電沉積技術(shù)的詳細(xì)解析

引言

如果有人認(rèn)為化學(xué)鍍銅和其他金屬化系統(tǒng)深不可測(cè)，那么關(guān)于電鍍就更像是復(fù)雜的腦外科手術(shù)。

文章將詳細(xì)介紹電沉積技術(shù)的復(fù)雜性及其在孔和表面上形成銅厚度的功能。還將介紹鍍銅溶液中活性成分的作用，各種鍍液成分的過(guò)程控制限制及其對(duì)沉積完整性的影響。

電沉積

與典型初始通孔金屬化的化學(xué)鍍銅不同，通孔中的導(dǎo)電層需要通過(guò)電沉積銅累積達(dá)到一定厚度。據(jù)了解，這些技術(shù)相互重疊，即一些初始金屬化工藝使用直接電鍍，相反，全加成工藝僅通過(guò)化學(xué)鍍工藝生成銅。

通過(guò)電鍍形成銅層的優(yōu)勢(shì)在于成本較低、沉積速率較快以及電鍍銅性能更佳。改進(jìn)集中在電解液的“均鍍銅”上，即電解液在板表面和通孔內(nèi)沉積相對(duì)均勻銅沉積物的能力。采用高酸低銅濃度，以及改進(jìn)的有機(jī)添加劑系統(tǒng)（光亮劑、載體、整平劑），提高了深鍍能力。不要低估電鍍槽設(shè)計(jì)、從電源到母線的電纜連接以及溶液移動(dòng)對(duì)電鍍分布及沉積層整體質(zhì)量的影響。

電路板設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展變化導(dǎo)致了其他挑戰(zhàn)和復(fù)雜性。電路設(shè)計(jì)向更高密度和超高密度的轉(zhuǎn)變帶來(lái)了工藝技術(shù)的新一波改進(jìn)。

PCB制造中使用了其他幾種電鍍工藝。作為金屬抗蝕劑的錫、金屬抗蝕劑的鉛或錫通常采用電鍍工藝，有時(shí)也采用化學(xué)鍍工藝。其他電鍍金屬包括鎳、金和鈀（也是通過(guò)浸鍍液或化學(xué)鍍液沉積），以形成適當(dāng)?shù)谋砻嫱繉?，用于插?a target="_blank">連接器或元件連接，例如引線鍵合。后續(xù)專欄文章將概述這些工藝。

按照酸浸清洗劑、微蝕和酸預(yù)浸的順序進(jìn)行預(yù)鍍清洗，開(kāi)始本文的重點(diǎn)酸銅電鍍工藝。酸預(yù)浸是可選的，如果微蝕后的沖洗足夠，可以省略酸預(yù)浸工序。然而，這種情況僅適用于使用過(guò)氧化氫、過(guò)氧化硫酸微蝕劑。使用過(guò)硫酸鹽蝕刻劑需要進(jìn)行酸預(yù)浸。酸清洗劑關(guān)鍵的變量是化學(xué)成分、濃度、時(shí)間和溫度。

對(duì)于微蝕，蝕刻深度是關(guān)鍵參數(shù)，反過(guò)來(lái)又受化學(xué)成分、濃度、時(shí)間和溫度的影響。酸預(yù)浸通常與鍍液中使用的酸和濃度相同，可保護(hù)鍍液，避免帶入殘留液，殘留液可能會(huì)對(duì)鍍液的成分或濃度產(chǎn)生不利影響。因此，預(yù)浸的化學(xué)成分及其污染物含量至關(guān)重要。

酸性鍍銅液的關(guān)鍵參數(shù)包括電氣、機(jī)械、物理和化學(xué)變量。從電氣參數(shù)開(kāi)始，電流密度和一次電流密度分布影響電鍍速度、厚度分布和冶金性能，例如延展性、粗糙度和沉積層顏色。

電鍍表面的電流密度取決于整流器容量、相關(guān)陽(yáng)極和陰極尺寸和間距、屏蔽、電鍍槽效率和溶液電導(dǎo)率。電鍍表面的電流密度分布取決于前面提到的一些參數(shù)，在圖形電鍍中，還取決于電路圖形。

通孔中的電流密度取決于以下附加變量：

通孔直徑和厚徑比；

鍍液（攪拌）的補(bǔ)充效率（孔內(nèi)）；

鍍液的深鍍能力，在很大程度上取決于酸/銅比、有機(jī)電鍍添加劑和干擾有機(jī)電鍍添加劑的雜質(zhì)（浸出劑）含量。

圖1為深鍍能力的定義。后續(xù)專欄將介紹電沉積過(guò)程的實(shí)際力學(xué)和工藝參數(shù)的影響。

圖1：均鍍力的定義電鍍通孔的難度取決于板厚和孔徑。

例如，厚徑比均為10:1的兩個(gè)孔，一個(gè)孔使用厚度為100密耳的面板和直徑為10密耳的導(dǎo)通孔，而另一個(gè)使用厚度為200密耳的面板和直徑為20密耳的孔。兩種設(shè)計(jì)具有相同的厚徑比。

圖2強(qiáng)調(diào)了隨著厚徑比和板厚度的增加，保持均鍍力的難度。它說(shuō)明了IR降（或通過(guò)導(dǎo)通孔的電阻）將會(huì)隨板厚度的平方提高，而導(dǎo)通孔直徑僅以線性方式影響電阻（或均鍍力）。

圖2：左欄表示板厚，右欄表示孔直徑

審核編輯：湯梓紅