試論電鍍銅技術在電子材料的應用
文/張長弓
西華大學四川成都　610000
摘要：基于電鍍銅技術良好的物理特性，在日益發(fā)達的電子材料行業(yè)應用廣泛。本文首先對電鍍銅技術的優(yōu)勢與特點進行描述，結合目前較為代表性的電鍍銅技術對其在銅箔粗化、PLC芯片、IC封裝方面的應用進行分析，并提出最新的電鍍銅技術概念，以供參考。
【關鍵詞】印制板電鍍銅電子材料銅箔粗化PLCIC
1·引言
隨著我國計算機電子信息技術的不斷發(fā)展，電子材料領域涉及到的應用技術更加先進。電鍍銅層有著良好的導電性、延展性與導熱性，在電子材料行業(yè)應用廣泛。電鍍銅技術主要在印制電路板的生產(chǎn)制造中已經(jīng)得到全面的應用，本文只簡單描述。另外電鍍銅技術在IC封裝、超大規(guī)模PLC芯片銅互連技術中也得到了廣泛應用，已經(jīng)成為電子行業(yè)不可缺少的一種基礎技術。我國的PCB生產(chǎn)位居世界前列，推動了電鍍銅技術在我國的發(fā)展。隨著對電鍍銅技術的研究不斷深入，目前出現(xiàn)了新型的多種電鍍銅技術，開始進行實驗并進入初步應用階段。
2·電鍍銅技術的優(yōu)勢與特點
在電子產(chǎn)品的應用過程中，印制板與IC封裝中的質(zhì)量問題最難分析，而且一般出現(xiàn)故障后維修難度最大，甚至直接報廢處理。采用電鍍銅技術可以有效避免問題發(fā)生的概率。通過對印制板與IC封裝檢測數(shù)據(jù)顯示，使用電鍍銅技術與之前采用的傳統(tǒng)方法相比質(zhì)量明顯提升。這對于電子產(chǎn)品的壽命延長有著重要的意義。電鍍銅技術中最為關鍵的是電鍍銅鍍液的成分組成。在上個世紀中期，電子行業(yè)多采用焦磷酸鹽體系的鍍銅，這種工藝的效果其實并不理想，而且鍍液廢水處理難度較大。電鍍銅與傳統(tǒng)的化學鍍層方法相比，更加環(huán)保，而且成本更低，可操作性強。
3·電鍍銅技術在銅箔粗化方面應用
在印制板制造過程中，要使用到銅箔，銅箔的表面要經(jīng)過粗化處理之后，其表面才能夠與絕緣基板間進行充分地結合，避免脫落。電鍍銅在銅箔的粗化方面應用廣泛。首先銅箔需要在低銅離子濃度、高電流密度條件下進行粗化處理，之后，在高銅離子濃度中進行固化處理。為了避免在電鍍銅粗化過程中出現(xiàn)銅粉轉移的問題，在粗化過程中要加入一定量的添加劑。添加劑量過少有會造成銅粉轉移，導致銅箔與基板間結合度不夠，在使用過程中會發(fā)生脫落的問題。除了印制板表面需要銅箔處理，在多層板的內(nèi)部同樣也需要銅箔的強化處理。在酸性硫酸鹽電鍍銅液中增加有機物，改變酸銅比與操作條件將會避免在黑化處理中產(chǎn)生的空洞問題，也就確保了層間的互連可靠性。
4·電鍍銅技術在超大規(guī)模PLC芯片中的應用
目前在超大規(guī)模集成電路芯片中電子元器件的線寬已經(jīng)降低到了亞微米級，而且根據(jù)摩爾定律，還會有進一步降低的趨勢，這將會造成互連線的RC延遲與電遷移可靠與集成線路速度存在更大的矛盾。超大規(guī)模PLC芯片中多采用鋁來作為互連線，但鋁的導電性與抗電遷移方面不如銅材料好，IBM公司首先采用銅互連對鋁進行取代，之后銅互連技術在我國絕大多數(shù)超大規(guī)模PLC芯片中得到廣泛應用。銅鍍層具有良好的導電性，倒裝芯片F(xiàn)C載板上的電極通過突出點進行電鍍金膜，與芯片上的鋁電極進行連接。芯片中銅線寬已經(jīng)由原來的0.25μm降低到了目前的0.09-0.15μm。在如此線寬的條件下多通過電鍍銅技術的大馬士革工藝技術實現(xiàn)。采用這一工藝技術可以有效避免裂縫現(xiàn)象的出現(xiàn)，另外可以實現(xiàn)線路與通孔的形成，具有沉積速度快，可操作性強。目前電鍍銅技術已經(jīng)成為超大規(guī)模PLC芯片互連的主要方法。
5·電鍍銅技術在IC封裝制作應用
在電子元器件的封裝中，電鍍銅技術也倍受關注。尤其是對于一些BGA的封裝中都需要采用這種技術。IC封裝載板采用覆晶薄膜載板，它是一種高密度的多層印制板，通過電鍍銅層來對布線與交互連接。除了在IC封裝中的應用，電鍍銅技術還在PCB的孔制作過程中體現(xiàn)出了其工藝性與經(jīng)濟性。一張印制板上會有上千個過孔，這些過孔對各層的線路進行貫穿，同時還存在印制板表面的盲孔與內(nèi)部的埋孔，每一系列的孔徑與功能各不相同，位置也不同，孔內(nèi)銅金屬的質(zhì)量將決定著印制板的層間電氣互連。采用化學鍍銅工藝可以形成厚度為0.5μm的鍍層，之后再鍍上較厚的銅層。但是這種工藝技術生產(chǎn)效率低，鍍液不穩(wěn)定，使用了一些致癌物質(zhì)來作為還原劑，對操作人員的身體健康形成隱患。直接使用電鍍銅工藝可以大大簡化操作工藝，而且環(huán)保，適用性更強。
6·新型電鍍銅技術介紹
隨著現(xiàn)代社會對電子產(chǎn)品的質(zhì)量要求不斷提高，產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝與材料需要不斷進步。在電鍍銅技術中，通過新型技術的應用，不斷提高生產(chǎn)質(zhì)量，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。目前較常見的電鍍銅技術主要有脈沖電鍍銅技術、超聲波電鍍銅技術與激光電鍍銅技術。超聲波產(chǎn)生的強大沖擊波將會滲透到電極表面介質(zhì)與空隙，形成徹底清洗作用，其空化作用會降低濃差極化，提高了極限電流密度，是較為先現(xiàn)代的一種生產(chǎn)工藝技術，最早起源于美國。超聲波電鍍銅技術在高密度多層印制電路微孔制作過程中作用明顯。激光電鍍層技術利用激光照射法在短時間內(nèi)產(chǎn)生高溫從而代替電鍍銅液加熱法，沉積的速度更快，是本體鍍液沉積速率的1000倍。使用激光電鍍銅成核速度更快，鍍層的質(zhì)量好，在未來將會在極微細電子加工領域得到廣泛應用。
7·結語
隨著人類需求的不斷增長與科技的不斷進步，高精度電子產(chǎn)品的制造難度不斷增大。電鍍銅技術通過在多個電子材料行業(yè)的應用體現(xiàn)出了極高的優(yōu)勢，也已經(jīng)取得了良好的效果。電鍍銅技術在筒箔粗化、IC封裝等生產(chǎn)加工領域得到廣泛的應用。隨著電子產(chǎn)品的復雜性不斷提高，采用傳統(tǒng)的電鍍銅技術已經(jīng)難以滿足生產(chǎn)需求。不斷更新的電鍍銅技術將會逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的技術方法，同時也不斷提高著生產(chǎn)質(zhì)量，推動現(xiàn)代電子科技行業(yè)的不斷進步。
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