一种高速电镀铜溶液及其陶瓷基板图形电镀方法技术

本发明专利技术公开了一种高速电镀铜溶液及其陶瓷基板图形电镀方法。该溶液为酸性硫酸铜体系，按浓度包含的主盐为：硫酸铜120～150g/L、硫酸60～80g/L；包含的添加剂为：加速剂6～10mg/L，抑制剂0.3～0.4g/L，氯离子50～70mg/L。陶瓷基板图形电镀时，需使用鼓泡和超声等强化传质的辅助工艺。本发明专利技术提供的电镀铜溶液组分简单，极限电流密度高，电流效率高，安全环保，可在大电流密度下实现线宽/线距为50～500μm精细图形的高速镀铜，生长速率大于100μm/h，镀铜层表面光亮，厚度均匀，结构致密，杂质含量低，耐蚀性强，特别适用于在陶瓷基板表面制备金属线路层。备金属线路层。备金属线路层。

【技术实现步骤摘要】
一种高速电镀铜溶液及其陶瓷基板图形电镀方法


[0001]本专利技术涉及微电子制造领域，尤其涉及一种高速电镀铜溶液及其陶瓷基板图形电镀方法。

技术介绍

[0002]随着功率器件高集成度和大功率化的发展，器件的功率密度显著提高。器件主要依靠封装实现散热，封装基板材料对于封装的散热性能有很大影响。陶瓷材料具有高热导率、良好的耐热性、高绝缘性、小介电常数、高强度、与芯片材料热匹配等性能优势，满足功率器件的散热需求。在陶瓷基板制备过程中，需要通过电镀铜制备线路图形，实现信号的传输，对于微米级的精细线路图形，电镀铜工艺通常使用较小的施镀电流密度，并且需要耗费数小时完成，已成为决定基板制备效率的关键步骤，因此，亟需在保证图形精度和质量的同时提高铜的电镀速率。
[0003]根据法拉第定律，提高电镀沉积速率的关键是提高施镀电流密度。针对特定的电镀铜溶液，电流密度和传质状态的改变会影响镀铜层的微观形貌、杂质含量和添加剂使用效果，直接提高施镀电流密度将导致显著的边缘效应，镀铜层结晶粗糙，易形成电镀缺陷，降低镀层厚度均匀性，增加后续工艺复杂度，降低镀铜层使用性能。
[0004]解决该问题的最佳方法是调整电镀铜溶液组分，以提高电镀铜溶液的极限电流密度，同时采用鼓泡和超声等增强传质的辅助工艺，补充阴极表面快速消耗的铜离子，并通过控制电镀电流密度和电镀时间获得所需的电镀金属图形。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的不足之处，本专利技术提供一种高速电镀铜溶液及其陶瓷基板图形电镀方法，解决现有陶瓷基板图形电镀制备效率低，厚度均匀性差等问题，解决功率器件封装散热难题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种高速电镀铜溶液，每升电镀铜溶液中包含以下组分：
[0007]硫酸铜：120～150g；
[0008]硫酸：60～80g；
[0009]氯离子：50～70mg；
[0010]加速剂：6～10mg；
[0011]抑制剂：0.3～0.5g；
[0012]去离子水(DI)：余量(保证电镀铜溶液pH为0.01～0.2)；
[0013]上述组分混合均匀后，配制成一种高速电镀铜溶液。
[0014]所述硫酸铜浓度为120～150g/L，主要为镀铜层生长提供铜离子，提高极限电流密度；所述硫酸浓度为60～80g/L，主要为提高电镀铜溶液的导电性。
[0015]所述氯离子浓度为50～70mg/L，由盐酸或氯化钠中的一种或几种提供，可作为添
加剂吸附在阴极表面的锚点，促进添加剂作用的发挥。
[0016]所述加速剂为噻唑啉基二硫代丙烷磺酸钠、苯基二硫丙烷磺酸钠、N,N
‑
二甲基
‑
二硫代羰基丙烷磺酸钠、3
‑
(苯骈噻唑
‑2‑
巯基)
‑
丙烷磺酸钠中的一种或几种，所述加速剂优先浓度为6～8mg/L；所述加速剂中噻唑啉基二硫代丙烷磺酸钠的质量百分数为80～100％，其中，噻唑啉基团等含氮基团具有整平能力，可以抑制边缘效应，提高镀铜层厚度均匀性，磺酸钠基团可以提高电镀铜的极限电流密度至10ASD以上，同时提高镀铜层表面光泽性。
[0017]所述抑制剂为聚乙二醇、环氧乙烷
‑
环氧丙烷嵌段共聚物等聚醚类抑制剂中的一种或几种，所述抑制剂的优先浓度为0.3～0.4g/L。
[0018]所述抑制剂中聚乙二醇质量百分数为70～100％，其主要作用是增加润湿效果，调节加速剂在阴极表面的吸附。
[0019]为实现上述目的，本专利技术提供一种高速电镀铜溶液及其陶瓷基板图形电镀方法，具体包括：
[0020]1)在陶瓷基板表面进行图形电镀前，需要首先制备种子层和待镀图形转移；所述种子层制备工艺包括去离子水(DI)清洗、氮气烘干、磁控溅射钛层和铜层；所述图形转移工艺由感光干膜或光刻胶经均匀涂覆、曝光和显影工艺实现。
[0021]2)将经过图形转移后的陶瓷基板固定在挂具上，用前处理溶液(5％硫酸溶液、5％硫酸和过硫酸钠混合溶液、12％硫酸溶液)分别对陶瓷基板表面的种子层进行去除氧化层、微粗化和活化处理；
[0022]3)将前处理后的陶瓷基板置于电镀槽中，进行鼓泡或超声搅拌操作，加速电镀铜溶液流动，确保陶瓷基板图形电镀处有足够的铜离子补充，促进添加剂的稳定吸附；
[0023]4)在添加剂稳定吸附后，接通电源进行电镀。根据图形分布和所需图形厚度，调整电流密度和电镀时间；
[0024]5)该高速电镀铜溶液可以实现线宽/线距为50～500μm的精细图形制备，电镀图形结构内部无空洞和狭缝缺陷，可以提高大电流传输可靠性。
[0025]所述添加剂稳定吸附时间为5～10min。
[0026]所述施镀电流为直流，电镀液温度为25～35℃。
[0027]所述施镀电流密度为10～20ASD，电流密度决定镀铜层质量和厚度均匀性。施镀电流密度过小，镀铜层稀疏无光亮；施镀电流密度过大，镀铜层中心部位平整光亮，边缘厚度均匀性降低，出现结瘤。
[0028]所述鼓泡气体流量为1.6～2.4L/min，施镀电流密度为10～16ASD时，电镀沉积速率为100～115μm/h。
[0029]所述超声波功率为40～80W，施镀电流密度为14～20ASD时，电镀沉积速率为120～130μm/h。
[0030]所述电镀槽内为双阳极，阳极材料为磷铜，阳极尺寸根据陶瓷基板图形面积调整，为图形面积的5～20倍。
[0031]本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术提供的高速电镀铜溶液及其陶瓷基板图形电镀方法，具有如下优势：
[0032]1)该高速电镀铜溶液包含硫酸铜、硫酸、氯离子、加速剂、抑制剂等，电镀溶液组分相对简单，复配后能显著提高极限电流密度，pH为0.01～0.2，电镀温度为25
‑
35℃，施镀电
流为直流，可以显著降低工艺成本。
[0033]2)该高速电镀铜溶液添加剂稳定吸附时间为5～10min，施镀电流密度为10～20ASD，搅拌方式为鼓泡和超声。较大的电流密度和较强的传质可以使图形高速生长，镀铜层具有表面光亮、内部无空洞和狭缝缺陷、厚度均匀等优点，有效缩短电镀时间，解决现有陶瓷基板图形制备效率低，易出现缺陷等问题，确保大电流信号传输的可靠性。
[0034]3)该高速电镀铜溶液可以在陶瓷基板上实现线宽/线距为50～500μm精细图形的高速镀铜，提高功率器件的互连密度，图形镀铜层厚度的增加也降低了电阻和电路功耗。
附图说明
[0035]图1为本专利技术的一种高速电镀铜溶液及其陶瓷基板图形电镀方法的实施例1的电镀结果图。
[0036]图2为本专利技术的一种高速电镀铜溶液及其陶瓷基板图形电镀方法的实施例1的镀铜层横截面图。
[0037]图3为本专利技术的一种高速电镀铜溶液及其陶瓷基板图形电镀方法的实施例2的电镀结果图。
[0038]图4为本专利技术的一种高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速电镀铜溶液，其特征在于，每升电镀铜溶液中包含以下组分：硫酸铜120～150g；硫酸60～80g；氯离子50～70mg；加速剂6～10mg；抑制剂0.3～0.5g；去离子水：余量；上述组分混合均匀后配制成高速电镀铜溶液；电镀铜溶液的pH为0.01～0.2。2.根据权利要求1所述的一种高速电镀铜溶液，其特征在于，所述氯离子由盐酸或氯化钠中的一种或几种提供，可作为添加剂吸附在阴极表面的锚点，促进添加剂作用的发挥。3.根据权利要求1所述的一种高速电镀铜溶液，其特征在于，所述加速剂为噻唑啉基二硫代丙烷磺酸钠、N,N
‑
二甲基
‑
二硫代羰基丙烷磺酸钠、3
‑
(苯骈噻唑
‑2‑
2巯基)
‑
丙烷磺酸钠中的一种或几种；其中，噻唑啉基二硫代丙烷磺酸钠的质量百分数为80～100％。4.根据权利要求1所述的一种高速电镀铜溶液，其特征在于，所述抑制剂为聚乙二醇、环氧乙烷
‑
环氧丙烷嵌段共聚物中的一种或几种，其中，抑制剂中聚乙二醇质量百分数为70～100％。5.一种陶瓷基板图形电镀的方法，具体包括：1)在陶瓷基板表面进行图形电镀前，需要首先制备种子层和图形转移；所述种子层制备工艺包括去离子水清洗、氮气烘干、磁控溅射钛层和铜层；所述图形转移工艺由感光干膜或光刻胶经均匀涂覆、曝光和显影工艺实现；2)将经过图形转移后的陶瓷基板固定在挂具上，依次用5...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学昌，刘松坡，
申请(专利权)人：湖北利之达电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：