一種適用於自下而上電鍍方法製作tsv的電鍍掛件的製作方法
2023-10-09 16:35:44
專利名稱：一種適用於自下而上電鍍方法製作tsv的電鍍掛件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種製作穿矽垂直通孔(Through Silicon Via)所使用的電鍍掛件， 更確切地說涉及一種適用於自下而上電鍍方法製作TSV的電鍍掛件。屬於MEMS封裝工藝 領域。
背景技術：
MEMS (micro-electro-mechanical system)是指採用微細加工技術製作的集微型 傳感器，微型構件，微型執行器，信號處理，控制電路等於一體的系統。MEMS器件在許多領域 都有十分廣闊的應用前景。然而，在MEMS器件中，含有可動部件，這些可動部件十分脆弱， 極易受到劃片和裝配過程中的灰塵，溼度，機械等因素的影響，從而造成器件的損壞或器件 的整體性能下降。因此，必須採取MEMS封裝技術，保護這些關鍵部位。在MEMS封裝技術中常用到穿矽垂直通孔(TSV)作為互聯結構，優點在於提高封 裝密度、縮短互聯長度從而減小損耗。製作TSV結構有許多不同的方法，其中比較高效、常用的方法是「自下而上」電鍍 方法(Bottom-to-Top electroplating method)。它的作法是(1)使用幹法刻蝕技術刻矽 片得到通孔結構，(2)在矽片背面濺射電鍍種子層，(3)電鍍矽片背面，利用沉積的金屬層 堵住通孔，(4)從矽片的正面進行電鍍，通孔將「自下而上」實現金屬化。這種方法的優點在於簡單高效；製作出的TSV內部幾乎沒有空洞，質量很高。然而遺憾的是目前常用於半導體工藝的各種掛鍍系統並沒用與「自下而上」電鍍 方法(Bottom-to-Top electroplating method)相適宜的電鍍掛件。常見的掛件結構如圖 1所示，它的主要部分是Z1和Z2 :Z1是高強度的耐酸塑料做的掛架主體，形狀像一隻網球 拍；Z2是位於Z1部分的末端背面的不鏽鋼塊，它使得掛件可以掛在電鍍槽側壁，並在電鍍 時與陰極相連。B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8是固定在Z1上的不鏽鋼螺栓，Z2通過另外兩 個不鏽鋼螺栓Fl、F2和纏繞在所有螺栓上的銅絲K1實現電導通，Tl、T2、T3、T4四隻金屬 引腳從K1上引出，它們在電鍍時可以固定矽片並實現矽片正面與陰極的電連接。可見這種 掛件適用於普通方法的電鍍，即沉積種子層的面就是電鍍面；對於「自下而上」電鍍方法，種 子層在背面而電鍍面為正面，這種電鍍掛件就不適用了，四隻引腳在固定了矽片的同時無 法與背面的種子層電接觸，電鍍也就無法進行。雖然，可以用在四隻引腳上纏繞柔性金屬細絲，繞到矽片背面與種子層接觸的方 法使得這種傳統的電鍍掛件適用於「自下而上」TSV電鍍方法，但是這種做法有兩個缺點
(1)由於金屬絲很細(否則矽片放不平，易碎)，電接觸不好，完成TSV電鍍的時間很長；以 20微米孔徑，200微米長的TSV為例，完成整個通孔的金屬化需要20小時以上的電鍍時間；
(2)電鍍過程使得金屬絲粘附在矽片上，不易去除。本申請人在現有的常見掛件結構的基礎上，試圖進行結構上的改進，提供一種適 用於「自下而上」電鍍方法製備TSV的電鍍掛件。
發明內容
為了使得電鍍設備與「自下而上」 TSV電鍍方法相適應，本發明提出了一種適用於 自下而上電鍍方法製作製作穿矽垂直通孔所使用的電鍍掛件。本發明提供的電鍍掛件結構如圖2所示，所述的電鍍掛件的結構特點為(1)主體結構1的形狀為方型網球拍，球拍的主體部分為四周呈圓角的正方形，中 央有圓形凹陷，四周有六個開孔，用於放置螺栓；球拍的柄部為一個矩形；(2)使用高強度、耐酸腐蝕的有機玻璃板91，耐酸腐蝕的橡膠片92壓住矽片41，通 過螺栓六個81將有機玻璃板、橡膠片和矽片41依次固定在主體結構1的主體部分上並防 止電鍍液接觸矽片41的背面；(3)將薄銅紙42鋪放在矽片41背面，與矽片41背面的種子層電接觸，通過銅絲 31,32與薄銅紙42相觸；銅絲31、32通過螺栓71、72與主體結構1背面的不鏽鋼塊2電連 接；電鍍時不鏽鋼塊2與電鍍系統陰極連接，從而實現矽片與陰極的電連接；薄銅紙42在 電鍍時會沉積金屬，可以時常更換保證其適用性；銅絲31、32位於球拍的矩形柄部內；(4)主體結構1的主體部分的中央圓形凹陷用於放置矽片；有機玻璃板和橡膠片 的中央均有圓形開孔，孔的直徑略小於主體部分中央圓孔形凹陷的直徑。整個組裝好的掛件如圖3所示。該掛件電鍍時電接觸性能優異，同樣以20微米孔 徑，200微米長的TSV為例，在相同電鍍參數下，使用本發明提供的電鍍掛件完成整個通孔 的金屬化只需要6小時左右的電鍍時間。
圖1為常見的掛件示意圖；圖2為本發明提供的掛件的結構分解示意圖；圖3為本發明提供的掛件的組裝後的示意圖。
具體實施例方式為闡述本發明的實質性特點和顯著的進步，結合附圖2和3作進一步的說明。(1)主體結構1的材料為高強度的耐酸塑料，形狀像一隻方型網球拍；主體部分為 14cmX 14cm,四周圓角半徑為2cm的正方形，中央有直徑10. 24cm(4寸)的圓形凹陷用於放 置4寸矽片，四周有六個直徑0. 8cm的開孔，用於放置螺栓；柄部部分為3. 5cmX20cm的矩 形；主體結構1的厚度為1. 5-2cm ；(2)結構2材料為不鏽鋼，位於1的背面，作為掛件的掛角並在電鍍時連接電鍍系 統陰極，厚度為1.5-2cm;(3)91為高強度、耐酸腐蝕的有機玻璃板，中央有直徑9. 8cm的圓形開孔；92為耐 酸腐蝕的橡膠，中央也有直徑9. 8cm的圓形開孔；它們用於固定矽片並防止電鍍液接觸矽 片的背面；(4)81為頂端直徑1. 8cm，底端直徑0. 8cm的「T」型不鏽鋼螺栓，用於將91、92固 定在1上；(5)不鏽鋼螺栓71、72用於將部件2固定在主體結構1背面；(6)銅絲31、32通過螺栓71、72與主體結構1背面的不鏽鋼塊2電連接；
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(7)電鍍時還用到圖2所示的薄銅紙42，薄銅紙42鋪放在矽片41背面，與矽片41 背面的種子層電接觸，通過銅絲31、32與薄銅紙42相觸，薄銅紙的的厚度在0. lmm-0. 5mm, 不宜太厚，否則影響與矽片之間的貼合；銅絲31、32通過螺栓71、72與主體結構1背面的不 鏽鋼塊2電連接；不鏽鋼塊2與電鍍系統陰極連接，從而實現矽片與電鍍系統陰極的電連接。顯然，以上所示的尺寸僅為一種可能的選擇，實際使用時不僅限於所示的尺寸，只 要掛件的形狀類似圖2或圖3，均屬本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種適用於自下而上電鍍方法製作TSV的電鍍掛件，包括主體結構(1)和不鏽鋼塊(2)，其特徵在於(a)主體結構(1)的形狀為方型網球拍，球拍的主體部分為四周呈圓角的正方形，中央有圓形凹陷，四周有六個開孔，用於放置螺栓；球拍的柄部為一個矩形；(b)通過螺栓(81)依次將有機玻璃板(91)、橡膠片(92)和矽片(41)，固定在主體結構(1)的主體部分；(c)將薄銅紙(42)鋪放在矽片(41)背面，與矽片(41)背面的種子層電接觸，通過銅絲(31)、(32)與薄銅紙相觸；銅絲(31)、(32)通過螺栓(71)、(72)與主體結構(1)背面的不鏽鋼塊(2)電連接。
2.按權利要求1所述的電鍍掛件，其特徵在於主體結構中所述的螺栓為T型不鏽鋼螺栓。
3.按權利要求1所述的電鍍掛件，其特徵在於所述的薄銅紙厚度為0.1-0. 5mm。
4.按權利要求1所述的電鍍掛件，其特徵在於主體結構(1)的主體部分的中央圓形凹 陷用於放置矽片；有機玻璃板和橡膠片的中央均有圓形開孔，孔的直徑略小於主體部分中 央圓孔形凹陷的直徑。
5.按權利要求1所述的電鍍掛件，其特徵在於不鏽鋼塊的厚度為1.5-2cm ；主體結構的 厚度為1. 5-2cm。
6.按權利要求1所述的電鍍掛件，其特徵在於矽片與電鍍系統陰極的電連接是通過不 鏽鋼塊(2)與電鍍系統陰極連接實施的。
全文摘要
本發明涉及一種適用於自下而上電鍍方法製作TSV的電鍍掛件，其特徵在於所述的電鍍掛件包括主體結構和不鏽鋼塊，其中，主體結構的形狀類似於方型的網球拍，球拍的主體部分為四周呈圓角的正方形，中央有圓形凹陷用於放置矽片，四周有六個開孔，用於放置丁字螺栓，球拍的柄部為一個矩形，通過螺栓依次將有機玻璃板、橡膠片和矽片，固定在主體結構的主體部分；將薄銅紙鋪放在矽片背面，與矽片背面的種子層電接觸，通過銅絲與薄銅紙相觸；銅絲通過螺栓與主體結構背面的不鏽鋼塊電連接。本發明特點在於簡單實用，可以提供良好的電接觸，提高通孔金屬化的效率。
文檔編號C25D5/04GK101851775SQ201010200009
公開日2010年10月6日 申請日期2010年6月11日 優先權日2010年6月11日
發明者曹毓涵, 羅樂 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所