填孔电镀技术
微通孔填充的电镀铜工艺
图 6. 硫酸铜浓度与深镀能力之间的关系
流程参数—物理影响
研究的物理工艺参数包括：电流密度、搅 拌、镀层厚度、温度、整流器(DC 或 PPR)及 波形(PPR)。微通孔填充性能的主要影响在下 面描述。
电流密度： 图 7 为电流密度与特定类型微通 孔类型的填孔率之间的关系。一般说来，电 流密度加大对填充率的降低随着微通孔的深 度增加而更明显，当使用更具挑战性的玻璃 增强绝缘基材时，填充率降低会进一步显 著。微通孔填充能力的减弱体现为填充率低 和/或出现空洞。
有关的优化与整流方式相结合，得到了用于直流和 PPR 波形的独特的微通孔填充的产品。
化学组分如下：硫酸铜、硫酸、氯化物，
研究他们彼此间与微通孔填充性能的关系，结果表明主要 的影响来自于硫酸铜的浓度。图 5 已显示浓度对填充效果 的影响。通常表明高一些的浓度可更多地提升微通孔填充 性能。
无机的成分包括二价铜离子(Cu2+)，硫酸及氯化物。
硫酸铜是溶液中铜离子的初始来源，在电镀时，溶液中的铜含量通过电镀时在阴阳极间建立起库 仑平衡来维持。阳极通常用与被电镀上去的金属相同的材料制成，并作为离子源，在这里所指的 金属为铜。
硫酸对溶液的整体导电性及减少阳极和阴极间的极化很有效。
氯离子与辅助剂(负载剂)一起作用来减低极性及协助改善沉积表面的高低形貌。使用消耗性的 (铜)阳极时，氯离子有助于阳极的腐蚀，生成均匀及有附着性的阳极膜。
图 7. 不同电流密度对直径为 100µ ，浓度为 80µ 孔的影响。通常低电流密度可改善填孔能 力。
4
溶液搅拌： 这个参数对微通孔填铜有重大影响。图 8 比 较了在微通孔填铜时使用喷嘴或使用冲击电镀进行空气搅 拌效果的不同。很显然，相对于单独的空气搅拌，使用喷 嘴电镀时溶液流直接喷向板很大程度上改善了微通孔填充 的能力及微通孔填充的均匀性。
盲孔之填孔技术分析解析
制程化学参数
镀铜液中无机物成份： 硫酸铜 硫酸 氯化物(HCL)
硫酸铜浓度提升时,填孔的 效果比较好.但是对于通孔 的分布力确刚好相反,也就 是当硫酸铜浓度增加时,通 孔铜厚的分布反而下降.
2006/06/10 Prepared By Level
2006/06/10
Prepared By Level
17
光剂分解物对填孔的影响
有活性光泽剂副产物(BPU),刻意以不同浓度的 方式加入全新的镀铜液中,发现当副产物浓度越 高时,填孔能力越差;
2006/06/10
Prepared By Level
18
待镀板的影响
盲孔是否能够完整又可靠的填平,除了盲孔孔径 与孔深影响以外,还有以下会影响:
薄
厚
从上图来看,当板厚增加、电流密度增大时，可以 明显看出PPR的分布力要优于DC;反之则DC又会 比PPR来的更好。
2006/06/10 Prepared By Level 25
D/C与PPR区别
DC填孔
优点：
传统整流 操作方便
PPR填孔
优点：
厚板深孔之分布较佳 板面图形之分布与外 形较好 经由波形调整的协助 而有较好的填孔能力
2006/06/10
Prepared By Level
7
填孔的原理
运载剂： 主要是聚氧烷基式大分子量式化合 物，协同氯离子一起吸附在阴极表 面高电流区，降低镀铜速率. 光泽剂： 主要是含硫的小分子量化合物,吸附 在阴极表面低电流区，可排挤掉已 附着的运载剂,而加速镀层的沉积. 整平剂： 主要是含氮的杂环类或非杂环类芳 香族化学品,可在突出点高电流区赶 走已着落的光泽剂粒子,从而压抑该 区之快速镀铜,使得全板面铜厚更为 均匀.
填孔电镀光剂研究进展
果 ，而 这 种 机 理 与 电镀 槽 液 中各 种 添 加 剂 的作 用 有 关 ，例 如 光 亮 剂 、 整 半剂 、 载运 剂或 不 同添 加 剂 之
问 的相 互 作 用 有 关 ， 了解 盲 孔 填 孔 电 镀 的Ｂｏｔ ｍ— ｔｏ
ｐｒ ｃ ｓ ｆｂ ｉｈ ｅ ｅ，ｌｖ ｌｒａ ｄ ｃ ｒｉｒｉ ｉｒ ｖ ａ ｍ ｅａｌｚ ｔｏ ｙ ｃ ｐ ｅ ｌｃｒ ｐ ａｉ ｇ ｔｗ ｏ ｄ ｄ ｅ ｎ ｔ ｏ ｅ ｓｏ ｒｇ ｔ ｎ ｒ ｅ ｅ ｅ ｎ ａ ｒｅ ｎ ｍ ｃ ｏ ｉ ｔ ｌ ａ ｉｎ ｂ ｏ ｐ ｒｅ ｅ ｔｏ ｌｔｎ ．Ｉ ｕｌ ｅ ｐｅ ｈｅ ｉ ｒ ａ ｅ ’ ｕ ｄ ｒｔｎ ｉ ｇｉ ｓｔｃ ｎ ｏ ｙ ｅ ｄ ｒＳ ｎ ｅ ｓａ ｄ ｎ ｎ ｔ ｈ ｏｌｇ ． ｈｉ ｅ
制 ， 以期 加 深 广 大Ｐ Ｂｋ 对 盲 孔 填 孔 电镀 技 术 的 了解 。 Ｃ３者 ，
关键 词 填 孔 电镀 ；光 亮 剂 ：整 平 剂 ；载 运 剂
中图分类 号 ：Ｔ ４ Ｎ １
文献标识码 ：Ａ
文章编 号 ：１ ０ — ０ ６（ ０ ０） － ０ １ ０ ０９０ ９ ２１ ９０２—３
印 制 电 路 信 息 ２ １ ｏ９ ０ ０Ｎ ，
子 化 与 电镀 Ｍｅａｌａｉｎ＆ Ｐａｉ Ｌ ｔｌｚ ｔ ｉ ｏ ｌｔｇ ｎ
填孑 电镀光剂研 究进展 Ｌ
张 曦 杨之 诚 孔令 文 杨 智 勤
（ 南电路有 限公 司 ，广 东 深 圳 ５８ １ ） 深 １１７
摘 要
文章简述 了填孔 电镀 的机理模 型 ，分析 了光 亮剂 、整平 剂和载运 剂的作 用及 失效机
电镀填孔凹陷偏大不良的改善
印制电路信息2021 No.5电镀填孔凹陷偏大不良的改善孙亮亮 席道林 万会勇（广东东硕科技有限公司，广东 广州 ５１０２８８）摘 要 电镀填盲孔技术是高密度互连（ＨＤＩ）板制作最关键、最重要的技术之一，而凹陷偏大会影响后续工艺进行甚至电路板的性能。
本文针对一种在垂直连续电镀填孔中出现的底部凹陷偏大进行深入研究，通过对设备排查及调整，最终彻底解决问题，为制程改善提供依据。
关键词 填孔电镀；凹陷；改善中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1009-0096（2021）05-0020-03 Improvement of hole filling dimple in electroplatingSun Liangliang Xi Daolin Wan Huiyong(GuangDong Toneset Science & Technology co.,LTD, Guanzhou,510288) Abstract Via filling plating technology is one of the most important technologies in the production of HDI boards. Large-dimple is the common problem in the via filling plating. Sometimes it can affect the subsequent processes and even the reliability of circuit boards. This paper made an intensive study of the large-dimple on bottom in the Via filling process Vertical Continuous Electroplating Line. Finally, the problem was solved by checking and adjusting the equipment, which could provide reference for process improvement.Key words Via Filling Plating; Dimple; Improvement近年来，电子产品对于轻薄小、多功能、高可靠性的需求日益迫切，对印制电路板的技术要求越来越高，从工程、工艺设计到配套设备和人员操作等都提出了更高的要求[1]。
电镀填孔工艺影响因素
科技成果：电镀填孔工艺影响因素电子产品的体积日趋轻薄短小，通盲孔上直接叠孔(viaonHole或Viaonvia)是获得高密度互连的设计方法。
要做好叠孔，首先应将孔底平坦性做好。
典型的平坦孔面的制作方法有好几种，电镀填孔(ViaFillingPlating)工艺就是其中具有代表性的一种。
电镀填孔工艺除了可以减少额外制程开发的必要性，也与现行的工艺设备兼容，有利于获得良好的可靠性。
电镀填孔有以下几方面的优点：(1)有利于设计叠孔(Stacked)和盘上孔(via.on.Pad)：(2)改善电气性能，有助于高频设计;(3)有助于散热;(4)塞孔和电气互连一步完成;(5)盲孔内用电镀铜填满，可靠性更高，导电性能比导电胶更好。
电镀填孔是目前各PCB制造商和药水商研究的热门课题。
Atotech、Shipley、奥野、伊希特化及Ebara等国外知名药水厂商都已推出自己的产品，抢占市场份额。
2电镀填孔的影响参数电镀填孔工艺虽然已经研究了很多，但真正大规模生产尚有待时日。
其中一个因素就是，电镀填孔的影响因素很多。
如图1所示，电镀填孔的影响因素基本上可以分为三类：化学影响因素、物理影响因素与基板影响因素，其中化学影响因素又可以分为无机成分与有机添加剂。
下面将就上述三种影响因素一一加以简单介绍。
2.1化学影响因素2.1.1无机化学成分无机化学成分包括铜(Cu2+)离子、硫酸和氯化物。
(1)硫酸铜。
硫酸铜是镀液中铜离子的主要来源。
镀液中铜离子通过阴极和阳极之间的库仑平衡，维持浓度不变。
通常阳极材料和镀层材料是一样的，在这里铜既是阳极也是离子源。
当然，阳极也可以采用不溶性阳极，Cu2+采用槽外溶解补加的方式，如采用纯铜角、CuO粉末、CuCO3等。
但是，需要注意的是，采用槽外补加的方式，极易混入空气气泡，在低电流区使Cu2+处于超饱和临界状态，不易析出。
值得注意的是，提高铜离子浓度对通孔分散能力有负面影响。
(2)硫酸。
高深径比TSV填孔电镀技术
第36卷第1期2020年2月・制造工艺・电&机箱工程Electro-Mechanical Engineering DOI ：10. 19659/j. issn. 1008-5300. 2020. 01.014高深径比TSV 填孔电镀技术牛 通，李 浩，崔 凯,王从香(南京电子技术研究所，江苏南京210039)摘 要：随着电子器件朝着小型化、多功能化、高功率密度方向发展，硅穿孔(Through Silicon Via, TSV)技术越来越受到业界的重视。
填孔电镀技术是TSV 的核心技术之一。
文中探讨了填孔电镀的机理以 及TSV 电镀药水中各种添加剂对填充效果的影响，对比了国内外TSV 电镀设备的现状，重点分析了 TSV 铜柱内空洞形成的原因和应对措施。
分析认为导致空洞的主要原因有2个方面：一是电流聚集效应；二是物质(铜离子)的质量传输效应。
在此基础上，实现了直径30 jim 、深度210 firn 的TSV 无空洞 填充，可为国内TSV 技术的发展提供参考。
关键词：硅穿孔；填孔电镀；添加剂；自底向上填充；空洞中图分类号:TG335.22 文献标识码：A 文章编号：1008-5300(2020)01-0055-05High Aspect Ratio TSV Electroplating Filling TechnologyNIU Tong,LI Hao,CUI Kai,WANG Congxiang(Nanjing Research Institute of Electronics Technology , Nanjing 210039, China )Abstract : With the development of electronic devices towards miniaturization , multi-function and high power density , the through silicon via ( TSV ) technology has been paid more and more attention to by the electronic industry. The hole electroplating filling technology is one of the key technologies of TSV. The mechanism of hole electroplating filling and the influence of various additives on TSV filling are discussed in this paper. Meanwhile , the current situation of TSV plating equipment both at home and abroad is compared. The causes and solutions of cavity in TSV copper column are analyzed as an emphasis. It is concluded that there are twocauses : current aggregation effect and the mass transfer effect. On this basis , TSV filling( without cavity ) with a diameter of 30 |xm and depth of 210 |xm is realized , which can provide a reference for the development ofdomestic TSV technology.Key words : through silicon via (TSV ) ； hole filling electroplating ； additive ； bottom-up filling ； cavity引言平面微组装技术的多芯片模块正在向基于芯片堆叠和封装堆叠的高密度集成三维芯片封装技术方向发 展，其中硅穿孔(Through Silicon Via, TSV)技术将发 挥重要作用。
盲孔之填孔技
Prepared By Level
25
D/C与PPR区别
DC填孔
优点：
· 传统整流 · 操作方便
缺点：
· 厚板通孔之分布力不
足
PPR填孔 优点：
· 厚板深孔之分布较佳 · 板面图形之分布与外 形较好
· 经由波形调整的协助 而有较好的填孔能力
缺点：
· 板面图形分布力差
· 控制参数增多
2006/06/10
0/152BVH
0/20TH
热循环 -65℃/125℃
0/832BVH
0/832TH
2006/06/10
Prepared By Level
24
D/C与PPR区别
薄
厚
• 从上图来看,当板厚增加、 电流密度增大时 ，可以 明显看出PPR的分布力要优于DC;反之则DC又会 比PPR来的更好。
2006/06/10
· 停机过程中产生的化学分解； · 操作过程中产生的电化学的分解；
• 通常有机副产物多半呈钝态 ，不影响镀铜的效 果；但是某些光泽剂的副产物(BPU)却会在电 化反应中展现活性 ，影响填充电镀效果。
2006/06/10
Prepared By Level
17
光剂分解物对填孔的影响
• 有活性光泽剂副产物(BPU),刻意以不同浓度的 方式加入全新的镀铜液中,发现当副产物浓度越 高时,填孔能力越差 ;
· 空气搅拌与槽液 喷流搅拌对比, 喷流搅拌对盲孔 填充率及均匀性 均好于空气搅拌.
2006/06/10
Prepared By Level
13
物理参数之说明
• 镀铜厚度：
· 镀铜厚度越厚时,填孔率也越好 ; · 当填孔口径增大时,则需要更多的铜量去填充,
填孔电镀品质可靠性的研究和探讨.
2011秋季国际PcB技术/信息论坛孔化与电镀Hole Processing and Plating填孔电镀品质可靠性的研究和探讨Paper Code:S-021彭涛田维丰刘晨姜雪飞彭卫红刘东深圳崇达多层线路板有限公司摘要填孔电镀是满足PCB高密度化、更小化、更便宜的一种重要途径。
随着电子行业和PCB行业的高速发展,填孔电镀的需求量增长迅速,填孔电镀的应用也日广泛,填孔电镀的生产难度也相应增加。
填孔电镀是一种新工艺流程,相对普通电镀铜而言,其反应机理复杂,过程控制更难监控,品质可靠性低。
本文主要讲述填孔电镀反应机理,并通过DOE试验来探讨如何提升填孔电镀工艺能力和品质可靠性。
关键词填孔电镀i填充率中图分类号:TN41文献标识码:A 文章编号:1009—0096(2011增刊-0153-06The research and investigation of fillingplating quality and reliabilityPENG Tao TIAN Wei-feng L1UChert JIANGXue-fei PENG Wei-hong L1UDongAbstract In the process of PCB jointing brigade,the via air ladder Call bring on the jointing solder air andit will debase the jointing intension and quailty dependability,because of above.more and more customers requirethe via ofHDl circuitry board should be done by filling・in plating.In the relafiv9ly ofnormal plating,the reaction mechanism offilling—in plating is more complex,the process control is moFe difficult to be watched,and the quailty dependability is worse.The letterpress tell of the reaction mechanism of filling—in plating,discuss the way how tostep up the technical ability offilling—in plating by DOE experiment and quailty dependability.Key words filling plating;filling ratio1为什么需要填孔1.1PCB高密度化、高精细化的发展趋势随着电子产业的高密度、高精细化,HDI板焊盘直径和间距的逐渐减小,使盲孔孑L径也逐渐减小,盲孔厚径比随之加大,普通的电镀药水和传统的电镀工艺不能达到盲孔镀铜的效果,为保证盲孔d6质的可靠性,更多生产厂家选择专用盲孔电镀药水或增加填孔流程。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
填孔电镀Dimple 对高阶高密度互联产品的影响
2009-10-22 15:21:56 资料来源:PCBcity 作者: 陈文德、陈臣
摘要：文章主要介绍填孔电镀的发展与填孔电镀Dimple 对高阶高密度互联产品的影响
及其相关检测设备的应用对填孔电镀品质的作用。
关键词：盲孔；填孔电镀；Dimple；Smear；IC；BGA；BallPitch；BallArray；
一、引言：
HDI 板市场的迅速发展，主要来自于手机、IC 封装以及笔记本电脑的应用。目前，国
内HDI 的主要用途是手机、笔记本电脑和其他数码产品，三者比例为90% 、5% 、5% 。
根据高阶HDI 板件的用途---3G板或IC载板，它的未来增长非常迅速：未来几年全球
3G手机增长将超过30% ，我国发放3G 牌照；它代表PCB的技术发展方向，3G手机的高
速传输、多功能、高集成，必须具有提供强大的传输运行载体。为解决高速传输、多功能、
高集成发展带来的高密度布线与高频传输，开创了盲孔填铜工艺，以增强传输信号的高保真
与增大BGA区BallArray 的排列密度（BallPitch 减小）。
二、HDI 高密度的发展趋势：
电子产品的小型化给元器件制造和印制板加工业带来了一系列的挑战：产品越小，元器
件集成程度就越大，对于元器件生产商来说，解决办法就是大幅度增加单位面积上的引脚数，
IC 元器件封装由QFP 、TCP ( tapecarrier package) 向BGA 、CSP 转变，同时朝向更高阶
的FC 发展（其线宽/ 间距达到60nm/ 60 nm ）。与之相适应，HDI 线宽/ 间距也由4mil /4mil
(100um/ 100um ) 大小变为3 mil /3 mil ( 75um/ 75 um) ，乃至于目前的60um/ 60 um ；其内
部结构与加工技术也在不断变化以满足其更薄、更密、更小的要求。
HDI 发展为实现表面BGA 区BallArray 的高密度排列，进而采用了积层的方式来将表
面走线引入内层，HDI 孔的加工经历着从简单的盲埋孔板到目前的高阶填孔板，在小孔加
工与处理技术上，先后产生了VOP（ViaOn Pad ）、StaggerVia 、StepVia 、SkipVia 、
StackVia 、ELIC（EveryLayer Interconnection ）等设计，以用来解决HDI 中BGA 区域
BallArray 的高密度排列，部分设计叠构参见图2。
以下为部分高端HDI 微孔的叠构图：
StaggerVia 、StepVia 、SkipVia 、StackVia 在四种设计上BallPitch 依次递减，而
StackVia 在设计所占空间要比StaggerVia 小一半，如下图3。在高端电子产品向微型化发
展的今天，StackVia 叠构的设计已是发展的方向，同时StackVia 中的盲孔填铜，为3G 产
品的高频信号传输提供了更高的可靠性。
各种微孔的制作设计，为解决IC高速发展带来的HDI 板表面贴装BGA区域Ball Array
的高密度排列与高频信号传输之难题；填孔电镀工艺的开发为高密度布线、高频传输向多积
层化发展提供了有利条件。
三、Dimple 对填孔电镀的重要性
为解决电子产品微型化给HDI 板制造带来的高密度、高集成，HDI 制造业开创了盲孔
填铜工艺。盲孔填孔的关键品质点在于填孔的Dimple 值，Dimple 指的就是填孔后的凹陷
值，如下图3 所示。
在盲孔填铜（FilledVia 简称FV ）系列产品制作中，Dimple 越小越好（一般以小于
15um 为标准），当Dimple 过大时，在进行第二次盲孔加工时，因Dimple 位置在外层压
合时被树脂填充，Dimple 位置的介质厚度要比其它位置大15um 以上，在盲孔加工时盲孔
位置激光无法完全烧蚀掉盲孔底部的树脂，进而造成Smear ，影响填孔的可靠性；如图4
Stack 盲孔底部殘留的Smear 是填孔HDI 板制造的最可怕的隐形杀手，在叠孔连接位
置殘留的Smear 在进行电性测试时很难测出，但经过锡炉的高温焊接后受内应力影响会出
现开裂，导电性急剧下降，影响手机成品电信号传输。
珠海方正科技多层电路板公司富山分公司在盲孔填铜工艺上，现已实现了可以将
Dimple 控制在10um 内。我们生产的二阶填孔HDI 板品质状况良好，信赖性测试符合
IPC6012 /IPC6016 标准。珠海方正科技多层电路板公司富山分公司在盲孔填铜工艺上已经
可以进行大批量生产，工艺技术达到国内领先水平。
四、填孔Dimple 品质的检测
目前对于盲孔填铜电镀的Dimple 检测国内制造工厂都是对填孔板取制切片进行分析，
此种检测只能应用抽样的原理去做推测到板内的Dimple 情况，对Panel 内整体填铜分布情
况无法量化分析。针对此问题，业内已有自动光学检测设备制造商开发出了用于填孔Dimple
定量检测，即3D填铜深度检查机，如图6。目前在日本一些先进的HDI 制造厂（IBDEN、
MEIKO）已有运用3D 填铜深度检查机对盲孔填铜Dimple 进行定量分析检查。
3D是利用光学设备，对检测位置分割进行逐点量测出厚度，再通过系统软体计算出
Dimple 的深度，其原理图解如下（图7）：
3D填铜深度检查机的开发运用，可为我们定量研究盲孔填铜的Dimple大小与Dimple
区域分布提供精确的数据分析。可精确的检查分析出Panel内各点盲孔填铜的状况，为我们
层别分析Dimple形成的原因，可作为制作参数的精确修正依据，3D填铜深度检查机的应用，
将会促使盲孔填铜工艺的快速发展。
五、结论
在填孔电镀中，Dimple 是衡量填孔电镀品质的首要指标，Dimple 的大小直接影响填孔
电镀产品的信赖性。在国内众多HDI 制造企业，因填孔电镀技术不佳，填孔Dimple 过大，
在填孔电镀产品上存在技术壁垒，难以进军高阶市场。3D 填铜深度检查技术的开发及运用，
为我们在量产中检测填孔电镀品质提供充足数据证明；促使填孔电镀获得有效管控，同时为
二阶一次填孔板转向三阶二次填孔板、ELIC 奠定良好基础。