IC 기판 - IC 기판 도금 공정

신형 IC 기판 도금 공정: 맹공, 통공, 슬롯 충전

요약

전자제품이 소형화된 시대에 고생산량, 저비용의 집적회로기판은 칩과 PCB간의 고밀도상호련결을 실현하는데 믿음직한 경로를 제공해주었다.사용 가능한 캐리어 공간을 최대화하려면 구리 패턴 사이의 거리인 패턴 너비와 패턴 간격(L/S)을 최소화해야 합니다.흔히 볼 수 있는 PCB 기술에서 패턴 폭과 패턴 거리는 40에이치보다 크며, 더 진보된 웨이퍼급 기술은 최대 2에이치의 패턴 폭과 거리를 실현할 수 있다.지난 10년 동안 온보드 L/S가 등장하면서 칩 크기가 크게 줄어 인쇄회로기판과 반도체 업계에 독특한 도전을 가져왔다.

패널 레벨 패키징 (FOPLP) 은 PCB와 IC/반도체 분야 간의 격차를 메우기 위한 새로운 제조 기술이다.FOPLP는 여전히 신흥 기술이지만 점유 공간과 용량을 높이고 비용을 절감하여 경쟁 우위를 점할 수 있기 때문에 시장에서 각광받고 있다.이 시장에서 정밀회로 성능의 관건은 도금층의 균일성이나 평탄성이다.도금 균일성, 선재 / 블라인드 구멍 상단의 플랫도 (선재 상단의 플랫도 측정) 및 블라인드 구멍이 성능의 특징입니다.이는 하층의 불균등성이 후속 코팅에 영향을 미치고 부품 설계를 파괴하며 합선과 같은 재앙적인 결과를 초래하기 때문에 다층 PCB 가공에서 특히 중요합니다.또한 플랫하지 않은 서피스는 첨부 점 (블라인드 및 경로설정) 을 변형시켜 신호를 잃게 합니다.따라서 도금 솔루션은 특별한 후처리 없이 균일하고 평평한 윤곽을 제공할 수 있다는 것이 업계의 기대이다.

이 문서에서는 혁신적인 IC 기판 직류 구리 도금 복합 첨가제를 소개합니다.내장형 노치 채우기는 향상된 그래픽 도금으로 이루어지며 구멍 통과 및 블라인드 채우기를 동시에 수행할 수 있습니다.이 신제품들은 더 나은 패턴 아웃라인을 제공할 뿐만 아니라 블라인드 구멍과 전기 도금 구멍을 채울 수 있다.우리는 또한 두 가지 전해 구리 도금 공예를 소개하였는데, 사각 구멍의 크기와 구체적으로 응용된 오목 모양의 요구에 따라 선택할 수 있다: 공예 I는 직경 80~120mm, 깊이 50~100mm의 깊은 사각 구멍에 좋은 충전을 제공할 수 있다(그림 1);II 프로세스는 지름이 50~75mm, 깊이가 30~50mm인 작은 얕은 블라인드 구멍에 더 적합합니다.

이 두 가지 프로세스는 뛰어난 표면 균일성과 선 윤곽선을 실현할 수 있습니다 (그림 2).이 문서에서는 제어 범위 내에서 주어진 매개변수의 블라인드 구멍 채우기 및 통과 구멍 도금 성능을 설명합니다.또한 도금 금속화의 발열 및 물리적 특성을 최적화하는 방법도 설명합니다.

그림 1 블라인드 구멍 채우기와 펀치 도금의 공정 특성은 도형 도금을 강화하여 동시에 진행할 수 있다

그림 2는 용접 디스크와 컨덕터 간의 높이 일치 내장 노치 채우기 성능을 보여줍니다.

머리말

IC 기판은 PCB 소형화 기술 최고 수준으로 전기 전도 동선과 구멍이 뚫린 전기망을 통해 IC 칩과 PCB 간 연결을 제공한다.전선의 밀도는 가전제품의 소형화, 속도와 휴대성의 관건적인 요소이다.지난 수십 년 동안 선 밀도가 크게 증가하여 팬아웃 패널 레벨 패키지 (FOPLP) 의 개발은 얇은 코어 재료, 정확한 패턴 너비 및 더 작은 지름의 구멍 및 블라인드 구멍을 포함한 오늘날의 인쇄 회로의 설계 요구 사항을 충족시키기 위해 마이크로 전자 분야에서 화제가 되었습니다.

이 신기술의 발전을 추진하는 주요 요소는 원가와 생산력이다.전통적인 부채질 웨이퍼급 패키지 (FOWLP) 는 300mm 웨이퍼를 생산 단위로 사용하는데, 더 큰 웨이퍼를 얻기가 어렵고 처리 절차, 노동력 및 비용이 증가하며 생산량이 낮기 때문이다.웨이퍼에 비해 PCB와 유사한 로더를 사용하는 장점은 제조업체가 설계 유연성을 가지고 있어 더 큰 패널 면적을 사용할 수 있다는 것이다.예를 들어, 610mm x 457mm의 패널은 표면적이 300mm 웨이퍼의 거의 4배에 달해 비용, 시간, 가공 단계를 크게 줄일 수 있어 대규모 생산에 큰 장점이 된다.

그러나 FOPLP 기술의 기판 응용은 더 많은 연구와 개발이 필요하며 해상도와 꼬임 문제와 같은 도전에 직면 해 있습니다.구현에 성공하면 더 높은 크기, 더 낮은 비용, 더 얇은 패키지 크기를 구현하여 소비자 가전제품을 더 빠르고 가볍게 만들 수 있습니다.

산성 구리 블라인드 필러

전기 도금 공정은 PCB 보드 생산에서 중요한 부분 중 하나입니다.전류 분배를 통해 PCB 보드의 배선, 블라인드 구멍, 통공 도금을 실현할 수 있다.구리는 전도성 금속의 선택으로서 저비용과 높은 전도성이 특징이다.최근 수십 년 동안 구리 도금 기술의 발전에 따라 구리는 금속 도금으로서의 사용량이 크게 증가했다.첨단 전문 회로기판 설계에는 첨단 도금 설비와 혁신적인 도금 솔루션이 필요하기 때문에 지난 수십 년 동안 분사 도금 설비가 널리 응용되었다.

전기 도금 충전 용액은 일반적으로 높은 농도의 구리 (200g/L~250g/L 황산 구리) 와 낮은 농도의 산 (약 50g/L 황산) 으로 빠르게 충전할 수 있습니다.유기 첨가제는 전기 도금 속도를 제어하고 수용 가능한 물리적 성능을 얻는 데 사용됩니다.이러한 첨가물은 가이드 구멍 채우기 크기, 생산량, 표면 구리 두께, 판동 분포 공차 및 도금 후 블라인드 구멍 모양에 대한 고객의 요구를 충족시키기 위해 세심하게 설계되어야 합니다.전형적인 도금 처방에는 억제제, 광택제, 정평제가 포함된다.이론적으로 억제제와 증백제를 함유한 이중 성분 체계만으로 맹공을 채우는 것은 가능하지만, 이중 성분 체계에는 큰 오목함, 모양 충전과 같은 실제 문제가 존재하며, 이 과정은 분석 통제하기 어렵다.

억제제와 조평제는 모두 억제제 역할을 하지만 방식은 다르다.I형 억제제, 예를 들면 억제제는 증백제에 의해 활성화될 수 있지만, II형 억제제, 예를 들면 정평제는 그렇지 않으며, 운반체는 보통 고분자량의 폴리산화알킬 화합물이다.일반적으로 이들은 음극 표면에 흡착되어 염소 이온과 상호작용을 통해 얇은 층을 형성하기 때문에 캐리어는 확산층의 유효한 두께를 증가시켜 도금 속도를 낮춘다.음극 표면의 에너지 수준은 균형적이며 (국부적으로 같은 양의 전자를 사용하여 모든 음극 표면 점을 도금할 수 있음) 얻은 도금층 두께의 분포가 더욱 균일하게 된다.

다른 한편으로 증광제는 억제작용을 감소시켜 전기도금속도를 높인다.그것들은 보통 소분자량의 유황 화합물로 결정 입자 세화제라고도 부른다.유평제는 일반적으로 직사슬에 함유된 질소/지연중합물과 잡환 또는 잡환방향족화합물로 구성되는데 이런 화합물은 일반적으로 4원구조 (중심에 양전하를 띤 원자와 4개 대체기) 로서 고전류밀도에서 선택적으로 흡착된다. 례를 들면 변두리, 각과 국부가 용해되고고전류 밀도 영역에서 과도한 구리 도금을 방지합니다.

시험방법

8L 도금 슬롯과 200L 테스트 슬롯에서 테스트합니다.불용성 양극은 적용 가능한 전류 밀도가 높고 유지 보수가 용이하며 균일한 구리 표면 분포에 사용됩니다.도금 용액을 구성한 후 1Ah/L로 도금 용액을 가짜 도금하여 정확한 첨가제 농도로 분석, 조정한 후 도금 테스트를 진행한다.각 테스트보드는 도금 전에 산으로 1분, 물로 1분간 씻고 황산 10%로 1분간 절인다.

조작 조건 및 도금 성분

그림 1은 두 제제의 작동 조건과 최적 첨가제 농도를 보여줍니다.일반적으로 블라인드 구멍은 전기 도금 용액을 채우는 구리 함량이 높고 산 함량이 낮아 필요한 구멍 바닥 충전에 도달합니다.

그림 1 도금욕의 구성과 도금 조건

블라인드 구멍 채우기 메커니즘

맹공과 판의 구리 성장 속도는 첨가제에 의해 제어된다.그림 3은 각 첨가물의 다양한 작용을 보여 주는 블라인드 구멍 구리의 성장 도식을 보여 줍니다.도금 과정에서 흡착이 부분적으로 팽창하더라도 선택적 및 비선택적 흡착이 발생할 수 있습니다.첨가물은 반드시 표 1과 같은 설정 범위 내에서 제어하여 필요한'아래에서 위로 채우기'를 실현해야 한다.순환 볼트 암페어(CVS) 및 홀 챔버 테스트와 같은 산업에서 일반적으로 사용되는 분석 도구를 사용하여 분석할 수 있습니다.

그림 3에서 녹색은 억제제, 빨간색은 유평제, 노란색은 증광제를 나타낸다.윤습제 분자는 주로 표면에 흡착되어 그 중의 도금을 억제하는데, 유평제는 양전기를 띤 티아민염으로 인해 선택적으로 음전기를 띤 구역에 흡착되어 가장자리의 과도한 도금을 방지할 수 있고, 맹공이 너무 일찍 닫혀 중심에 구멍이 형성되는 것을 피할 수 있다.증광제는 황을 함유한 작은 분자로, 전기 도금을 가속화하기 위해 맹공으로 더 빨리 확산할 수 있다.맹공의 기하학적 형상이 도금 과정 중에 끊임없이 변화하기 때문에, 광선제가 통공에 집중되어 맹공이 빠르게 도금된다.이를 곡률 향상 가속기 커버리지(CEAC) 메커니즘이라고 합니다.

그림 3 CEAC 메커니즘 원리도

마지막으로 블라인드 구멍의 구리 도금이 표면과 거의 동일해지면 블라인드 구멍과 표면의 코팅률이 동일해지고 아래로부터의 채우기가 중지됩니다.첨가제의 흡착과 해흡 강도에 따라 광선제는 예상대로 확산되지 않을 수 있으며, 고농도의 광선제는 계속 도금을 가속화하여"펄스 충격"으로 불리는 과도한 도금을 초래할 것이다

정밀 패턴 프로파일 측정

그림 4는 가장 낮은 점과 가장 높은 점 사이의 높이 차와 R값 사이의 비율을 백분율로 정의하는 프로파일 비율 계산을 보여줍니다. R값은 용접판 영역과 가는 선 사이의 높이 차이로 두 값 중 가장 작은 값을 취합니다.

그림 4 프로파일 비율 및 R 값 계산

그림 5에서 볼 수 있듯이 공정 설계 NO.1은 블라인드 구멍을 채우도록 설계되어 평평한 표면과 더 나은 선 윤곽을 생성하고 도금 조건이 최적화됩니다.필요한 블라인드 필러 능력을 얻기 위해 높은 농도의 CuSO4(200g/L)와 낮은 농도의 황산(50g/L)을 조합한다.

그림 5 일반적인 도금 성능

1호 공정의 전형적인 특성은 그림 5와 같이 채워진 블라인드 구멍의 크기는 60μm*35μm, 구리의 두께는 15μm이다.NO.1 프로세스는 블라인드 구멍을 가장 작은 오목면으로 채울 수 있기 때문에 별도의 압평 단계가 필요하지 않습니다.프로파일 비율은 일반적으로 10~15% 범위이지만 경우에 따라서는 실제 상황이 15~20% 사이로 관찰되며 도선의 구리 도금 두께는 15µm~16μm, R 값은 1~2 사이입니다.용접판의 형태는 더욱 사각형이고 표면은 평탄하며 경로설정은 경미한 돔을 보여준다.

그림 6 크기가 다른 90도 x 25도, 80도 x 35도, 90도 x 60도, 100도 x 80도 블라인드 구멍 채우기

이 공식이 서로 다른 크기의 블라인드 구멍을 채울 수 있는 능력을 한층 더 평가했다.90 ° m x 25 ° m, 80 ° m x 35 ° m, 90 ° m × 60 ° m, 100 ° m x 80 ° m의 네 가지 블라인드 크기를 테스트했습니다.테스트 결과는 그림 6과 같습니다.90 ° m * 60 ° m 이하의 블라인드 필러의 경우 오목면이 관찰되지 않고 큰 100 ° m * 80 ° m의 블라인드 필러는 4 ° m의 오목면이 있습니다.

전기 도금액의 사용 수명에 대한 연구

초기 성능 평가 후 도금 용액을 150Ah/L로 노후화하고, 슬롯 용적은 8L이다. 도금 순환당 15ASF로 45분간 지속되며, 첨가물 농도는 표 1과 같다.

전기 도금 용액 수명

목욕 노화 테스트 기간 동안 50Ah/L 간격으로 테스트보드를 도금하고 절편 샘플을 만들어 현미경으로 평가한다.테스트 보드는 60 µm x 35 섬 m 블라인드 홀과 다양한 L/S 경로로 구성되어 있습니다.도금 조건을 조절하여 표면에서 약 15μm의 두께를 얻다.전체 노후화 과정에서 도선 윤곽은 10~15% 범위, 간혹 15~20% 범위에 있다. 이는 평판 도금의 R값이 1~2% 범위에 있다는 최초 성능 테스트 결과와 일치한다.

두께가 각각 40과 60인 판재를 사용하여 통공 충전 능력을 테스트합니다.두 회로 기판의 공경은 각각 40과 50이다.결과는 그림 7과 같습니다.도금 주기는 1.24ASD, 60분 지속

X-구멍 채우기

인장 강도 및 신장률

PCB 제조에서 가장 중요한 두 가지 물리적 특성은 구리 금속이 조립과 최종 사용 과정에서 견딜 수 있는 열 응력을 나타내기 때문에 구리 도금 도체의 인장 강도와 신장률이다.물리적 성능은 억제제, 결정 세화제, 정평제를 포함한 첨가제 조합의 결과이다.이러한 특성은 또한 도금 속도 또는 전류 밀도, 도금 온도 및 결정 형태에 따라 달라집니다.예를 들어 서로 다른 결정 방향의 치밀한 퇴적물은 기둥 모양의 퇴적물보다 더 좋은 물리적 성질을 가지고 있다.

IPC TM-650 표준 2.4.18.1 테스트 방법에 따라 물리적 성능을 측정한 후 시료를 막대로 썰어 섭씨 125도의 오븐에서 4~6시간 동안 굽는다.산업 기계 테스터를 사용하여 샘플 막대를 테스트하고 이 측정기의 측정 값을 사용하여 스트레칭 강도와 신장률을 계산합니다.그림 8은 두 가지 다른 노화 목욕 용액의 결과를 보여줍니다: 새로운 도금 목욕과 약 100Ah/L의 노화 목욕.그 결과 도금 시간이 증가함에 따라 IPC 표준 III 레벨에 부합하는 성능 변화가 크지 않은 것으로 나타났다.