填孔电镀技术

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]。

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。

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。

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。

脉冲电镀应⽤于DPC陶瓷基板之填孔技术近⼏年，⾦属化陶瓷电路(基)板之应⽤领域越趋⼴泛，包含LED level-I封装基板、LED level-II系统板、LED COB电路板、IGBT功率模组基板、车⽤电⼦电路载板、制冷晶⽚载板、HCPV电路板、医疗电⼦产品电路板等等，这⼀切皆归因于陶瓷材料其优异的绝缘耐电压物理特性、化学稳定性、及其⾼性价⽐的导热系数特性(氧化铝导热系数约20～27W/m·K、氮化铝导热系数约170～190/m·K)等优势。

电路板种类与特性⽬前市场上⼴泛使⽤的电路板类型如下表⼀所⽰，其中陶瓷基板其⾼导热系数、⾼线路解析度、低累进公差、及允许打线⼯艺与直接共晶⼯艺等特性皆优于FR-4 PCB与MCPCB。

但是，陶瓷基板并⾮皆具有相同的特性，因⼯艺与材料的差异，陶瓷基板因⽽可分类为：低温共烧陶瓷( LTCC, Low-Temperature Co-fire Ceramics)基板、厚膜(Thick-Film)陶瓷基板、DBC (Direct Bonding Copper)陶瓷基板与DPC (Direct Plating Copper)陶瓷基板，其中DPC陶瓷基板⼜可称为薄膜(Thin-Film)陶瓷基板。

表⼀、电路板之特性⼀览表LTCC低温共烧陶瓷基板LTCC陶瓷基板是将许多的印刷陶瓷层与印刷线路层进⾏堆叠，于温度约850℃环境进⾏陶瓷层与线路层的烧结，可于陶瓷层中内埋线路是其⼀⼤优势，但产品因⾼温烧结、收缩所导致的低线路尺⼨精确度、低产品强度、低导热系数等等状况是使⽤上较常⾯临的问题。

厚膜印刷陶瓷基板厚膜陶瓷基板则是使⽤已烧结成型之陶瓷裸板，以厚膜⼯艺印刷⾼温银胶于陶瓷裸板表⾯，其线路尺⼨精确性低、线路表⾯平整性差、打线可靠度不佳与⽆法制作多层线路等问题，是材料与⼯艺所造成的瓶颈。

DBC(Direct Bonding Copper)陶瓷基板DBC⼯艺需要在⼤于1000℃的⾼温环境下，利⽤扩散的原理接合铜箔与陶瓷裸板；由于铜箔需要⼀定的厚度才易于进⾏DBC贴合的⼯艺瓶颈、及厚铜不易蚀刻精细线路的局限，却造就了DBC陶瓷基板的厚铜规格优势及其⾼电流承载能⼒特点；其铜箔线路与陶瓷裸板间的⾼孔隙率问题则是DBC陶瓷基板在产品可靠度上的隐忧。

树脂填孔和电镀填孔优劣势分析PCB加工中电镀塞孔和树脂塞孔有什么区别?PCB塞孔通常是用于防焊层后，再以油墨(绿漆）上第二层，以填满孔径0、55mm以下的散热孔(Termal Pad)。

PCB加工中塞孔的目的是当DIP上零件时，避免过锡炉时，锡渗入而造成线路短路，特别是BGA设计时;维持表面平整度;符合客户特性阻抗的要求;避免线路讯号受损等。

树脂塞孔是使用不含溶剂(Solvent)性质油墨塞孔，除可补足一般油墨较不易塞满问题，阿减低油墨受热而产生“裂缝”，通常为纵横比较大的孔径时使用。

电镀填孔目前是以利用添加剂的特性，控制各部分铜的生长速率，以进行填孔动作，主要运用于连续多层叠孔制作（(盲孔制程)或高电流设计。

1、表面不同电镀塞孔是通过镀铜将过孔填满，孔内孔表面全是金属，而树脂塞孔则是通过将过孔孔壁镀铜后再灌满环氧树脂，最后在树脂表面再镀铜，效果是孔可以导通，且表面没有凹痕，不影响焊接。

2、加工工艺不同电镀塞孔就是通过电镀将过孔直接填满，没有空隙，对焊接好处，但对工艺能力要求很高，一般PCB厂家做不了。

树脂塞孔就是孔壁镀铜之后，灌满环氧树脂填平过孔，最后在表面镀铜，效果跟没有孔似的，对焊接有好处。

3、价格不同电镀的抗氧化好，但是工艺要求高，价格贵;树脂的绝缘好价格便宜。

在电镀塞孔和树脂塞孔工艺未流行之前，PCB厂家普遍采用流程较为简单的绿油塞孔工艺，但绿油塞孔经过固化后会收缩，容易出现空内吹气的问题，无法满足用户高饱满度的要求。

电镀塞孔和树脂塞孔工艺将内层HDI的埋孔塞住后再进行压合，完美解决了绿油塞孔带来的弊端，且平衡了压合的介质层厚度控制与内层HD埋孔填胶设计之间的矛盾。

电镀塞孔和树脂塞孔工艺虽在流程上相对复杂，成本较高，但饱满度、塞孔质量等方面较绿油塞孔更具优势。