探討建立模型對電鍍銅減銅針孔產(chǎn)生的原因

【摘 要】文章建立模型對電鍍銅減銅針孔產(chǎn)生的原因進行了探討，并通過電流密度實驗以及烘板實驗對模型進行驗證。結(jié)果表明：電鍍銅減銅產(chǎn)生的根源在于晶粒大小不均勻，減小電流密度及提高烘板溫度、延長烘板時間均可有效改善電鍍銅減銅針孔品質(zhì)缺陷。

0 前言

隨著5G通信技術(shù)距離商用技術(shù)的臨近，全球主要通信設(shè)備制造商和電信運營商的籌備工作已進入快車道，圍繞5G的電子產(chǎn)品更加趨向于輕、薄、短、小方向發(fā)展。

目前，業(yè)內(nèi)普遍采用減薄銅工藝使面銅厚度減少來實現(xiàn)精細線路的制作。實際生產(chǎn)中電鍍銅減銅后的板面會出現(xiàn)針孔，從而使精細電路存在導(dǎo)損、開路等品質(zhì)缺陷。這給精細線路帶來了很大的困惑。文章通過模型建立以及實驗驗證，探究了減銅針孔出現(xiàn)的原因，并給出改善建議。

1 機理分析

興森科技目前有兩種減銅體系，分別為：減銅體系和減銅體系。兩種體系的減銅品質(zhì)有很大的差異性，前者沒有減銅針孔品質(zhì)問題的發(fā)生，而后者減銅針孔品質(zhì)問題比較嚴(yán)重。因此需對兩種體系的減銅機理進行探究。

圖1兩種減銅藥水體系減銅后形貌

用基銅在兩種體系減銅藥水減銅，其形貌如圖1所示?？梢?，兩種體系減銅后的形貌差別很大，酸銅體系形貌表現(xiàn)為晶粒均勻分布，符合全面腐蝕的特性，全面腐蝕的特性就是腐蝕介質(zhì)均勻地抵達金屬表面的各部分，各處的腐蝕速度基本相同。而硫酸-雙氧水體系形貌表現(xiàn)為蜂窩狀，符合晶間腐蝕的特性。由于晶界處的原子更為活潑，晶間腐蝕的特性表現(xiàn)為晶界腐蝕速度遠大于晶粒腐蝕速度，晶粒會脫落在腐蝕介質(zhì)中，在板面留下晶粒的輪廓。與此同時，在生產(chǎn)中還發(fā)現(xiàn)，基銅減銅無針孔，電鍍銅減銅有針孔，而兩者最大的差別表現(xiàn)為晶粒大小的均勻性存在差異?；谝陨戏治?，可以推斷出晶間腐蝕對大小不同的晶粒是存在蝕刻的差異性的。

圖2硫酸-雙氧水減銅針孔形成示意圖

建立如圖2所示的模型，該模型中既包含大的晶粒，也包含小的晶粒。假設(shè)晶間腐蝕速度一樣，開始時不管大晶粒還是小晶粒，它們均沿著各自的縱向晶界向下腐蝕。當(dāng)腐蝕到第一層小晶粒的底部時，大晶粒與小晶粒沿縱向晶界的腐蝕深度一樣，接下來，小晶粒沿著其橫向晶界進行腐蝕，而此時，大晶粒繼續(xù)沿著縱向晶界向下腐蝕，當(dāng)小晶粒的橫向晶界腐蝕完，開始沿著第二層的縱向晶界向下時，大晶粒已縱向腐蝕出一定的深度，由此造成的深度差會導(dǎo)致針孔的形成。據(jù)此模型，可以推斷出針孔產(chǎn)生的本質(zhì)是晶粒大小不均勻性。

2 模型驗證實驗設(shè)計

2.1 測試材料

板厚為0.71mm、面銅1/1OZ、型號為IT-180A的覆銅板。

2.2 測試儀器及條件

掃描電子顯微鏡、金相顯微鏡、光學(xué)輪廓儀、哈林槽、宇宙減銅設(shè)備。

2.3 實驗設(shè)計

表1 電流密度參數(shù)

表2 烘板實驗參數(shù)

3 結(jié)果與討論

3.1電流密度實驗結(jié)果與討論

3.1.1電流密度對鍍層形貌的影響

圖3不同電流密度下的鍍層形貌

顯而易見，不同電流密度下電鍍后鍍層的形貌差異較大。隨著電流密度的增加，銅的沉積速率也隨之增加。當(dāng)晶核的生長速率大于晶核的生成速率時，晶粒變得粗大，晶粒的均勻性逐漸變差，通過截據(jù)法測得8ASF、16ASF、24ASF電流密度下的平均晶粒大小分別為7.021μm、7.375μm、10.000μm。

3.1.2 晶粒大小對減銅針孔的影響

不同晶粒在相同的條件下，在硫酸-雙氧水減銅體系中進行減銅，其結(jié)果如表3所示。

表3不同粒徑減銅情況

可以看出：晶粒尺寸越大，相同條件下縱向腐蝕越深。若板面局部晶粒大小差異過大，針孔越易出現(xiàn)，與模型理論分析一致。此外，隨著晶粒尺寸的增大，針孔數(shù)量、針孔孔徑以及針孔深度均出現(xiàn)惡化的趨勢。

3.2 烘板實驗結(jié)果與討論

烘板可消除組織內(nèi)的缺陷，調(diào)整組織，細化晶粒，改善電鍍晶粒的均勻性，烘板減銅后的結(jié)果表4所示。

表4 烘板后減銅針孔統(tǒng)計結(jié)果

從表4可以得知：隨著烘板時間以及烘板溫度的增加，晶粒的均勻性也得到加強，使得減銅針孔情況均得到改善，烘板是改善減銅針孔行之有效的措施。

4 結(jié)論

文章建立模型探討了減銅針孔產(chǎn)生的原因，并通過實驗驗證了減銅針孔產(chǎn)生的根源是晶粒均勻性較差?？赏ㄟ^細化晶粒、提高晶粒均勻性的方式來改善減銅針孔問題，減小電流密度以及延長烘板時間、提高烘板溫度均可有效改善減銅針孔問題。