【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术整体涉及一种用于金属化电子基板的电解沉积方法。
技术介绍
1、电解金属电镀溶液用于许多工业应用中，包括防腐蚀和装饰涂层，以及用于电子工业中以金属化用于电子设备中的基板，包括包含一个或多个过孔、通孔和沟槽的基板。例如，印刷电路板、印刷接线板和其他类似基板可用电解铜金属化。铜具有比许多其他金属更好的电导率，并允许应用于较小的特征。含水铜浴液包括基于硫酸和甲磺酸的浴液，用于制造印刷电路板(pcb)和半导体。
2、互连特征是在介电基板中形成的特征诸如盲微过孔(bmv)、沟槽和通孔。优选地用铜将这些特征金属化，以提供互连导电。在电路制造期间，铜被电镀在印刷电路板的表面的选择部分上，被电镀在盲过孔和沟槽中，并且被电镀到穿过电路板基材的表面之间的通孔的壁上。通孔的壁被金属化以在印刷电路板的电路层之间提供导电性。
3、随着电子设备缩小并在电路板上封装得更近，电子器件的热管理成为问题。许多电子设备对热敏感，这可能降低其效率并缩短其寿命。因此，有必要管理散热并提供从产生热量的部件汲取热量并将其引导到面板的其他区域或其他基板以进行耗散。
4、在电路板模块和电子设备中，安装在电路板上的电子部件包括表面安装型电子部件和插入安装型电子部件。表面安装型电子部件通常通过将端子焊接到设置在电路板的前表面上的铜箔来安装在板上。插入安装型电子部件通常通过将引线端子插入到设置在电路板中的穿孔中并且焊接引线端子来安装在板上。安装在电路板上的电子部件在电流流过其时放出热量。此外，在大电流流过其中的电子部件中可产生大量热量。当电
5、已经开发了各种方法以管理电子设备中的散热，包括例如用填充有导电金属的环氧树脂封堵材料填充通孔、在设备下插入铜压印，在电路板中插入热泵，使用导电粘合剂，将散热器附接到发热设备，以及电镀铜。
6、多年来，通孔的树脂或糊剂堵塞一直是高密度互连构造和ic基板中的层积技术的一部分。然而，增加电路密度及与较高功率设备耦接的堆叠过孔构造已添加额外尺寸的热管理。已发现，通孔的固体铜填充提供优于树脂或糊剂堵塞的许多优点，这些优点包括，例如，降低cte失配，为堆叠微过孔提供稳定的平台，以及为高功率设备提供热管理性质。
7、然而，电子设备的小型化涉及更薄的芯材料、减小的线宽和较小直径的通孔的组合。对于较高的长径比，通过铜镀覆填充通孔已经变得越来越困难，经常导致较大的空隙和较深的凹坑。通孔填充的另一个问题是填充方式。与在一端封闭且从底部到顶部填充的过孔不同，通孔穿过基板且在两端开口。当通孔被铜填充时，选择镀覆参数和浴液添加剂使得铜开始沉积在通孔的中心处的壁上，其中铜在中心处桥接以形成如图1中所示的两个盲过孔。
8、镀覆浴液添加剂能够实现正确类型的填充。如果不选择添加剂的正确组合，则铜镀覆可导致通孔侧面上的不期望的保形铜沉积，而不是通孔的填充。
9、通孔电镀的一个问题是铜不能完全填充通孔并且两端均保持未填充。不完全的通孔填充(其中孔的中部没有完全封闭)可以导致孔的中心的大的空腔，因为孔的顶部和底部由于沉积物优先从所谓的“狗骨形成”增厚而封闭。结果是顶部和底部以及中心的空腔的夹断。另一个问题是在跨越孔的中心形成桥接部之后孔的不完全填充，从而在孔的顶部和底部处留下深凹陷或开放空间。孔的顶部和底部处的开放空间被称为“凹坑”。因此，期望的是优化通孔填充方法以完全填充孔并消除凹坑的存在。理想的方法完全填充具有高度平面性的通孔，即建立一致性，没有空隙，以提供最佳的可靠性和电性质，并以尽可能低的表面厚度提供电子设备中的最佳线宽和阻抗控制。
10、为了解决这些问题，通常使用两种不同的铜电解质。使用第一铜浴液来填充通孔，直到形成桥接部为止，从而产生两个盲过孔，并且接着具有明确针对填充盲过孔的显著不同配制物的第二浴液代替第一浴液来完成填充方法，这既耗时又低效。必须严密地监测通孔填充方法，以计量当形成桥接部的第一浴液必须用过孔填充浴液替换以用于过孔的最终填充的时间，并且不能在正确时间更换浴液可能导致凹坑和空隙形成。此外，对于单个方法使用两个不同的镀覆浴液同时增加了制造成本和消费者的成本。
11、desalvo等人的美国专利公开第2021/0130970号(其主题通过引用并入本文)描述了一种在印刷电路板、印刷接线板和其他电子基板的制造中用铜填充通孔和过孔的方法。
技术实现思路
1、本专利技术的一个目的是提供一种以高长径比且不产生任何空隙或缺陷地金属化通孔和过孔(包括微过孔)的可靠方法。
2、本专利技术的另一个目的是提供一种在以竖直构造布置的镀覆方法中金属化通孔和过孔的可靠方法。
3、本专利技术的另一个目的是提供一种在以水平构造布置的镀覆方法中金属化通孔和过孔的可靠方法。
4、本专利技术的再一个目的是提供一种通过用铜对通孔进行金属化而在电路板中散热的改进方法，并且其中所得固体铜结构在位于发热设备下方时能够提供有效方式将热或热能从这些设备输送到热或热能可以无害地耗散的电路板、面板或其他电子基板的区域。
5、本专利技术的再一个目的是提供一种用于在铜电解质中填充铜通孔的一步法，该一步法减小了排成一行的槽的数量，降低了装备成本，减少了需要分析和维护的槽的数量，并且减少了电镀所需的整流器的数量。
6、本专利技术的再一个目的是消除通过其他方法实现的过孔填充镀层和桥接镀层之间的潜在分离问题。
7、本专利技术提供了一种用于在单步、单一溶液镀覆方法中用铜以电解方式填充电子基板(诸如印刷电路板或印刷接线板)中的通孔的方法。本文描述的方法为电路设计者提供了用于电子系统的热管理的方法，其中需要将更高功率的发热设备更高度地封装。所得固体铜结构在位于发热设备下方时提供有效方式将热能从这些设备输送到热可以无害地耗散的面板的其他区域。结果是设备操作更有效并且表现出更长的寿命。
8、在一个实施方案中，本专利技术包括一种在电子基板上镀覆金属的方法，其中该电子基板包括一个或多个特征，其中该一个或多个特征包括该电子基板中的一个或多个通孔和/或一个或多个微过孔中的一者，该方法包括以下步骤：
9、a)制备所述电子基板以在其上接受金属镀覆；
10、b)使所述电子基板和至少一个反电极与包括待镀覆的铜离子源的酸性铜电镀浴液接触；
11、c)电极化该电子基板的第一侧和第二侧以在其上启动金属镀覆，其中该酸性铜电镀浴液使用镀覆循环镀覆该一个或多个通孔和/或该一个或多个微过孔，直到金属化完成为止；
12、其中所述镀覆循环按次序包括以下步骤：
13、1)在所述电子基板的第一侧和第二侧上脉冲镀覆第一时间段，以使铜优先镀覆在所述一个或多个通孔的中心，其中所述铜在所述孔的所述中心合并在一起以形成两个相对的盲过孔；以及
14、2)直接镀覆第二时间段，以填充通过脉冲镀覆形成的所述两个相对的盲过本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种在电子基板上镀覆金属的方法，其中所述电子基板包括一个或多个特征，其中所述一个或多个特征包括所述电子基板中的一个或多个通孔和/或一个或多个微过孔中的一者，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中制备所述印刷电路板以在其上接受电镀的所述步骤包括在将所述一个或多个通孔和/或一个或多个微过孔金属化之前清洁所述印刷电路板的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括微蚀刻所清洁的印刷电路板的步骤。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述一个或多个金属化通孔和/或一个或多个微过孔不表现出任何缺陷。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中金属化电镀铜沉积物完全填充所述一个或多个通孔和/或所述一个或多个盲微过孔，并且在所述电子基板上沉积保形铜沉积物。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述酸性铜电镀浴液维持在介于约10℃和约50℃之间的温度。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括在步骤1)之前使用正向电流直流镀覆一时间段的步骤。
8.根据权利要
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述电子基板通过选自由喷涂、涂抹、浸渍和浸没组成的组的方法与所述酸性铜电镀溶液接触。
10.根据权利要求9所述的方法，其中通过将所述电子基板浸没在所述酸性铜电解质中，使所述电子基板与所述酸性铜电镀浴液接触。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中包括施加到所述电子基板的所述第一侧的所述可重复序列的所述脉冲镀覆循环与包括施加到所述电子基板的所述第二侧的所述可重复序列的所述脉冲镀覆循环相同。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中包括施加到所述电子基板的所述第一侧的所述可重复序列的所述脉冲镀覆循环与包括施加到所述电子基板的所述第二侧的所述可重复序列的所述脉冲镀覆循环不同。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述组脉冲镀覆周期包括8个步骤，所述8个步骤以任何次序由以下组成：
14.根据权利要求1至3或11至13中任一项所述的方法，其中每组脉冲镀覆周期具有介于约0.5秒和约5秒之间的持续时间。
15.根据权利要求14所述的方法，其中每组脉冲镀覆周期具有1秒的持续时间。
16.根据权利要求1至3或11至15中任一项所述的方法，其中所述序列包括以重复系列布置的多组两个或更多个可重复序列。
17.根据权利要求12所述的方法，其中所述脉冲镀覆循环是异步镀覆循环，其中除了以相反次序，施加到所述基板的所述第一侧的所述可重复序列与施加到所述基板的所述第二侧的所述可重复序列相同。
18.根据权利要求17所述的方法，其中在执行所述异步镀覆循环一段时间之后，在所述基板的所述第一侧和所述第二侧上施加具有同步波形的第二脉冲镀覆循环。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第二脉冲镀覆循环使用介于约1:1至1:4之间的正向/反向电流比，并且其中正向脉冲的持续时间在约10ms至200ms的范围内且反向脉冲的持续时间在约0.5ms至10ms的范围内。
20.根据权利要求1所述的方法，其中每个第一正向脉冲周期和第二正向脉冲周期的持续时间独立地在约80ms至250ms的范围内，每个反向脉冲周期的持续时间在约50ms至约150ms的范围内，并且每个休止周期的持续时间在约50ms至约150ms的范围内。
21.根据权利要求11至17中任一项所述的方法，其中所述第一正向持续时间和所述第一正向强度的脉冲或所述第二正向持续时间和第二正向强度的脉冲中的至少一者包括在所述第一正向持续时间或所述第二正向持续时间内的较短持续时间的较高强度脉冲，其中所述较高强度脉冲具有为所述第一正向强度或所述第二正向强度的强度的约100％至约500％的强度。
22.一种用于在电子基板上电镀金属的装置，其中所述电子基板包括一个或多个特征，其中所述一个或多个特征包括所述电子基板中的一个或多个通孔和/或一个或多个盲微过孔，所述装置包括：
23.根据权利要求22所述的装置，其中所述一个或多个整流器被编程以转变到包括在步骤1)和2)之间的正向镀覆脉冲和反向镀覆脉冲的规则脉冲镀覆循环一段时间，以对形成在所述通孔的所述中心的所述两个相对的盲过孔进行成形。
24.一种电子基板，包括通过根据权利要求1所述的方法金属化的一个或多个特征。
25.一种电子基板，包括通过根...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种在电子基板上镀覆金属的方法，其中所述电子基板包括一个或多个特征，其中所述一个或多个特征包括所述电子基板中的一个或多个通孔和/或一个或多个微过孔中的一者，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中制备所述印刷电路板以在其上接受电镀的所述步骤包括在将所述一个或多个通孔和/或一个或多个微过孔金属化之前清洁所述印刷电路板的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括微蚀刻所清洁的印刷电路板的步骤。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述一个或多个金属化通孔和/或一个或多个微过孔不表现出任何缺陷。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中金属化电镀铜沉积物完全填充所述一个或多个通孔和/或所述一个或多个盲微过孔，并且在所述电子基板上沉积保形铜沉积物。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述酸性铜电镀浴液维持在介于约10℃和约50℃之间的温度。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括在步骤1)之前使用正向电流直流镀覆一时间段的步骤。
8.根据权利要求7所述的方法，其中直流镀覆所述第一时间段在所述一个或通孔和/或一个或多个盲微过孔的表面上沉积闪镀铜层。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述电子基板通过选自由喷涂、涂抹、浸渍和浸没组成的组的方法与所述酸性铜电镀溶液接触。
10.根据权利要求9所述的方法，其中通过将所述电子基板浸没在所述酸性铜电解质中，使所述电子基板与所述酸性铜电镀浴液接触。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中包括施加到所述电子基板的所述第一侧的所述可重复序列的所述脉冲镀覆循环与包括施加到所述电子基板的所述第二侧的所述可重复序列的所述脉冲镀覆循环相同。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中包括施加到所述电子基板的所述第一侧的所述可重复序列的所述脉冲镀覆循环与包括施加到所述电子基板的所述第二侧的所述可重复序列的所述脉冲镀覆循环不同。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述组脉冲镀覆周期包括8个步骤，所述8个步骤以任何次序由以下组成：
14.根据权利要求1至3或11至13中任一项所述的方法，其中每组脉冲镀覆周期具有介于约0.5秒和约5秒之间的持续时间。
15.根据权利要求14所述的方法，其中每组脉冲镀覆周期具有1秒的持续时间。
16.根据权利要求1至3或11至15中任一项所述的方法，其中所述序列包括以重复系...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·德萨尔沃，R·布雷克，C·古廖蒂，W·J·德西萨雷，R·A·贝勒马尔，
申请(专利权)人：麦克德米德乐思公司，
类型：发明
国别省市：
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