[發(fā)明專(zhuān)利]填充通孔以減少空隙和其它缺陷的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710067127.9
• 申請(qǐng)日: 2017-02-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107087354A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: N·嘉雅拉朱;L·巴斯塔德;Z·尼亞茲伊別特娃;J·狄茨維斯?jié)煽?/a>
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 羅門(mén)哈斯電子材料有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): H05K3/42
• 分類(lèi)號(hào): H05K3/42
• 代理公司: 上海專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所有限公司31100
• 代理人: 陳哲鋒,胡嘉倩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種填充通孔以減少空隙和其它缺陷的方法。更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種通過(guò)以下來(lái)填充通孔以減少空隙和其它缺陷的方法：使用高電流密度持續(xù)預(yù)定時(shí)間段，接著暫停電流并且隨后通過(guò)施加低電流密度持續(xù)預(yù)定時(shí)間段的直流電循環(huán)填充通孔。

背景技術(shù)

高密度互連是制造具有通孔的印刷電路板中的重要設(shè)計(jì)。這些裝置的小型化依賴(lài)于較薄芯材、減小的線(xiàn)寬以及較小直徑通孔的組合。通孔的直徑在75μm到125μm范圍內(nèi)。通過(guò)銅鍍覆填充通孔在較高縱橫比的情況下已變得越來(lái)越困難。這產(chǎn)生較大空隙和較深凹陷。通孔填充的另一個(gè)問(wèn)題是其傾向于填充的方式。不同于在一端關(guān)閉的通路，通孔穿過(guò)襯底并且在兩端打開(kāi)。通路從底部填充到頂部。相比之下，當(dāng)通孔用銅填充時(shí)，銅傾向于開(kāi)始在通孔的中心處的壁上沉積，其中銅在中心處填塞形成“蝶翼”或兩個(gè)通路。兩個(gè)通路填充以完成孔的沉積。因此，用于填充通路的銅鍍覆浴典型地不與用于填充通孔的銅鍍覆浴相同。鍍覆浴調(diào)平劑和其它浴添加劑經(jīng)選擇以允許正確類(lèi)型的填充。如果不選擇添加劑的正確組合，那么銅鍍覆產(chǎn)生非所需的共形銅沉積。圖1是施加到襯底以便填充通孔的常規(guī)直流電施加的電流密度(ASD)對(duì)時(shí)間(分鐘)的圖。將陰極電流施加到襯底。在不改變電流密度的情況下施加電流密度持續(xù)給定時(shí)間段(如100分鐘)直到通孔經(jīng)填充。

通常銅未能完全填充通孔并且兩端保持未填充。銅沉積在中心的具有未填充端的不完全通孔填充有時(shí)稱(chēng)為“狗骨(dog-boning)”。孔的頂部和底部處的開(kāi)放空間稱(chēng)為凹陷。在通孔填充期間整個(gè)凹陷消除是罕見(jiàn)并且不可預(yù)測(cè)的。凹陷深度可能是用于將通孔填充性能定量的最常使用的度量。凹陷要求取決于通孔直徑和厚度并且其隨著制造商而變化。除凹陷以外，稱(chēng)為空隙的間隙或孔可在銅通孔填充物內(nèi)形成。較大凹陷影響面板的進(jìn)一步處理并且較大空隙影響裝置性能。理想工藝以高平坦度，即，積聚稠度完全填充通孔而無(wú)空隙以提供最優(yōu)可靠性和電學(xué)特性并且在盡可能低的表面厚度下以用于電氣裝置中的最優(yōu)線(xiàn)寬和阻抗控制。

為了解決先前問(wèn)題，當(dāng)試圖填塞并且填充通孔時(shí)工業(yè)典型地使用兩種不同電鍍?cè)　５谝汇~浴用于填充通孔直到如上文所提及在通孔中形成兩個(gè)通路。特定針對(duì)填充通路的具有基本上不同配方的第二浴代替第一浴以完成填充工藝。然而，這種工藝費(fèi)時(shí)并且效率低。必須密切監(jiān)控通孔填充工藝以在必須用通路填充浴替換第一浴時(shí)測(cè)量時(shí)間。未能在正確時(shí)間改變?cè)〉湫偷貙?dǎo)致凹陷和空隙形成。此外，使用兩種不同鍍覆浴用于單一過(guò)程增加制造和消費(fèi)者的成本。必須停止鍍覆工藝以改變?cè)。虼诉M(jìn)一步降低工藝的效率。

此外，如印刷電路板的襯底的厚度增加。許多常規(guī)印刷電路板現(xiàn)在的厚度超過(guò)100μm。雖然常規(guī)直流電鍍覆已經(jīng)在一些情況下在向厚度是100μm或更小的印刷電路板提供可接受通孔填充方面成功，填充厚度范圍超過(guò)100μm(如200μm和更大)的板中的通孔的嘗試不是很令人滿(mǎn)意。通常，通孔具有不可接受的量的深度超過(guò)10μm的凹陷和通孔中的超過(guò)10％到15％的平均空隙面積。

在金屬鍍覆中遇到的另一個(gè)問(wèn)題是在金屬沉積物上形成結(jié)節(jié)。結(jié)節(jié)被認(rèn)為是鍍覆的金屬的晶體并且長(zhǎng)出鍍覆表面。結(jié)節(jié)直徑可在小于1微米到大到若干毫米的范圍內(nèi)。出于多種電、機(jī)械以及裝飾原因，結(jié)節(jié)是不合需要的。舉例來(lái)說(shuō)，結(jié)節(jié)容易分離并且通過(guò)冷卻空氣流運(yùn)載到電子組件中(在電子物件殼體內(nèi)和外部，其中其可引起短路故障)。因此，結(jié)節(jié)必須在鍍覆襯底組裝到電子物件中之前移出。移出結(jié)節(jié)的常規(guī)方法涉及激光檢測(cè)每個(gè)金屬鍍覆襯底隨后使用顯微鏡由工人手動(dòng)移出結(jié)節(jié)。這類(lèi)常規(guī)方法為工人誤差留下空間并且效率低。

因此，需要一種改進(jìn)如印刷電路板的襯底的通孔填充的方法。

發(fā)明內(nèi)容

方法包括提供具有多個(gè)通孔的襯底，包括在所述襯底的表面和所述多個(gè)通孔的壁上的無(wú)電銅、閃鍍銅或其組合的層；將所述襯底浸沒(méi)在銅電鍍?cè)≈校灰约巴ㄟ^(guò)包含以下的直流電循環(huán)用銅填充所述通孔：施加電流密度持續(xù)第一預(yù)定時(shí)間段隨后斷開(kāi)直流電持續(xù)第二預(yù)定時(shí)間段，隨后打開(kāi)直流電并且施加較低電流密度持續(xù)第三預(yù)定時(shí)間段。

所述方法在通孔填充期間減少或抑制凹陷形成和空隙。凹陷典型地小于10μm深。凹陷和空隙區(qū)域的減小的深度改進(jìn)均鍍能力，因此在所述襯底的表面上提供基本上均勻銅層和良好通孔填充。此外，方法可用以填充厚度范圍是200μm或更大的襯底的通孔。方法還抑制節(jié)結(jié)形成。

附圖說(shuō)明

圖1是用于填充襯底中的通孔的常規(guī)DC電流施加的ASD對(duì)時(shí)間(分鐘)的圖。

圖2是通過(guò)將直流電施加到襯底來(lái)填充通孔的示意圖，其中初始電流密度高于隨后電流密度。