填充通孔的方法技术

本发明专利技术涉及一种填充通孔的方法。在为基板，例如印刷电路板中的具有通闪镀铜层的孔进行铜电镀的过程中，所述方法抑制或减少了凹陷或孔隙将包含二硫化物化合物的酸溶液施加到基板中的通孔，随后采用包含添加剂，如光亮剂和流平剂的酸性铜电镀浴，用铜填充通孔。

Method of Filling Through Holes

【技术实现步骤摘要】
填充通孔的方法本专利技术专利申请是申请号为201410200948.1，申请日为2014年3月14日，专利技术名称为“填充通孔的方法”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及填充具有闪镀铜(flashcopper)层的通孔的方法，该方法减少或者抑制了凹陷和孔隙的形成。更具体的，本专利技术涉及的是一种填充具有闪镀铜层的通孔的方法，所述方法通过向具有闪镀铜层的通孔施加含有低浓度二硫化物的水性酸预处理溶液，然后用包含光亮剂和流平剂的酸性铜电镀浴用铜填充通孔，以减少或者抑制凹陷和孔隙的形成。
技术介绍
在具有微孔和通孔的印刷电路板的制造中，高密度互连是一个重要的设计。这些器件的小型化依赖于较薄的芯材料、减少的线宽和较小直径的通孔和盲孔的组合。通孔的直径范围从75μm至200μm。通过铜镀覆来填充具有较高纵深比的通孔已经变得越来越困难。这导致更大的孔隙和更深的凹陷。通孔填充的另一个问题是它们的填充方式。不像一端是封闭的盲孔，通孔穿过基板并且两端都是开放的。盲孔从底部到顶部进行填充。相反，当用铜填充通孔时，铜倾向于开始沉积在通孔中心的壁上，在中心堵塞，形成“蝴蝶翅膀”或两个盲孔。两个盲孔填充完成了通孔的沉积。因此，用于填充盲孔的铜镀浴和用于填充通孔的铜镀浴通常是不相同的。选取镀覆浴流平剂和其他浴添加剂以实现正确类型的填充。如果没有选取正确的添加剂组合，那么铜镀覆则导致不合乎希望的的共形铜沉积。经常铜不能完全填充通孔，并且两端保持未填充。对于铜沉积在中心，并且端部未填充的不完全的通孔填充，有时也称为“哑铃式(dog-boning)”。孔底部和顶部的开放空间称之为凹陷。通孔填充期间，凹陷完全消除是很少见的和不可预测的。凹陷深度也许是最常用的通孔填充性能的定量度量。凹陷需求取决于通孔直径和厚度，并且随不同制造商而不同。除了凹陷，还会在铜通孔填充中形成称为孔隙的间隙或孔。较大的凹陷影响面板的进一步加工，较大的孔隙影响器件性能。一个理想的过程以高度平面度(即构建一致性)完全填充通孔，并且没有孔隙，以提供最佳的可靠性和电性能，并且表面厚度尽可能的低，以优化电子器件中的线宽度和阻抗控制。与通孔填充相关联的另一个问题是，当通孔壁上具有一层闪镀铜时用电解铜对通孔进行填充。通常情况下含有通孔的基板，如印刷电路板在表面和通孔壁上包覆一层无电镀铜。无电镀铜的厚度通常大于0.25μm。这种无电镀铜层易于氧化。通常印刷电路板用铜进行无电镀覆，并且储存一段时间，之后进行再加工。暴露于空气中的延长期以及对电路板的一般操作会导致无电镀铜层的较快速氧化。为了解决这个问题，在工业上，在储存之前，在无电镀铜的表面上电镀一层2μm到5μm厚的闪镀铜层，以保护无电镀铜免受氧化。还有，较厚的闪镀铜层能够通过传统的蚀刻工艺除去在储存期间形成的任何氧化物，而这种蚀刻不能在较薄的无电镀铜上进行而不造成无电镀铜层的损害或除去的风险。不幸的是，电解铜闪镀增加了对通孔进行填充的难度。当人们试图用酸性电解铜镀浴填充通孔时，经常会形成凹陷和孔隙。因此，需要一种改善具有闪镀铜层的基板中的通孔填充的方法。
技术实现思路
本专利技术的方法包括：提供基板，所述基板具有多个通孔并且在基板表面和所述多个通孔的壁上具有一层闪镀铜层；至少向所述多个通孔施加酸的水溶液，所述酸的水溶液主要由一种或多种下式的二硫化物化合物组成：其中，X为钠、钾或氢，R独立地为氢或烷基，n和m是大于或等于1的整数，所述一种或多种二硫化物化合物的量为50ppb至10ppm；以及用包含一种或多种光亮剂和一种或多种流平剂的酸性铜电镀浴至少对通孔电镀铜。在通孔填充期间，该方法减少或者抑制了凹陷的形成和孔隙。凹陷深度通常小于10μm。凹陷深度和孔隙面积的减小提高了布散深镀能力，从而提供了基板表面上的基本均匀的铜层和良好的通孔填充。专利技术具体实施方式下面给出的用在本说明书中的缩写具有以下含义，除非上下文另有明确说明：g＝克，ml＝毫升，L＝升，cm＝厘米，mm＝毫米，μm＝微米，ppm＝百万分之一，ppb＝十亿分之一，℃＝摄氏度，g/L＝克每升，A＝安培，dm＝分米，DI＝去离子，wt％＝重量％，Tg＝玻璃转变温度，孔隙＝通孔内不含铜的空间，否则的话该空间填充有铜金属，通孔纵深比＝通孔高度/通孔直径，凹陷深度＝凹陷最深点到基板表面镀铜水平面的距离，单个通孔的孔隙面积＝0.5A×0.5B×π，其中A为孔隙高度，B为通孔内孔隙最宽处的直径，通孔面积＝通孔深度×通孔直径，以及孔隙面积％＝孔隙面积/通孔面积×100％。术语“印刷电路板”和“印刷线路板”的在本专利技术的整个说明书中可互换使用。术语“镀”和“电镀”在本专利技术的整个说明书中可互换使用。术语“布散深镀能力”指的是在低电流密度区镀覆与较高电流密度区相同厚度的能力。所有的量均为重量百分比，除非另有说明。所有数值范围都是包含的并且可以任何顺序进行组合，除去那些受约束最多加合至100％的的数值范围的逻辑。酸性水溶液基本由一种或多种具有下式的二硫化物化合物构成：其中，X是钠、钾或氢，优选地，X是钠或氢，R独立地是氢或烷基，优选地，R独立地是氢或(C1～C6)烷基，更优选地，R独立地s氢或(C1～C3)烷基，最优选地，R是氢；n和m独立地是大于或等于1的整数，优选地，n和m独立地是1至3的整数，更优选地，n和m是2或3，最优选地，n和m是3。优选地，所述二硫化物化合物是双(3-磺丙基)二硫化物或其钠盐。优选地，所述酸性水溶液由水、一种或多种无机酸和一种或多种具有上式(I)的化合物组成。优选的所述酸性水溶液无其他附加组分。酸性水溶液中所含的一种或多种二硫化物化合物的量为50ppb至10ppm，优选为50ppb至500ppb，更优选为100ppb至500ppb。酸溶液中包含的二硫化物的浓度越低越好，因为二硫化合物通常形成可能阻碍均匀铜电镀和通孔填充的分解产物。此外，许多用于填充通孔的铜电镀浴包含此类二硫化物化合物作为光亮剂或加速剂。铜电镀浴和酸溶液中的分解产物的组合可进一步增加通孔不良填充的可能性。因此，二硫化物化合物的浓度在ppb范围是最优选地。无机酸包括但不限于硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸或磷酸。优选地，无机酸是硫酸、盐酸或硝酸，更优选地所述酸是硫酸或盐酸。酸性水溶液中这些酸的含量为0.5wt％至20wt％，优选为5wt％至15wt％，更优选为8wt％至12wt％。通常，pH是0至1，更通常小于1。该酸性水溶液可通过任何合适的方法施加到具有多个通孔的清洁的铜包覆基板上，例如通过将基板浸入或浸泡在溶液中。可通过将溶液喷涂到基板上，或者使用传统设备利用喷雾器施加溶液，以将溶液施加到基板上。温度范围可以从室温至60℃，典型地为室温至40℃。基板通常镀有一层无电镀铜，从而使得所述无电镀铜靠近基板表面和通孔壁。无电镀铜的厚度可以是，通常为0.25μm至6μm，更通常为0.25μm至3μm。无电镀铜层上闪镀了一层电解闪镀铜层以保护其免受腐蚀。与无电镀铜层相邻的电镀闪镀铜的厚度范围从0.5μm至15μm，通常从1μm至10μm，更通常从1μm至5μm。基板的通孔的直径的范围通常为75μm至200μm，通孔穿过基板的宽度，并且通常为100μm至400μm。包括印刷电路板的基板可以包含热固性树脂、热塑性树脂以及它们的组合，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，其包括：a)提供基板，所述基板具有：多个通孔，其中，所述通孔的直径是75μm至200μm，以及所述多个通孔穿过基板的宽度，范围是100μm至400μm，与所述基材的表面和所述多个通孔的壁相邻的无电镀铜层，和在无电镀铜层上的与所述基材的表面和所述多个通孔的壁相邻的电解闪镀铜层；b)将酸的水溶液至少施加到所述多个通孔，所述多个通孔的壁具有无电镀铜层和无电镀铜层上的电解闪镀铜层，所述酸的水性溶液由水、一种或多种无机酸和具有下式的一种或多种二硫化物化合物构成：

【技术特征摘要】
2013.03.14 US 13/829,4331.一种方法，其包括：a)提供基板，所述基板具有：多个通孔，其中，所述通孔的直径是75μm至200μm，以及所述多个通孔穿过基板的宽度，范围是100μm至400μm，与所述基材的表面和所述多个通孔的壁相邻的无电镀铜层，和在无电镀铜层上的与所述基材的表面和所述多个通孔的壁相邻的电解闪镀铜层；b)将酸的水溶液至少施加到所述多个通孔，所述多个通孔的壁具有无电镀铜层和无电镀铜层上的电解闪镀铜层，所述酸的水性溶液由水、一种或多种无机酸和具有下式的一种或多种二硫化物化合物构成：其中，X为钠、钾或氢，R独立地为氢或烷基，n和m是1-3的整数，并且所述一种或多种二硫化物...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·贾亚拉珠，E·H·纳贾尔，L·R·巴尔斯塔德，
申请(专利权)人：罗门哈斯电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US