杭州PCB抄板公司-緯亞電子：摘要：電鍍銅層具有良好的導電、導熱、延展性等優(yōu)點(diǎn)，因此，電鍍銅技術(shù)被廣泛應用于電子材料制造領(lǐng)域。本文概括了幾種常用電鍍銅體系的特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了在電子制造中應用較廣的酸性硫酸鹽電鍍銅鍍液的組成和各成分作用。簡(jiǎn)述了電鍍銅在銅箔粗化、印制電路制作、電子封裝、超大規模集成電路（ULSI）銅互連領(lǐng)域的應用，并對近年來(lái)電子工業(yè)中應用的幾種先進(jìn)電鍍銅技術(shù)，包括脈沖電鍍銅技術(shù)、水平直接電鍍銅技術(shù)、超聲波電鍍銅技術(shù)、激光電鍍銅技術(shù)等進(jìn)行了評述。
    關(guān)鍵詞：電子材料；電鍍銅；銅箔粗化；印制電路；電子封裝；超大規模集成電路（ULSI）
    中圖分類(lèi)號：TQ153.14; TQ178         文獻標識碼：A    文章編號：1004 – 227X (2007) 02 – 0043 – 05
     1 前言
     電鍍銅層因其具有良好的導電性、導熱性和機械延展性等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應用于電子信息產(chǎn)品領(lǐng)域，電鍍銅技術(shù)也因此滲透到了整個(gè)電子材料制造領(lǐng)域，從印制電路板（PCB）制造到 IC 封裝，再到大規模集成線(xiàn)路（芯片）的銅互連技術(shù)等電子領(lǐng)域都離不開(kāi)它，因此電鍍銅技術(shù)已成為現代微電子制造中必不可少的關(guān)鍵電鍍技術(shù)之一。電子行業(yè)的電鍍銅技術(shù)含量很高，電鍍銅層的功能、質(zhì)量和精度以及電鍍方法等方面與傳統的裝飾性防護性電鍍銅技術(shù)有所不同。中的電
子信息產(chǎn)業(yè)正在迅速崛起，有資料表明，中的印制電路產(chǎn)值 2003 年已經(jīng)超過(guò)美居世界二位，成為名副其實(shí)的 PCB 生產(chǎn)大，并且有望在 2008 年超過(guò)日本居世界一，而以smtsh.cn/ target=_blank class=infotextkey>上海為中心的長(cháng)三角地區的集成電路產(chǎn)業(yè)也在飛速發(fā)展，逐漸成為該地區的支柱性產(chǎn)業(yè)[1-3]。這些產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必將推動(dòng)電鍍銅技術(shù)的應用領(lǐng)域進(jìn)一步擴大。為了滿(mǎn)足具有高科技含量電子產(chǎn)品制造的要求，出現了許多新的電鍍銅技術(shù)，如脈沖電鍍銅技術(shù)、水平直接電鍍銅技術(shù)、超聲波電鍍銅技術(shù)、激光誘導選擇電鍍銅技術(shù)等。
    2 電鍍銅簡(jiǎn)介
    2. 1 常用的電鍍銅鍍液及特點(diǎn)
    常用電鍍銅鍍液的分類(lèi)及特點(diǎn)列于表 1。 

除所列出的體系之外，其它如氟硼酸鹽、檸檬酸-酒石酸鹽等電鍍銅體系也不適合用在電子行業(yè)。相比之下，酸性硫酸鹽鍍銅體系因其具有上述優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應用于電子行業(yè)。

2. 2 酸性硫酸鹽電鍍銅鍍液組成及各成分作用
     電子行業(yè)使用的硫酸鹽鍍銅溶液中主要含有CuSO4、H2SO4、Cl?和有機添加劑等成分。
     2. 2. 1   硫酸銅
      CuSO4 是主鹽，是溶液中 Cu2+的來(lái)源，濃度要適度。過(guò)低則沉積速率較慢；過(guò)高則沉積速率過(guò)快，結晶顆粒粗大，并影響鍍液的深鍍能力，使板面與孔內厚度差別過(guò)大。CuSO4 ·5H2O 含量 60 ~ 100 g/L。
    2. 2. 2   硫酸
     H2SO4 主要增加鍍液的導電能力，并防止 Cu2+水解，濃度也要適量。太高鍍液分散能力差，太低鍍層脆性增加，韌性下降。尤其是在印制板電鍍通孔操作中要保持 ρ (H2SO4)/ ρ (Cu2+)一定的比例，才能達到較好的深鍍效果。H2SO4含量 180 ~ 220 g/L。杭州PCB|杭州smt
    2. 2. 3   Cl–
    Cl–可以提高陽(yáng)極的活性，促進(jìn)陽(yáng)極正常溶解，防止陽(yáng)極鈍化；還可以減少因陽(yáng)極溶解不完全產(chǎn)生的“銅粉”，提高鍍層的光亮和整平能力，改善鍍層質(zhì)量。一般含量較低，30 ~ 80 mg/L 左右[6]。
    2. 2. 4   添加劑
    添加劑在酸性鍍銅中很關(guān)鍵，一般有載運劑、光亮劑、整平劑等，通常需要幾種添加劑協(xié)同作用才能達到理想的效果。它可以改變電極的表面吸附狀況，進(jìn)而改變鍍層的結構。不過(guò)在實(shí)際的電鍍過(guò)程中添加劑的量比較難以控制，這是 HDI（高密度印制板）中高厚徑比微孔電鍍的難題，外已有研究者通過(guò)改變
脈沖電鍍的條件開(kāi)發(fā)不使用添加劑的技術(shù)[7-8]。
    3 電鍍銅在電子材料領(lǐng)域的應用
    3. 1 銅箔粗化處理
     銅箔是制造印制板的關(guān)鍵導電材料，但是印制板外層銅箔毛面在與絕緣基板壓合制造覆銅板之前必須經(jīng)過(guò)電鍍銅粗化處理，使之具有一定的表面粗糙度，才能保證與基板有足夠的粘合力。銅箔的粗化處理通常分 2 步：一是在較低銅離子濃度高電流密度下的粗化處理，二是在高銅離子濃度低電流密度下的固化處理[9]。粗化處理過(guò)程中必須使用特殊的添加劑，否則銅箔在高溫層壓制造覆銅板時(shí)會(huì )出現“銅粉轉移”現象，影響與基板的結合力，嚴重時(shí)會(huì )使線(xiàn)路從基板上脫落。
     在制造多層線(xiàn)路板時(shí)，內層銅箔也需要進(jìn)行強化處理。傳統的內層銅箔使用黑化處理方法，但是黑化方法產(chǎn)生的氧化銅會(huì )在后續過(guò)程中產(chǎn)生空洞，造成層間互連可靠性降低[10]。有日本研究人員[11]采用在酸性硫酸鹽電鍍銅溶液中添加苯并喹啉系列有機物作為添加劑，并改變溶液中的酸銅比和操作條件對內層銅箔進(jìn)行處理，避免了“空洞”現象的發(fā)生。
     3. 2 PCB 制作
     3. 2. 1 PCB 微孔制作
     印制板上的小孔具有至關(guān)重要的作用，通過(guò)它不僅可以實(shí)現印制板各層之間的電氣互連，還可以實(shí)現高密度布線(xiàn)。一張印制板上常常具有成千上萬(wàn)個(gè)小孔，有的多達數萬(wàn)個(gè)甚至十萬(wàn)個(gè)。在這些孔中不僅有貫通于各層之間的導通孔，還有位于印制板表層的盲孔和位于內部的埋孔，而且孔徑大小不一，位置各異。因此，孔內銅金屬化的質(zhì)量就成為決定印制板層間電氣互連的關(guān)鍵[12]。傳統的印制板孔金屬化工藝主要分2步：一是通過(guò)化學(xué)鍍銅工藝在鉆孔上形成一層導電薄層（厚度一般為 0.5 μm），二是在已經(jīng)形成的化學(xué)鍍銅層上再電鍍一層較厚的銅層（20 μm 左右）。
     但是化學(xué)鍍銅層存在以下問(wèn)題：（1）鍍速比較慢，生產(chǎn)效率低，鍍液不穩定，維護嚴格[13]；（2）使用甲醛為還原劑，是潛在的致癌物質(zhì)且操作條件差[14]；（3）使用的 EDTA 等螯合劑給廢水處理帶來(lái)困難[15]；（4）化學(xué)鍍銅層和電鍍層的致密性和延展性不同，熱膨脹系數不同[16]，在特定條件下受到熱沖擊時(shí)容易分層、起泡，對孔的可靠性造成威脅?；谝陨蠋c(diǎn)，人們開(kāi)發(fā)出了不使用化學(xué)鍍銅而直接進(jìn)行電鍍銅的工藝[14-16]。該方法是在經(jīng)過(guò)特殊的前處理后直接進(jìn)行電鍍銅，簡(jiǎn)化了操作程序。隨著(zhù)人們環(huán)保意識的增強，又由于化學(xué)鍍銅工藝存在種種問(wèn)題，化學(xué)鍍銅必將會(huì )被直接電鍍銅工藝所取代。

2. 2 酸性硫酸鹽電鍍銅鍍液組成及各成分作用
     電子行業(yè)使用的硫酸鹽鍍銅溶液中主要含有CuSO4、H2SO4、Cl?和有機添加劑等成分。
     2. 2. 1   硫酸銅
      CuSO4 是主鹽，是溶液中 Cu2+的來(lái)源，濃度要適度。過(guò)低則沉積速率較慢；過(guò)高則沉積速率過(guò)快，結晶顆粒粗大，并影響鍍液的深鍍能力，使板面與孔內厚度差別過(guò)大。CuSO4 ·5H2O 含量 60 ~ 100 g/L。
    2. 2. 2   硫酸
     H2SO4 主要增加鍍液的導電能力，并防止 Cu2+水解，濃度也要適量。太高鍍液分散能力差，太低鍍層脆性增加，韌性下降。尤其是在印制板電鍍通孔操作中要保持 ρ (H2SO4)/ ρ (Cu2+)一定的比例，才能達到較好的深鍍效果。H2SO4含量 180 ~ 220 g/L。
    2. 2. 3   Cl–
    Cl–可以提高陽(yáng)極的活性，促進(jìn)陽(yáng)極正常溶解，防止陽(yáng)極鈍化；還可以減少因陽(yáng)極溶解不完全產(chǎn)生的“銅粉”，提高鍍層的光亮和整平能力，改善鍍層質(zhì)量。一般含量較低，30 ~ 80 mg/L 左右[6]。
    2. 2. 4   添加劑
    添加劑在酸性鍍銅中很關(guān)鍵，一般有載運劑、光亮劑、整平劑等，通常需要幾種添加劑協(xié)同作用才能達到理想的效果。它可以改變電極的表面吸附狀況，進(jìn)而改變鍍層的結構。不過(guò)在實(shí)際的電鍍過(guò)程中添加劑的量比較難以控制，這是 HDI（高密度印制板）中高厚徑比微孔電鍍的難題，外已有研究者通過(guò)改變
脈沖電鍍的條件開(kāi)發(fā)不使用添加劑的技術(shù)[7-8]。
    3 電鍍銅在電子材料領(lǐng)域的應用
    3. 1 銅箔粗化處理
     銅箔是制造印制板的關(guān)鍵導電材料，但是印制板外層銅箔毛面在與絕緣基板壓合制造覆銅板之前必須經(jīng)過(guò)電鍍銅粗化處理，使之具有一定的表面粗糙度，才能保證與基板有足夠的粘合力。銅箔的粗化處理通常分 2 步：一是在較低銅離子濃度高電流密度下的粗化處理，二是在高銅離子濃度低電流密度下的固化處理[9]。粗化處理過(guò)程中必須使用特殊的添加劑，否則銅箔在高溫層壓制造覆銅板時(shí)會(huì )出現“銅粉轉移”現象，影響與基板的結合力，嚴重時(shí)會(huì )使線(xiàn)路從基板上脫落。
     在制造多層線(xiàn)路板時(shí)，內層銅箔也需要進(jìn)行強化處理。傳統的內層銅箔使用黑化處理方法，但是黑化方法產(chǎn)生的氧化銅會(huì )在后續過(guò)程中產(chǎn)生空洞，造成層間互連可靠性降低[10]。有日本研究人員[11]采用在酸性硫酸鹽電鍍銅溶液中添加苯并喹啉系列有機物作為添加劑，并改變溶液中的酸銅比和操作條件對內層銅箔進(jìn)行處理，避免了“空洞”現象的發(fā)生。

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