铜电路和混合金属电路的微粗化处理的改进方法技术

提高介电材料对金属层的粘附力的工艺，包括提供具有第一主表面的未图形化的金属层；微粗化第一主表面以形成微粗化的表面；以及蚀刻金属层以在金属层中形成电路图形，其中微粗化在蚀刻之前完成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在例如电路板中使用的金属层的微粗化(micro-roughening)，尤其是涉及用于微粗化金属层和混合金属(mixed-metal)层，同时避免或减少现有技术已知的问题的方法。
技术介绍
在制造多层电路板的时候，用介电材料分隔不同的电路层是必要的。各层之间的电连接通过在介电材料中产生孔并在孔中沉积导电材料形成，这也使其与电路层的两层或更多层接触。许多材料都表现出介电特性并可用作介电层，其中的一些例子包括环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、双马来酰亚胺三嗪(bismaleimide triazine)，以及聚四氟乙烯。金属电路通常由已经通过镀覆或蚀刻工艺图形化(pattern)的铜组成。为了防止由于诸如随后施加在电路板上的热和机械应力的因素产生的在介电材料和图形化的铜电路之间的分层，通常有必要对铜电路进行能增加其对介电材料粘附力的化学或机械工艺处理。一种提高介电材料对铜表面的粘附力的常见方法是粗化铜表面，从而增加介电材料/铜界面的表面积。粗化可以机械地进行，诸如通过用浮石和水的浆液摩擦铜或向铜喷射浮石和水的浆液。粗化也可化学地进行，诸如通过在铜表面生长氧化铜晶体或通过用氧化性溶液微蚀刻铜表面。一种用于在铜表面生长氧化物晶体的典型溶液含有氢氧化钠和亚氯酸钠。Landau的美国专利4,844,981详细描述了这样一种工艺。这种黑色氧化物表面随后可以用一种含二甲基胺硼烷的还原性溶液修饰。由于此工艺需要的高温、使用的化学品的有害特性，以及沉积在铜表面的氧化物晶体的易碎性质，其它替代的粗化方法已经在许多电路板制造设备中取代了黑色氧化物工艺。这些替代的工艺基于对铜或金属表面的微蚀刻。典型的微蚀刻溶液可由过硫酸盐、或硫酸和过氧化氢的混合物、或二价铜盐和弱有机酸的混合物组成。这些溶液还可进一步通过加入配位剂(诸如乙醇胺)、有机化合物(诸如苯并三唑)、氯源(诸如氯化季铵化合物)，以及表面活性剂(诸如聚乙二醇)调节。这些工艺的优点在于它们通常在较低的温度(30℃-40℃)下操作并且产生的微粗化铜表面比黑色氧化物晶体更不易于被破坏。美国专利6,036,758、6,294,220，以及5,807,493中描述了此类工艺的实例。在大多数情况下，铜或铜基合金被用作导电材料用来制造图形化电路。然而，也有某些电路由诸如铜-殷钢(Invar)-铜(殷钢是64％ Fe-36％Ni的合金)的层状组合物之类的混合金属组成的材料制造的实例。这种金属的夹层组合与单层的铜相比，表现出较低量的热膨胀，因此通过在设计中并入一层或多层铜-殷钢-铜(CIC)，可以提高电路板的尺寸稳定性。与其单纯为了尺寸稳定性而使用CIC层，还不如可能用CIC制造电路图形并将其作为电路的部分包括在内。在任一种情况下，像其它铜层一样，都应该处理CIC以达到提高其对介电材料的粘附力的目的。在常规的涂覆介电材料前的铜电路图形的表面蚀刻或微粗化过程中，铜电路图形的所有暴露的表面都被蚀刻至大致相同的程度。微粗化在例如通过蚀刻形成电路图形后进行。一种典型的普通微粗化反应示意性地显示在图1中。图1是微粗化新生产的印制电路100的示意性剖视图，显示了从先前蚀刻和形成的印制电路元件的暴露的表面上去除Cu的情况。新生产的印制电路100包括一个具有一顶表面104和一侧表面106的铜电路图形元件102。元件102已经由一种在金属层上形成(例如通过蚀刻)电路图形的工艺生成，并形成更大电路图形的一个元件。在此实施例中，电路元件102附着在介电基质108上。如图1所示，作为传统微粗化的结果，一定量的铜被相对均匀地从电路图形元件102的顶表面104和侧表面106上去除，且粗化了电路图形元件102的全部暴露的表面。如下文提及的，由于去除金属的总量，从已形成的电路图形元件102去除的金属的量可对电路图形的功能具有不利影响。当诸如由CIC制成的元件的混合金属电路元件被微粗化时，用铜获得并且如图1所示的均匀蚀刻可能不能得到。用诸如含有机添加剂的硫酸/过氧化氢溶液的某些铜微蚀刻工艺，混合金属层会产生不均衡的蚀刻效果，其中两种不同金属的界面会与处理溶液接触。当相互接触的不同金属被暴露在腐蚀性环境中时，两种金属的电化学势之差会在它们之间产生电子流。这种电耦合的结果就是，抗腐蚀性较差的金属的化学侵蚀(例如微粗化)将增加，而抗腐蚀性较好的材料的化学侵蚀会减少或者甚至被阻止。就铜-殷钢-铜而言，殷钢比铜更不抗腐蚀，这就阻止了铜在与混合金属界面相邻的电路元件的区域内被适当地微粗化。在大多数情况下，这种对所需的微粗化的降低或阻止的作用发生在铜电路的顶部的大部分位置以及边缘。图2示意性地显示了一个对混合金属层的包括非粗化的普通微粗化反应。图2是一示意性的剖视图，描述了当微粗化包括混合金属电路图形元件202的新生产的印制电路200时的上述作用。电路图形元件202包括顶表面204和侧表面206，并由一种诸如铜的金属的外层210和诸如铁或殷钢的另一种金属的第二内层212，以及一种可以与外层210的金属相同或不同的金属的底层214组成。在图2所示的实施例中，外层210和底层214都由铜或铜合金组成。这三层金属层形成复合或混合金属层216。元件202已经由一种在混合金属层上形成—例如通过蚀刻—电路图形的工艺生成，并形成更大电路图形的—个元件。在此实施例中，电路元件202附着在介电基质208上。如图2示意性地显示的那样，在对先前形成的电路元件202常规地微粗化时，由于两种不同金属的电流边缘效应，从顶表面204上的铜去除是不均匀的，且铜基本上根本没有被从侧表面206的铜部分中除去。在微粗化处理后，作为混合金属的电流边缘效应的结果，外层210的相当大部分的非微粗化部分210a保留下来，且仅有外层210的顶表面204的一小部分的微粗化部分210b，如果有的话，被粗化。如图所示，只有距离内层212的暴露部分足够远的顶表面204部分被有效地微粗化。如果电路元件足够窄，顶表面204上就有可能没有微粗化发生。如图2示意性地显示的，由于铁比铜具有更高的活性，在内层边缘的金属，例如，铁或用殷钢、铁和镍被从内层212去除，形成微粗化的边缘212a。这样，在侧表面206上，仅仅第二金属的暴露部分212a被有效地微粗化，从而导致电路元件202的侧表面206和顶表面204的金属去除都不均匀。因而，当蚀刻混合金属层216以形成印制电路元件202并随后被微粗化时，如图2所示，微粗化是相当不均匀的。结果，由于微粗化不成功而粘附力没有得到改善，所以介电材料对铜图形的粘附力可能会不好。这种非微粗化效应是如此剧烈，以致于可以在没有显微镜的帮助下通过目测观察到。用有机添加剂调节的硫酸/过氧化氢溶液处理通常会在铜表面上产生一种棕黄色的颜色。然而，就混合金属而言，蚀刻图形的表面保留了未处理的铜的颜色。在电路元件202(例如图2中的区域210b)的中间，铜距离混合金属界面相对较远，铜微粗化处理可表现正常。然而，存在着朝向元件202边缘的相当大区域的未处理的铜(例如图2中的区域210a)。任何此类未处理的铜表面都是不利的，并可能由于金属对随后涂覆的层状材料的粘附力不良而使产品被废弃。为了在对介电材料具有提高的粘附力的表面提供一层涂层，一些诸如铜-殷钢-铜箔和铜箔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高介电材料对金属层的粘附力的工艺，包括：（ａ）提供具有第一主表面的未图形化的金属层；（ｂ）微粗化第一主表面以形成微粗化的表面；以及（ｅ）蚀刻金属层以在金属层中形成电路图形，其中微粗化在蚀刻之前进行。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈里菲尔哈皮特，大卫托马斯巴龙，库尔迪普辛格约哈尔，帕特里克保罗布鲁克斯，
申请(专利权)人：爱托特奇德国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]