填充通孔的方法

2023-06-02 01:01:11 2

填充通孔的方法
【專利摘要】本發明涉及填充通孔的方法。該方法抑制或減少在對基板例如印刷電路板的具有閃鍍銅層的通孔進行電鍍銅的過程中的凹痕和孔隙。將包含由芳族雜環氮環化合物和含環氧化物的化合物的反應產物的酸性溶液施加到基板的通孔上，隨後用包含添加劑例如光亮劑和流平劑的銅電鍍浴對通孔進行填充。
【專利說明】填充通孔的方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種填充具有一閃鍍銅（flash copper)層的通孔的方法，該方法降低 或抑制凹痕和孔隙的形成。更具體的，本發明涉及一種填充具有閃鍍銅層的通孔的方法，所 述方法通過向具有閃鍍銅層的通孔施加含有低濃度的芳族雜環氮化合物和環氧化物化合 物的反應產物的水性酸預處理溶液，然後用包含光亮劑和流平劑的酸性銅電鍍浴用銅填充 通孔，以減少或者抑制凹陷和孔隙的形成。

【背景技術】
[0002] 高密度互聯是一種在具有微孔和通孔的印刷電路板的製造中的重要設計。這些器 件的小型化依靠更薄的芯材料，減少的線寬和更小的通孔和盲孔直徑的組合。通孔的直徑 範圍為75μπι至200μπι。伴隨著孔徑比的增加，用銅鍍覆來填充通孔變得越來越困難。這 導致較大的孔隙和較深的凹痕。填充通孔的另一個問題是其傾向填充的方式。不像一端是 封閉的盲孔，通孔穿過基板，並且兩端都是開放的。盲孔從底部向頂部填充。相反，當用銅 填充通孔時，銅傾向於開始沉積在通孔中央的壁上，在那裡其塞住中央部分而形成了 "蝴蝶 翅膀"或兩個盲孔。兩個盲孔填充後完成了孔的沉積。因此，用於填充盲孔和用於填充通孔 的的銅鍍覆浴通常並不相同。選擇鍍覆浴流平劑和其他浴添加劑以實現正確的填充類型。 如果沒有選擇正確的添加劑組合，納米銅鍍覆會導致不期望的保形銅沉積。
[0003] 通常銅不能完全填充通孔，兩個末端仍未填充。對於銅沉積在中心，並且端部未填 充的不完全的通孔填充，有時也稱為"啞鈴式（dog-boning)"。孔的頂部和底部的開放空間 被稱為凹痕。在填充通孔過程中消除全部的凹痕非常罕見並且很難預期。凹痕深度可能是 最常用的通孔填充性能的定量度量。凹痕的要求取決於通孔的直徑和厚度以及製造商的不 同。除了凹痕，在銅通孔填充內還會形成被稱為孔隙的間隙或孔。較大的凹痕會影響到平 板的進一步加工，而較大的孔隙會影響器件的性能。一個理想的過程以高度平面度（即構 建一致性）完全填充通孔，並且沒有孔隙，以提供最佳的可靠性和電性能，並且表面厚度盡 可能的低，以優化電子器件中的線寬度和阻抗控制。
[0004] 另一個與通孔填充相關的問題是當通孔壁上具有閃鍍銅時採用電解銅填充通孔。 通常，包含通孔的基板如印刷電路板，通過在表面上和通孔的壁上包覆一層無電鍍銅層。無 電鍍銅的厚度通常大於0.25 μ m。這樣的無電鍍銅層易被氧化。通常印刷電路板用銅進行 無電鍍覆，並且儲存一段時間，之後進行再加工。延長的暴露在空氣中的時間和面板的常規 處理導致了無電鍍銅層的較快速氧化。為了解決這個問題，工業上在儲存之前，在無電鍍銅 表面上電鍍一層2 μ m至5 μ m的閃鍍銅層，以防止無電鍍銅氧化。另外，更厚的閃鍍銅層使 得能夠通過常規蝕刻工藝去除在儲存過程中形成的任何氧化物而不會有破壞或去除無電 鍍銅層的風險，而這樣的蝕刻不能在較薄的無電鍍銅上進行。不幸的是，電解閃鍍銅增加了 填充通孔的難度。在工人試圖用電解酸性銅鍍浴填充通孔時，凹痕和孔隙頻繁出現。
[0005] 因此，需要一種在具有閃鍍銅層的基板上改進填充通孔的方法。


【發明內容】

[0006] 本發明的方法包括提供：具有多個通孔的基板，所述基板的表面上和所述多個通 孔的壁上具有一層的閃鍍銅層；至少向所述多個通孔施加酸性水溶液，該酸性水溶液基本 由一種或多種無機酸以及由一種或多種芳族雜環氮化合物和一種或多種的含環氧化物的 化合物的一種或多種反應產物構成，所述一種或多種反應產物的量為lppm至50ppm ;以及 用含有一種或多種光亮劑和一種或多種流平劑的酸性銅電鍍浴至少對通孔電鍍銅。
[0007] 該方法減少或抑制在通孔填充過程中凹痕的形成和孔隙。凹痕通常深度小於 10 μ m。凹痕深度和孔隙面積的減少提高了布散深鍍能力，從而在基板的表面上提供了基本 上均勻的銅層和良好的通孔填充。
[0008] 發明詳述
[0009] 除非有另外清楚的說明，在本說明書中以下縮寫的含義如下：g =克；ml =毫升； L =升；cm =釐米=毫米；μ m =微米；ppm =百萬分之一 ；ppb =十億分之一 ；V =攝 氏度；g/L =克/升；A =安培；dm =分米；DI =去離子；wt% =重量百分數；Tg =玻璃轉 變溫度；孔隙=通孔內不含銅的空間，否則的話該空間填充有銅金屬；通孔的孔徑比=通 孔的高度/通孔的直徑；凹痕深度=從凹痕最深的點到基板表面上鍍覆的銅的水平之間 的距離；單個通孔的孔隙面積=0. 5AX0. 5BX π，其中A是孔隙的高度，B是孔隙在通孔 中最寬處的直徑；通孔面積=通孔的高X通孔的直徑；孔隙面積％=孔隙面積/通孔面 積 X100%o
[0010] 在本說明書中，術語"印刷電路板"和"印製線路板"可互換使用。在本說明書中， 術語"鍍覆"和"電鍍"可互換使用。術語"布散深鍍能力"的意思是在低電流密度區域鍍覆 與較高電流密度區域相同厚度的能力。除非有另外說明，所有的量均為重量百分數。所有 的數值範圍都包括端值且可以任意順序互相組合，只要從邏輯上來說該數值範圍之和限定 為 100%。
[0011] 酸性水溶液基本由一種或多種無機酸以及由一種或多種芳族雜環氮化合物和一 種或多種含環氧化物的化合物的一種或多種反應產物構成。優選地，酸水溶液由水，一種或 多種無機酸以及一種或多種由一種或多種芳族雜環氮化合物和一種或多種含環氧化物的 化合物的反應產物構成。優選地，所述酸性水溶液不含任何額外組分。所述酸性水溶液中包 含的一種或多數反應產物的量為lppm至50ppm,優選lppm至40ppm,更優選2ppm至30ppm。
[0012] 典型的芳族雜環氮化合物是咪唑化合物及其衍生物。優選地，咪唑化合物具有通 式：
[0013]

【權利要求】
1. 一種方法，該方法包括： a)提供具有多個通孔的基板，在所述基板的表面和所述多個通孔的壁上具有一層閃鍍 銅； b)至少向所述多個通孔施加酸性水溶液，所述酸性水溶液基本由一種或多種無機酸以 及由一種或多種芳族雜環氮化合物和一種或多種含環氧化物的化合物的一種或多種反應 產物構成，所述一種或多種反應產物的含量為lppm至50ppm ;以及 c)用含有一種或多種光亮劑和一種或多種流平劑的酸性銅電鍍浴至少對所述通孔電 鍍銅。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述一種或多種芳族雜環氮化合物是下式 的咪唑：
(I) 其中&，1?2和R3獨立地選自H，取代或未取代的（Ci-Cj烷基，取代或未取代的（C 2-C12) 烯基和取代或未取代的芳基，前提是&和R2不都是H。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述一種或多種含環氧化物的化合物具有 下式：
(II) 其中Yi和γ2獨立地選自Η和（CrC4)烷基，R4和R 5獨立地選自氫，CH3和OH，P = 1-6， 以及 q = 1-20。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述反應產物的範圍為0. 5ppm至5ppm。
5.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，R1；民和&獨立地選自H，取代或未取代的 (crc8)烷基，取代或未取代的（c2-c7)烯基和取代或未取代的芳基。
6.如權利要求3所述的方法，其中所述一種或多種含環氧化物的化合物選自：1，4_ 丁 二醇二縮水甘油醚、乙二醇二縮水甘油醚、二（乙二醇）二縮水甘油醚、聚（乙二醇）二縮水 甘油醚化合物、甘油二縮水甘油醚、新戊二醇二縮水甘油醚、丙二醇二縮水甘油醚、二（丙 二醇）二縮水甘油醚和聚（丙二醇）二縮水甘油醚化合物。
【文檔編號】H05K3/42GK104053313SQ201410200977
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月14日 優先權日:2013年3月14日
【發明者】N·賈亞拉珠, E·H·納賈爾, L·R·巴爾斯塔德 申請人:羅門哈斯電子材料有限公司