Подложка ИС - технология гальванизации основной пластины IC

New IC Substrate electroplating process: blind hole, заполнение канавок

Резюме

в век миниатюризации электроники, high добыча and low cost integrated IC Substrate provide a reliable way to realize high density interconnection (HDI) between chips and PCBs. для максимального использования имеющегося пространства носителей, the distance between the copper pattern -- the pattern width and the pattern spacing (L/S) -- should be minimized. In common PCB technology, Ширина рисунка и его расстояние больше 40, более передовая технология вафли может обеспечить до 2 - х мегаватт - трафика по ширине и удалению от трафарета.. Over the past decade, размер чипа значительно снижается с увеличением загрузки кристалла на пластине/S, presenting unique challenges to both the printed circuit board and semiconductor industries.

разделение панелей (FOPPLP) представляет собой новую производственную технологию, направленную на преодоление разрыва между PCB и IC / полупроводниковыми областями. Несмотря на то, что FOPP по - прежнему является новой технологией, он пользуется поддержкой рынка, поскольку он повышает эффективность использования и продуктивности земельных участков и повышает конкурентные преимущества за счет снижения издержек. На этом рынке ключом к хорошей характеристике цепи является однородность или ровность покрытия. однородность покрытия, выравнивание верхней части проволоки / слепая дыра (измерение полноты верхней части провода) и слепые отверстия являются характеристиками их характеристик. это особенно важно при многослойной обработке PCB, при которой неровность нижнего слоя может повлиять на последующее покрытие, повредить конструкции оборудования и привести к таким катастрофическим последствиям, как короткое замыкание. Кроме того, неровная поверхность может деформировать точку соединения (т.е. Поэтому промышленность ожидает, что раствор гальванизации будет обеспечивать однородный и плоский контур без какой - либо конкретной переработки.

в данной статье описывается новая составная присадка, используемая для постоянного медного покрытия базы IC. путем улучшения графического гальванического покрытия можно осуществить заполнение мозаичных канавок, а также завершить прокладку проходных отверстий и заполнение слепых отверстий. Эти новые продукты не только обеспечивают лучшие рисунки, но и могут заполнять слепое отверстие и гальваническое отверстие. Мы также представили два процесса электролитического осаждения меди, которые могут быть выбраны в соответствии с требованиями, предъявляемыми к размерам и рельефу отверстий брайля для конкретных видов применения: процесс I может обеспечить хорошее наполнение глубоких слепых отверстий диаметром от 80 до 120 × четверть м, глубиной от 50 до 100 × четверть м (рис. 1); технология II в большей степени применима к малоразмерным слепым отверстиям диаметром 50 × четверть м - 75 × четверть м, глубина 30 × четверть м - 50 {четверть м}.

These two processes can achieve excellent surface uniformity and line profile (FIG. 2). в данной статье описаны характеристики заполнения слепой дыры и гальванизации проходного отверстия при заданных параметрах в пределах контроля. It also describes how to optimize the heat dissipation and physical characteristics of electroplating metallization

FIG.1 The process properties of blind hole filling and through hole electroplating can be carried out simultaneously by enhanced graphic electroplating

Рисунок 2 встроенные характеристики заполнения паза, чтобы показать высотную равномерность между паяльной плитой и проводом

The introduction

The IC Substrate is the highest level of PCB miniaturization technology, providing the connection between the IC chip and the PCB through an electrical network of conducting copper wires and through holes. плотность проводов является ключевым фактором миниатюризации, speed and portability of consumer electronics. За последние десятилетия, the linear density has increased greatly, and the development of fan-out panel level Packaging (FOPLP) has become a hot topic in the field of microelectronics to meet the design requirements of today's printed circuits, including thin core materials, точная Ширина рисунка, отверстие малого диаметра и слепое отверстие.

Основными факторами, способствующими внедрению этой новой технологии, являются издержки и производительность. в традиционном секторальном корпусе вафли (FOWLP) используется 300 - мм вафли в качестве производственных модулей, поскольку приобретение более крупных вафли сопряжено с большими трудностями, что приводит к увеличению этапов обработки, рабочей силы и издержек и низкой производительности. преимущество использования в вафли погрузчика, подобного PCB, заключается в том, что производители обладают гибкостью при проектировании, позволяющей использовать более широкие площади панелей. например, площадь поверхности панели 610 мм 457 мм почти в четыре раза превышает площадь поверхности 300 мм вафли, что значительно снижает расходы, время и этапы обработки, что является большим преимуществом для крупномасштабного производства.

Однако применение технологии FOPLP на базовой доске требует дополнительных исследований и разработок, а также решения таких проблем, как разрешающая способность и проблемы деформации. В случае успешного внедрения могут быть достигнуты более высокая емкость, более низкие затраты и более мелкие размеры упаковки, что позволит быстрее и легче потреблять электронные товары.

Acid copper blind hole filling

Electroplating process is one of the key steps in the production of PCB board. через текущее распределение, the wiring, покрытие слепых и сквозных отверстий на панелях PCB. Copper, как выбранный токопроводящий металл, его особенность - низкая стоимость, высокая электропроводность. With the development of electroplating copper technology in recent decades, использование меди в качестве гальванического металла значительно возросло. Advanced specialized circuit board design requires cutting-edge electroplating equipment and innovative electroplating solutions, Так что за последние десятилетия, jet electroplating equipment has been widely used.

гальванический наполнитель are usually high concentrations of copper (200 g/L to 250 g/L copper sulfate) and low concentrations of acid (about 50g/L sulfuric acid) to facilitate rapid filling. органическая присадка для контроля скорости гальванизации и получения приемлемых физических свойств. эти добавки должны быть тщательно сконструированы, чтобы удовлетворить требования клиента относительно размера заполнения направляющего отверстия, yield, surface copper thickness, допуск на распределение листовой меди, форма слепого отверстия после гальванизации. Typical plating formulations include inhibitors, блеск, and levelers. теоретически, it is possible to fill the blind hole with only a two-component system containing an inhibitor and brightener, Но двухкомпонентная система имеет практические проблемы, великая депрессия, shape filling, И этот процесс трудно контролировать с помощью анализа.

ингибиторы и горизонтальные ингибиторы действуют как замедлители, но по - разному. ингибиторы типа I (например, ингибиторы) могут быть выведены из организма путем отбеливания, а ингибиторы типа II (например, пропорциональные красители) не могут, как правило, переносить на большие молекулы полиалкилы. обычно они адсорбируются на катодной поверхности и образуют тонкие слои, взаимодействуя с ионами хлора, и поэтому переносчики снижают скорость осаждения путем увеличения эффективной толщины диффузионного слоя. уровень энергии на катодной поверхности является сбалансированным (такое же количество электронов может быть использовано для частичного гальванического покрытия всех поверхностей катода), что позволяет более равномерно распределять толщину гальванического покрытия.

Brighteners, С другой стороны, increase the plating rate by reducing inhibition. Они обычно маломолекулярные соединения, содержащие сера, also known as grain refiners. адвектор обычно состоит из прямой цепи, содержащей азот/паразитные полимеры и Гетероциклические ароматические соединения, the compounds are usually quaternary structure (center positively charged atoms and four substituent), Они будут селективно адсорбция при высокой плотности тока, край, Angle and local swelled, защита от переложения меди в зоне высокой плотности тока.

The test method

Testing was performed in an 8L electroplating tank and a 200L test tank. нерастворимый анод используется для более высокой применимой плотности тока, ease of maintenance, равномерное распределение поверхности меди. после установки гальванического раствора, гальванизация под 1 Ah/L, анализ, adjusted to correct additive concentration, Последующая гальваническая проба. Each test plate is cleaned with acid for 1 minute, промыть 1 минуту водой, and pickled with 10% sulfuric acid for 1 minute before plating.

Operating conditions and plating bath composition

FIG 1 shows the operating conditions and optimal additive concentrations for the two formulations. обычно медное содержание раствора гальванизации, наполненного слепой отверстием, высокое, кислотное содержание, чтобы достичь требуемого забоя отверстия.

FIG1 Electroplating bath composition and electroplating conditions

Blind hole filling mechanism

The copper growth rate in the blind hole and on the plate is controlled by additives. Рисунок 3 иллюстрирует рост меди в слепой дыре, показывать различные действия каждой присадки. Selective and non-selective adsorption can occur during electroplating even if the adsorption is locally expanded. присадки должны регулироваться в пределах параметров, указанных в таблице 1, для достижения требуемого « заполнения снизу вверх». анализ можно проводить с помощью инструментов анализа, обычно используемых в промышленности., such as cyclic voltammetry (CVS) and hall chamber tests.

на рис., green represents the inhibitor, красный выравниватель, желтый представитель. молекулы смачивающего агента адсорбируются в основном на поверхности, подавлять гальваническое, while the leveling agent is selectively adsorbed on the negatively charged area due to the positively charged quaternary amine salt, предотвратим перегальванизацию края, предотвратим преждевременное замыкание слепой дыры, привести к образованию дыры в центре. Brightener is a small sulfur-containing molecule that diffuses more rapidly into blind holes to accelerate electroplating. Потому что геометрия слепых отверстий постоянно изменяется в процессе гальванизации, brightener becomes concentrated in the through holes, вызывать быстрое гальваническое в слепой дыре. This is called curvature enhanced Accelerator coverage (CEAC) mechanism.

FIG3 Schematic diagram of CEAC mechanism

И наконец, когда медное покрытие в слепой дыре почти совпадает с поверхностью, степень омеднения в слепой отверстии равна скорости омеднения на поверхности и прекращается снизу вверх. в зависимости от интенсивности адсорбции и десорбции присадки, светосостав может не распространяться так, как ожидалось, и при высокой концентрации фотозоля будет продолжать ускорять гальваническое покрытие, что приведет к чрезмерному гальваническому покрытию, называемому « импульсным ударом»

Precision Pattern profile measurement

FIG4 shows the calculation of the profile rate, определение соотношения высот между наинизшей и высшей точками, В процентах, and the R value, разность высот между областями паяльного диска и тонкими проводами, taking the minimum of both values.

Рисунок 4 вычисление отношения контура к R

технология № 1 предназначена для наполнения слепой дыры, что позволяет получать плоскую поверхность и более качественные очертания линий, а также оптимизировать условия гальванизации, как показано на рисунке 5. для получения требуемой вместимости для наполнения слепой дырой используются более высокие концентрации CuSO4 (200g / L) в сочетании с более низкой концентрацией серной кислоты (50g / L).

Рисунок 5 типичные Гальванические свойства

The typical properties of the No.1 процесс, как показано на диаграмме 5, where the filled blind hole size is 60 μm×35 μm and the copper thickness is 15μm. Потому что ответ отрицательный.1 process can fill the blind hole with the smallest concave surface, без дополнительных шагов выравнивания. соотношение профилей обычно составляет от 10 до 15%., however, В некоторых случаях фактические показатели составляли от 15 до 20 процентов., the copper plating thickness of the wire is 15µm to 16μm, R - значение от 1 до 2. The pads are more square in shape and have a flat surface, на проводе есть купол..

Рисунок 6 заполнен 90% все, 80 μm x 35 μm, 90 μm x 60 μm and 100 μm x80 μm blind holes of different sizes

была проведена дополнительная оценка способности формулы заполнять слепое отверстие различных размеров. были проверены четыре типа слепых отверстий разных размеров: 90, каждая четверть m x 25, 80, каждая четверть m x 35, 90, каждая четверть m x 60, и 100, каждая четверть m x80, и все остальные. Результаты тестов показаны на диаграмме 6. за 90 дней до этого он был заполнен слепой дырой под четверть метров, не видел вмятины, а за более крупные 100 - ти минут до последней четверти - 151; 80 - Я четверть - мм слепой дыры с 4 - й миллиметровой вогнутой поверхностью.

исследование продолжительности жизни гальванической жидкости

после первоначальной оценки характеристик раствор стареет до 150 AH / L, а емкость ванны - до 8L.

electroplating solution lifetime

During the bath aging test, гальванизация испытательной плиты под 50Ah/интервал L, and sectioned samples were prepared and evaluated under a microscope. тестовая панель состоит из 60 мкм x35/S routes. изменить условия гальванизации, чтобы получить на поверхности около 15 × четверть м толщины. During the whole aging process, профиль провода от 10% до 15%, and occasionally 15% to 20%, Это соответствует результатам первоначального тестирования производительности, and the R value of the flat pad electroplating is in the range of 1 to 2.

используйте толщину 40 - х и 60 - х, чтобы испытать пропускные отверстия. обе платы имеют отверстия 40 - й и 50 - й, соответственно. результаты приводятся на диаграмме 7. гальванический цикл 1,24 ASD, продолжительность 60 минут

Filling capacity of x-shaped holes

прочность на растяжение

Two of the most important physical properties in PCB manufacturing are the tensile strength and elongation of the electroplated copper conductor, as these properties indicate the thermal stress the copper metal can withstand during assembly and final use. Physical properties are the result of a combination of additives including inhibitors, grain refiners and levelers. These properties also depend on plating rate or current density, plating temperature, форма кристалла. For example, dense deposits of various crystal directions have better physical properties than columnar deposits.

согласно пункту 2.1.1.1.1.1.2.2.1.1.1.1.1.2.1.1.2.2.2.1.2.2.1.2.1.2.1.1.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.1.4.18.стандартный метод испытаний IPC TM - 650, and then the samples were cut into strip and baked in a 125„ƒ oven for 4~6 hours. The sample strip was tested with an industrial mechanical test instrument, and the measured value of the instrument was used to calculate the tensile strength and elongation percentage. Figure 8 shows the results of two different aging bath solutions: the new plating bath and the aging bath of about 100 Ah/L. The results show that the characteristics do not change much with the increase of electroplating time and meet the requirements of IPC standard Level III.