電子產(chǎn)品的多功能、高頻高速及高可靠性發(fā)展對(duì)支撐、導(dǎo)通芯片的無核封裝基板的制造工藝提出了更高要求。磁控濺射Cu/Ti增層技術(shù)作為無核封裝基板制作的核心,常因?yàn)榉N子層/樹脂界面結(jié)合力較弱出現(xiàn)線路剝離的現(xiàn)象。目前鎳鈀金工藝中的化學(xué)鍍鎳采用酸性、高溫條件,容易出現(xiàn)阻焊油墨脫落現(xiàn)象,同時(shí)鎳鈀金后,導(dǎo)電銀膠在焊盤表面擴(kuò)散嚴(yán)重,導(dǎo)致后續(xù)封裝中的引線鍵合異常。本文通過單因素實(shí)驗(yàn)研究了鍍液成分、溫度、pH對(duì)鍍速的影響,確定出低溫化鎳的基礎(chǔ)配方,在此基礎(chǔ)上以正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化,獲得了最佳化鎳條件:硫酸鎳32 g/L、次亞磷酸鈉32 g/L、檸檬酸鈉23 g/L、二乙醇胺5 mL/L、氯化銨25 g/L、加速劑D 0.3 mL/L、穩(wěn)定劑C 0.2 mL/L、鍍液pH為10~11、溫度為45~60℃。對(duì)鎳層性能進(jìn)行表征,所得Ni-P合金鍍層均勻致密,結(jié)合力強(qiáng),耐腐蝕性好。對(duì)比酸性、高溫化鎳條件,本實(shí)驗(yàn)所得鎳鍍層的耐腐蝕性更好。通過對(duì)不同種類的導(dǎo)電銀膠在焊盤表面擴(kuò)散程度的研究,明確了決定銀膠在焊盤表面擴(kuò)散程度的直接因素是封裝基板本身。對(duì)銀膠擴(kuò)散現(xiàn)象的機(jī)理進(jìn)行分析,得知銀膠在焊盤表面的擴(kuò)散程度主要受鎳鈀金修飾前銅面粗糙度的影響。分別討論了銅面微蝕量、銅面微蝕體系對(duì)擴(kuò)散程度的影響,確定出將導(dǎo)電銀膠在焊盤表面的擴(kuò)散范圍控制在50μm內(nèi)的方法:利用含緩蝕劑的硫酸/雙氧水微蝕體系對(duì)銅面進(jìn)行微蝕,完成鎳鈀金修飾后將基板置于120℃的氮?dú)猸h(huán)境中烘烤1 h,使金層原子能夠平整地覆蓋在焊盤表面。研究了高錳酸鉀除膠渣工藝、等離子處理、HF處理以及種子層制作條件對(duì)結(jié)合力的影響,同時(shí)探討了電鍍后停留時(shí)間對(duì)結(jié)合力的影響,并結(jié)合正交實(shí)驗(yàn)對(duì)各個(gè)影響因素進(jìn)行優(yōu)化,確定出最佳的工藝參數(shù):除膠渣線速為2.0 m/min,等離子處理時(shí)間為6 min,HF處理線速為2.0 m/min。然后在最佳的種子層制作條件(濺射Ti 0.1μm,濺射Cu 0.8μm,N_2烘烤溫度為200℃)以及保證安全放置時(shí)間(大于5 h)的情況下完成線路的制作。拉力測(cè)試結(jié)果表明,種子層/樹脂界面結(jié)合力不低于6 N/cm,銅線路與絕緣層間不會(huì)出現(xiàn)線路剝離現(xiàn)象。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN405
【部分圖文】：

0.DTF Cu Ti 干膜 半固化片圖 1-1 無核封裝基板制造技術(shù)流程圖電鍍銅線路與銅柱：以電鍍沉積方式在基板上先制作出線路圖形后，再次通過圖形轉(zhuǎn)移、電鍍方式完成導(dǎo)通層銅柱的制作。層壓：完成退膜工序后，在基板上層壓半固化片作為絕緣介質(zhì)材料，其中半固化片的厚度應(yīng)大于電鍍銅柱的厚度。磨板：去除高于銅柱的半固化片使導(dǎo)通層銅柱暴露出來，以達(dá)到線路層與層間連接的目的。沉積種子層 Cu/Ti：采用磁控濺射（Sputter）的方式整板沉積上金屬種子層Cu/Ti，其中磁控濺射鈦的厚度約為 100 nm，磁控濺射銅厚約為 1 μm。無核封裝基板采用先進(jìn)的無核技術(shù)和 Sputter 增層技術(shù)，通過電鍍實(shí)心銅柱取代了傳統(tǒng)的鉆孔工藝來實(shí)現(xiàn)層間互連，具有更優(yōu)異的產(chǎn)品性能與結(jié)構(gòu)，能夠最大限度地滿足先進(jìn)封裝設(shè)計(jì)的高密度、高頻高速、低能耗的需求。1.1.3 封裝基板的發(fā)展及應(yīng)用

耗費(fèi)成本較高�？焖侔l(fā)展階段 2000 年-2003 年，臺(tái)灣、韓國的封裝基板行業(yè)開始興起，與日本形成“三足鼎立”之勢(shì)，同時(shí)封裝基板獲得了極大地推廣和應(yīng)用，生產(chǎn)成本也隨之下降。IC 封裝基板自 2004 年起，更高技術(shù)水平的 MCM（多芯片封裝）、SIP（系統(tǒng)封裝）、CSP（芯片尺寸封裝）的封裝基板獲得快速發(fā)展；臺(tái)灣、韓國占據(jù)了 PBGA（塑料焊球陣列封裝）封裝基板的主要市場，但對(duì)于倒芯片安裝的 BGA（球柵陣列封裝）、PGA（針柵陣列插入式封裝）型封裝基板，日本的技術(shù)更為成熟。2006 年，中國發(fā)展成為 PCB 行業(yè)世界產(chǎn)量第一的產(chǎn)業(yè)大國，但就封裝基板的技術(shù)和制造方面明顯處于落后境地，我國在發(fā)展 IC 業(yè)的同時(shí)，更要發(fā)展所用到的封裝基板。就目前我國的封裝基板行業(yè)來說，存在技術(shù)水平偏低、生產(chǎn)量較小的缺點(diǎn)，因此發(fā)展我國的 IC 封裝基板行業(yè)已成為當(dāng)務(wù)之急[8]。隨著集成電路小型化、高密度化發(fā)展，對(duì) IC 封裝基板的要求也更加嚴(yán)格，其涉及的線路從線寬/線距為 50 μm/50 μm 已發(fā)展到 8 μm/8 μm[9]，同時(shí)無核封裝基板的層數(shù)已由最初的 2 層發(fā)展至 8 層甚至 10 層以上，圖 1-2 為無核封裝基板的實(shí)物切片圖。

圖 1-3 無核封裝基板的應(yīng)用1.2 銅面修飾方法及研究現(xiàn)狀在封裝基板的制造中，由于銅線路暴露在空氣中容易被氧化腐蝕，導(dǎo)致導(dǎo)電性能、可焊性能變差，因此需要對(duì)其進(jìn)行表面修飾以改善銅電路的耐蝕性能和焊接性能[10]。目前，封裝基板銅面常用的表面處理方法主要有：熱風(fēng)整平，化學(xué)鍍鎳浸金，化學(xué)鍍鎳鍍鈀浸金，電鍍鎳金，有機(jī)可焊性保護(hù)劑[11]。1.2.1 化學(xué)鍍鎳浸金化學(xué)鍍鎳浸金（Electroless Nickel Immersion Gold, ENIG）因具有良好的平整性、可焊性、耐蝕性、耐磨性和引線鍵合（Wire Bonding, WB）能力常作為銅線路的表面處理技術(shù)[12-13]，它在保護(hù)銅線路不被氧化的同時(shí)提高其可焊性，能滿足各種封裝工藝和焊接的要求。ENIG 一般的工藝方法是在銅基體表面先鍍上一層鎳再鍍上金[14]，其工藝流程如表 1-2 所示。

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7 李oげ

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