電鍍銅簡介
    2. 1 常用的電鍍銅鍍液及特點
    常用電鍍銅鍍液的分類及特點列于表 1。 

除所列出的體系之外，其它如氟硼酸鹽、檸檬酸-酒石酸鹽等電鍍銅體系也不適合用在電子行業(yè)。相比之下，酸性硫酸鹽鍍銅體系因其具有上述優(yōu)點而被廣泛應用于電子行業(yè)。

2. 2 酸性硫酸鹽電鍍銅鍍液組成及各成分作用
     電子行業(yè)使用的硫酸鹽鍍銅溶液中主要含有CuSO4、H2SO4、Cl?和有機添加劑等成分。
     2. 2. 1   硫酸銅
      CuSO4 是主鹽，是溶液中 Cu2+的來源，濃度要適度。過低則沉積速率較慢；過高則沉積速率過快，結(jié)晶顆粒粗大，并影響鍍液的深鍍能力，使板面與孔內(nèi)厚度差別過大。CuSO4 ·5H2O 含量 60 ~ 100 g/L。
    2. 2. 2   硫酸
     H2SO4 主要增加鍍液的導電能力，并防止 Cu2+水解，濃度也要適量。太高鍍液分散能力差，太低鍍層脆性增加，韌性下降。尤其是在印制板電鍍通孔操作中要保持 ρ (H2SO4)/ ρ (Cu2+)一定的比例，才能達到較好的深鍍效果。H2SO4含量 180 ~ 220 g/L。杭州PCB|杭州smt
    2. 2. 3   Cl–
    Cl–可以提高陽極的活性，促進陽極正常溶解，防止陽極鈍化；還可以減少因陽極溶解不完全產(chǎn)生的“銅粉”，提高鍍層的光亮和整平能力，改善鍍層質(zhì)量。一般含量較低，30 ~ 80 mg/L 左右[6]。
    2. 2. 4   添加劑
    添加劑在酸性鍍銅中很關鍵，一般有載運劑、光亮劑、整平劑等，通常需要幾種添加劑協(xié)同作用才能達到理想的效果。它可以改變電極的表面吸附狀況，進而改變鍍層的結(jié)構(gòu)。不過在實際的電鍍過程中添加劑的量比較難以控制，這是 HDI（高密度印制板）中高厚徑比微孔電鍍的難題，外已有研究者通過改變
脈沖電鍍的條件開發(fā)不使用添加劑的技術(shù)[7-8]。
    3 電鍍銅在電子材料領域的應用
    3. 1 銅箔粗化處理
     銅箔是制造印制板的關鍵導電材料，但是印制板外層銅箔毛面在與絕緣基板壓合制造覆銅板之前必須經(jīng)過電鍍銅粗化處理，使之具有一定的表面粗糙度，才能保證與基板有足夠的粘合力。銅箔的粗化處理通常分 2 步：一是在較低銅離子濃度高電流密度下的粗化處理，二是在高銅離子濃度低電流密度下的固化處理[9]。粗化處理過程中必須使用特殊的添加劑，否則銅箔在高溫層壓制造覆銅板時會出現(xiàn)“銅粉轉(zhuǎn)移”現(xiàn)象，影響與基板的結(jié)合力，嚴重時會使線路從基板上脫落。
     在制造多層線路板時，內(nèi)層銅箔也需要進行強化處理。傳統(tǒng)的內(nèi)層銅箔使用黑化處理方法，但是黑化方法產(chǎn)生的氧化銅會在后續(xù)過程中產(chǎn)生空洞，造成層間互連可靠性降低[10]。有日本研究人員[11]采用在酸性硫酸鹽電鍍銅溶液中添加苯并喹啉系列有機物作為添加劑，并改變?nèi)芤褐械乃徙~比和操作條件對內(nèi)層銅箔進行處理，避免了“空洞”現(xiàn)象的發(fā)生。
     3. 2 PCB 制作
     3. 2. 1 PCB 微孔制作
     印制板上的小孔具有至關重要的作用，通過它不僅可以實現(xiàn)印制板各層之間的電氣互連，還可以實現(xiàn)高密度布線。一張印制板上常常具有成千上萬個小孔，有的多達數(shù)萬個甚至十萬個。在這些孔中不僅有貫通于各層之間的導通孔，還有位于印制板表層的盲孔和位于內(nèi)部的埋孔，而且孔徑大小不一，位置各異。因此，孔內(nèi)銅金屬化的質(zhì)量就成為決定印制板層間電氣互連的關鍵[12]。傳統(tǒng)的印制板孔金屬化工藝主要分2步：一是通過化學鍍銅工藝在鉆孔上形成一層導電薄層（厚度一般為 0.5 μm），二是在已經(jīng)形成的化學鍍銅層上再電鍍一層較厚的銅層（20 μm 左右）。
     但是化學鍍銅層存在以下問題：（1）鍍速比較慢，生產(chǎn)效率低，鍍液不穩(wěn)定，維護嚴格[13]；（2）使用甲醛為還原劑，是潛在的致癌物質(zhì)且操作條件差[14]；（3）使用的 EDTA 等螯合劑給廢水處理帶來困難[15]；（4）化學鍍銅層和電鍍層的致密性和延展性不同，熱膨脹系數(shù)不同[16]，在特定條件下受到熱沖擊時容易分層、起泡，對孔的可靠性造成威脅?；谝陨蠋c，人們開發(fā)出了不使用化學鍍銅而直接進行電鍍銅的工藝[14-16]。該方法是在經(jīng)過特殊的前處理后直接進行電鍍銅，簡化了操作程序。隨著人們環(huán)保意識的增強，又由于化學鍍銅工藝存在種種問題，化學鍍銅必將會被直接電鍍銅工藝所取代。

2. 2 酸性硫酸鹽電鍍銅鍍液組成及各成分作用
     電子行業(yè)使用的硫酸鹽鍍銅溶液中主要含有CuSO4、H2SO4、Cl?和有機添加劑等成分。
     2. 2. 1   硫酸銅
      CuSO4 是主鹽，是溶液中 Cu2+的來源，濃度要適度。過低則沉積速率較慢；過高則沉積速率過快，結(jié)晶顆粒粗大，并影響鍍液的深鍍能力，使板面與孔內(nèi)厚度差別過大。CuSO4 ·5H2O 含量 60 ~ 100 g/L。
    2. 2. 2   硫酸
     H2SO4 主要增加鍍液的導電能力，并防止 Cu2+水解，濃度也要適量。太高鍍液分散能力差，太低鍍層脆性增加，韌性下降。尤其是在印制板電鍍通孔操作中要保持 ρ (H2SO4)/ ρ (Cu2+)一定的比例，才能達到較好的深鍍效果。H2SO4含量 180 ~ 220 g/L。
    2. 2. 3   Cl–
    Cl–可以提高陽極的活性，促進陽極正常溶解，防止陽極鈍化；還可以減少因陽極溶解不完全產(chǎn)生的“銅粉”，提高鍍層的光亮和整平能力，改善鍍層質(zhì)量。一般含量較低，30 ~ 80 mg/L 左右[6]。
    2. 2. 4   添加劑
    添加劑在酸性鍍銅中很關鍵，一般有載運劑、光亮劑、整平劑等，通常需要幾種添加劑協(xié)同作用才能達到理想的效果。它可以改變電極的表面吸附狀況，進而改變鍍層的結(jié)構(gòu)。不過在實際的電鍍過程中添加劑的量比較難以控制，這是 HDI（高密度印制板）中高厚徑比微孔電鍍的難題，外已有研究者通過改變
脈沖電鍍的條件開發(fā)不使用添加劑的技術(shù)[7-8]。
    3 電鍍銅在電子材料領域的應用
    3. 1 銅箔粗化處理
     銅箔是制造印制板的關鍵導電材料，但是印制板外層銅箔毛面在與絕緣基板壓合制造覆銅板之前必須經(jīng)過電鍍銅粗化處理，使之具有一定的表面粗糙度，才能保證與基板有足夠的粘合力。銅箔的粗化處理通常分 2 步：一是在較低銅離子濃度高電流密度下的粗化處理，二是在高銅離子濃度低電流密度下的固化處理[9]。粗化處理過程中必須使用特殊的添加劑，否則銅箔在高溫層壓制造覆銅板時會出現(xiàn)“銅粉轉(zhuǎn)移”現(xiàn)象，影響與基板的結(jié)合力，嚴重時會使線路從基板上脫落。
     在制造多層線路板時，內(nèi)層銅箔也需要進行強化處理。傳統(tǒng)的內(nèi)層銅箔使用黑化處理方法，但是黑化方法產(chǎn)生的氧化銅會在后續(xù)過程中產(chǎn)生空洞，造成層間互連可靠性降低[10]。有日本研究人員[11]采用在酸性硫酸鹽電鍍銅溶液中添加苯并喹啉系列有機物作為添加劑，并改變?nèi)芤褐械乃徙~比和操作條件對內(nèi)層銅箔進行處理，避免了“空洞”現(xiàn)象的發(fā)生。

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