本文關(guān)鍵詞：印制電路板鍍液貫穿式通孔電沉積銅的行為研究

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【摘要】：電子產(chǎn)品功能集成與高性能要求,牽引著其元器件支撐體印制電路板的發(fā)展趨于小型化、功能化和高集成度化。通孔電鍍銅是高性能印制電路板實現(xiàn)層間互連的方法之一,其質(zhì)量將直接影響電子產(chǎn)品的電氣可靠性、壽命等。在印制電路板對集成度和布線密度逐漸增加的趨勢下,印制電路板互連所用的通孔厚徑比隨之提高,進而造成微孔鍍液交換速率低下,孔內(nèi)鍍層厚度不均勻以及通孔均鍍能力值減小。因而,通孔電鍍銅均鍍能力的提高對促進印制電路板技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。本論文圍繞印制電路板微通孔電鍍銅均鍍能力的提高開展系統(tǒng)研究,發(fā)明了一種高厚徑比新型通孔電鍍裝置,并在該裝置基礎(chǔ)上考察印制電路板通孔的銅電沉積行為。提升微孔電鍍技術(shù)的電鍍均勻性和均鍍能力是獲得優(yōu)良層間互連的基礎(chǔ),電鍍過程的傳質(zhì)行為與多物理場因素控制是獲得優(yōu)質(zhì)鍍層的基本條件。本文發(fā)明的新型通孔電鍍裝置利用重力作用使微孔內(nèi)鍍液產(chǎn)生強制對流,從根本上改變電鍍過程中鍍液的傳質(zhì)過程,并且通過改進電極放置方式形成了新型通孔電鍍裝置施鍍過程中均勻分布的電場、流場、溫度場和磁場等多物理場效應,從而提升微孔電鍍均勻性和均鍍能力。與哈林槽相比,使用新型通孔電鍍裝置實現(xiàn)通孔電鍍的研究結(jié)果表明:通孔厚徑比為10.6(3.2:0.3)的均鍍能力提升29.8%,通孔厚徑比為12.8(3.2:0.25)的均鍍能力提升32.7%且各厚徑比通孔均鍍能力差值小,最小值為0.7;增加施鍍的電流密度,得到一致的實驗結(jié)果,通孔厚徑比為10.6的均鍍能力提升18.1%,通孔厚徑比為12.8的均鍍能力增加22.4%。根據(jù)電化學原理,微孔中銅的電沉積行為不僅受到鍍液傳質(zhì)、電場分布等因素的影響,同時也與鍍液中添加劑存在形態(tài)、濃度等息息相關(guān)。對于要求具有優(yōu)良電氣性能銅鍍層的印制電路板微孔電鍍來說,添加劑的影響更為重要。論文采用正交實驗設計方法優(yōu)化新型通孔電鍍裝置電鍍液添加劑濃度、電流密度和電鍍液流量等影響條件,并研究了其對均鍍能力的影響。結(jié)果獲得了通孔電鍍液的最佳電鍍液添加劑濃度值與施鍍電流密度;電鍍內(nèi)外槽的最佳電鍍液面差為2 cm,即最佳電鍍液流量為0.5 L/min,此時,通孔的均鍍能力為79%,鍍層平整致密,銅晶粒擇優(yōu)取向為(220)晶面。另外,在無整平劑體系中,新型通孔電鍍裝置的均鍍能力明顯高于哈林槽,并且能夠保證良好的鍍層形貌、結(jié)構(gòu)和晶粒生長取向。印制電路板工業(yè)制造是一個連續(xù)過程,鍍液中金屬離子等雜質(zhì)離子的積累效應會對工藝穩(wěn)定性產(chǎn)生影響,其中鐵離子的積累與行為最受關(guān)注。近年來隨著不溶性陽極鈦網(wǎng)的使用,鈦離子和銨離子等雜質(zhì)離子的積累與行為也引起人們的關(guān)注。在該新型通孔電鍍裝置的基礎(chǔ)上研究雜質(zhì)離子對通孔電沉積銅的影響,研究表明:鐵離子電對會提升通孔均鍍能力,厚徑比為6.4(1.6:0.25)的通孔均鍍能力從70.9%增加到76.0%,此外,鍍液中加入鐵離子電對可改善鍍層平整性,降低鍍層銅晶粒粒徑尺寸且不會改變鍍層成分和抗熱沖擊能力,但是會顯著降低電流效率,增加電鍍過程的電能消耗;電鍍液中加入鈦離子會小幅度提升電流效率;電鍍液中加入銨離子并不會影響電流效率;此外,電鍍液中含有鈦離子和銨離子并不會影響均鍍能力和鍍層的抗熱沖擊能力且還可改善鍍層的平整性。為探究鐵離子電對加入電鍍液后影響通孔電鍍的原因,應用循環(huán)伏安測試方法考察鐵離子電對加入電鍍液的電化學行為。實驗結(jié)果表明:電鍍液中引入鐵離子電對后在陰極發(fā)生還原反應并成為銅沉積的競爭反應,從而會導致電流效率下降,但是鐵離子電對的存在會提升均鍍能力;此外,電鍍液中的鐵離子電對并不會影響添加劑的電化學行為。
【關(guān)鍵詞】：印制電路 通孔互連 電鍍銅 電鍍裝置
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN41
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 印制電路板電鍍銅技術(shù)11-15
• 1.1.1 印制電路板的定義、分類和互連結(jié)構(gòu)11
• 1.1.2 電鍍銅技術(shù)11-13
• 1.1.3 印制電路板常用電鍍銅體系13-15
• 1.1.3.1 焦磷酸鹽電鍍銅體系13
• 1.1.3.2 氰化物電鍍銅體系13-14
• 1.1.3.3 硫酸鹽電鍍銅體系14-15
• 1.1.3.4 其他電鍍銅體系15
• 1.2 印制電路板電鍍銅技術(shù)研究進展15-21
• 1.2.1 印制電路板鍍銅裝置研究15-20
• 1.2.2 電鍍液中雜質(zhì)離子對電沉積銅的影響研究20-21
• 1.3 論文的選題意義和研究內(nèi)容21-23
• 1.3.1 選題意義21
• 1.3.2 研究內(nèi)容21-23
• 第二章 鍍液貫穿式通孔電沉積銅的行為研究23-46
• 2.1 鍍液貫穿式結(jié)構(gòu)設計和電鍍方法23-24
• 2.1.1 鍍液貫穿式結(jié)構(gòu)23-24
• 2.1.2 鍍液貫穿式電鍍方法24
• 2.2 鍍液貫穿式對通孔電沉積銅的影響24-32
• 2.2.1 實驗儀器及藥品24-25
• 2.2.2 鍍液貫穿式通孔電沉積銅實驗25-26
• 2.2.3 鍍液貫穿式通孔電沉積銅研究結(jié)果與討論26-32
• 2.2.3.1 鍍液貫穿式對均鍍能力的影響26-30
• 2.2.3.2 鍍液貫穿式對銅鍍層表面形貌和擇優(yōu)取向的影響30-32
• 2.3 鍍液貫穿式電鍍液配方的優(yōu)化研究32-36
• 2.3.1 電鍍液配方優(yōu)化實驗32
• 2.3.2 電鍍液配方優(yōu)化研究結(jié)果與討論32-36
• 2.3.2.1 電鍍液添加劑及電流值的優(yōu)化32-34
• 2.3.2.2 電鍍液流量的優(yōu)化34-36
• 2.4 鍍液貫穿式中整平劑對通孔電沉積銅的影響36-44
• 2.4.1 整平劑對通孔電沉積銅的影響實驗37
• 2.4.2 整平劑對通孔電沉積銅的影響研究結(jié)果與討論37-44
• 2.4.2.1 整平劑濃度對通孔電沉積銅的影響37-41
• 2.4.2.2 無整平劑鍍液體系對通孔電沉積銅的影響41-44
• 2.5 本章內(nèi)容小結(jié)44-46
• 第三章 雜質(zhì)離子對通孔電沉積銅的影響研究46-60
• 3.1 實驗儀器及藥品46
• 3.2 雜質(zhì)離子對通孔電沉積銅的影響實驗46-48
• 3.3 雜質(zhì)離子對通孔電沉積銅的影響研究結(jié)果與討論48-58
• 3.3.1 雜質(zhì)離子對電流效率的影響48-49
• 3.3.2 雜質(zhì)離子對均鍍能力的影響49-52
• 3.3.3 雜質(zhì)離子對鍍層形貌的影響52-58
• 3.3.4 雜質(zhì)離子對鍍層抗熱沖擊能力的影響58
• 3.4 本章內(nèi)容小結(jié)58-60
• 第四章 Fe~(2+)/Fe~(3+)對電鍍液性能的影響研究60-77
• 4.1 實驗儀器及藥品60
• 4.2 Fe~(2+)/Fe~(3+)對電鍍液性能的影響實驗60-61
• 4.3 Fe~(2+)/Fe~(3+)對電鍍液性能的影響研究結(jié)果與討論61-76
• 4.3.1 Fe~(2+)/Fe~(3+)對基礎(chǔ)鍍液的影響62-64
• 4.3.2 Fe~(2+)/Fe~(3+)對整平劑的影響64-66
• 4.3.3 Fe~(2+)/Fe~(3+)對抑制劑的影響66-69
• 4.3.4 Fe~(2+)/Fe~(3+)對光亮劑的影響69-71
• 4.3.5 Fe~(2+)/Fe~(3+)對電鍍銅液的影響71-74
• 4.3.6 Fe~(2+)/Fe~(3+)對鍍層厚度、電流效率及均鍍能力的影響74-76
• 4.4 本章內(nèi)容小結(jié)76-77
• 第五章 結(jié)論77-78
• 致謝78-79
• 參考文獻79-84
• 攻讀碩士學位期間取得的成果84-85

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本文編號：603162