向 静 陈苑明 何 为

（电子科技大学微电子与固体电子学院，四川 成都 610054）

胡永栓 宝 玥 陈先明

（珠海方正科技高密电子有限公司，广东 珠海 519170）

集成电路封装基板整板电镀3 μm薄铜均匀性研究

向 静 陈苑明 何 为

（电子科技大学微电子与固体电子学院，四川 成都 610054）

胡永栓 宝 玥 陈先明

（珠海方正科技高密电子有限公司，广东 珠海 519170）

文章以封装基板整板电镀3μm铜层作为电镀均匀性研究的对象，考察了电镀阴极边条宽度、阳极钛篮间距、电镀阴极边条形状、阴极挡板设计对电镀铜均匀性的影响。实验结果表明：全开孔的阴极挡板对均匀性的改善优于半封孔半开孔设计；加宽阴极边条宽为5cm，缩短阳极钛篮排布为15.2cm，改变阴极边条形状为锯齿形的情况下，能够满足2.5μm±0.5μm的品质要求，实现良好的电镀均匀性。

均匀性；阴极边条；阳极钛篮

封装载板是芯片和印制电路板互连中不可缺少的部分，封装载板其线路精细程度、引脚分布数、大小等要求都远高于印制电路板或背板。封装载板技术从简单的双面载板进化到16层的超高密度载板，生产出了I/O数超过2000个，200 μm总厚度的超薄4层CSP载板等多种变化［1］。镀层内应力控制问题、掩膜电沉积厚度均匀性问题、叠层结构层间结构问题、高深宽度比空洞填充问题［2］［3］，限制封装载板精细化发展。

IC封装载板作为PCB的一个分支，是在常规PCB要求的基础上提出了更高要求［4］。3 μm铜电镀的均匀性，一方面，均匀性越佳制作良率也越高；另一方面，3 μm铜层作为保护层，好的均匀性可以改善蚀刻产生的线路凹线或蚀刻过度等缺陷问题［5］。因此，3 μm整板铜柱的均匀性对封装基板制作十分重要。

理论上，只有当阳极与阴极平行，电极完全切过电解液时，电力线才互相平行并垂直于电极表面，此时电流有阴极表面分布就均匀［6］；但实际上，电力线易聚集在边缘，棱角或者尖端区，导致边缘的电力线密度较高，这种现象称为边缘效应。整板电镀的不均匀性主要是由于边缘效应导致阴极板两边缘电镀铜较厚。 本文主要考察电镀阴极边条宽度、阳极钛篮排布、电镀阴极边条形状、阴极挡板设计等影响电力线分布的因数来改善整板电镀3 μm铜层的均匀性。

1 实验部分

1.1 实验设备及药水

设备：稳压电源，龙门式电镀线，磨抛机，金相显微镜，阴极挡板，阴极边条。

电镀液：市售通孔电镀液，主要含有Cu2+、H2SO4、Cl-、光亮剂，抑制剂，整平剂等。

1.2 整板均匀性的研究

1.2.1 整板电镀的实验设计

本实验每次取4块表面层压一层铜箔的FR4进行整板电镀均匀性研究，测试板在龙门线铜缸中排布从左到右依次为1号、2号、3号、4号测试板，如图1所示，每块测试板测量36个点的铜厚。

实验步骤：开料→电镀前化学清洗→编号（从左至右测试板编号为1—4）→电镀（镍→铜→镍）→取测试点制作切片→测量铜厚。

图1 测试板在线上排布图

实验共研究了4个因素对镀铜均匀性的影响。考察因素分别为边条位置、阳极钛篮分布间距、阴极边条形状、阴极挡板类型，如图2。边条位置对电镀均匀性的影响主要考察了3 cm和5 cm宽度的边条对整板均匀性的影响，如图2（a）。阳极钛篮分布间距的影响主要考察了17.2 cm和15.2 cm，如图2（b）。实验还研究了不同形状的阴极边条对电镀均匀行的影响，如图2（c）。对阴极挡板类型的影响研究主要对比了全开孔和半开孔半封孔挡板，如图2（d）。

图2 均匀性研究因素图

实验统一采用1.1 A/dm2×12 m in的电镀参数进行3 μm薄铜电镀。实验结果采用金相显微镜进行测量。对镀铜层均匀性的评判指标为：

均匀性数值越小，则均匀性越好［7］。

1.2.2 阴极边条宽度对整板电镀均匀性影响

由于边缘效应的影响，电力线在边缘区域分布相对密集，通过增加边条宽度可以降低测试板边缘的电力线密度。本次实验测试了不同宽度（3 cm和5 cm）的阴极边条对均匀性的影响，实验结果见表1。

由表1可知，对比边条宽度为5 cm和3 cm时的电镀均匀性，阴极边条宽度由3 cm增加到5 cm，整板电镀铜厚极值由2.01 μm降低到了1.73 μm，电流效率增加了1.9%。这是因为边条越宽电力线密集区更多的集中在边条上，故测试板边缘的受到边缘效应的影响将会被减轻。正是由于电力线部分转移到了边条上从而导致测试板上的电流效率减低。

表1 不同宽度的边条的测试结果

1.2.3 阳极钛篮间距对整板电镀均匀性的影响

阳极钛篮的间距对电力线的分布也是至关重要的，故实验测试了阳极钛篮间距对电镀均匀性的影响。本实验测试了阳极钛篮间距17.2 cm和15.2 cm条件下整板电镀均匀性，实验结果见表2。

表2 不同阳极钛篮间距的测试结果

表2数据说明15.2 cm的钛篮间距与17.2 cm的钛篮间距相比整板电镀铜厚极值从17.3 μm降低到了0.94 μm，最大值由3.74 μm降低到了3.12 μn。同时，中间两块测试板的厚度的平均值明显提高，整体均匀性得到了极大的改善。阳极钛篮间距缩小不但将电力线向中间区域移动，而且可以减小边缘电力线密度，电力线均匀性改善也就意味着整板电镀均匀性的提高。

1.2.4 阴极边条形状对整板电镀均匀性的影响

电力线更容易分布在边缘，尖端或者棱角处。本测试是通过改变阴极边条边缘形状已达到边缘长度加大，尖端更多，棱角更多，以使测试板边缘的电力线密度降低。测试结果见表3。

从表3可知，均匀性由差到好的顺序为：1号、2号、3号，在一定范围内，相对边缘越长、棱角数以及尖端数越多对其均匀性越好。这是因为在一定范围内，相对边缘越长、棱角数以及尖端数越多，对电力线的吸引越大，则测试板受到边缘效应的影响也就越小，电力线分布相对均匀。同时，也能够发现边条吸引电力线越强，相对的电流效率也会减低，但减少量相对较小。

1.2.5 阴极挡板设计对整板电镀均匀性的影响

电流在电极表面上的不均匀分布与电流在通过阴一阳极间电解液时所遇到的阻力不同有关［8］。电力线穿过不同介质之间的能力是不一样的，所以当在测试板两边添加不导电挡板同样会影响电力线在阴极板上的分布。测试对比5 cm边条和挡板，不同设计的挡板在均匀性改善中效果情况。测试结果见表4。

表4表明5 cm的边条比实验所用的挡板条件对均匀性的改善效果更好。5 cm的边条条件下，测试板左右两边缘的铜厚最高；挡板条件下，则是测试板边缘铜层较薄，尤其是塞孔的阴极挡板其最边缘区域为测试整面最薄区域。挡板条件下的电流效率高于使用阴极边条条件下的电流效率。三组实验的测试结果差异较为明显的是1号和4号板，中间两块测试板的变化相对比较接近且均匀性良好。

表3 不同形状边条的测试结果

2 结果与讨论

封装载板作为集成电路互连的关键部分，均匀性对提高封装载板的制作精密度、良率、以及降低成本较为重要。本文研究了阴极边条宽度以及形状、阳极钛篮位置、不同设计阴极挡板对3 μm整板电镀铜层均匀性的影响；每组测试均可发现中间两块板的均匀性较两边两块测试板好；相对于3 μm的阴极边条，5 cm的阴极边条测试板的铜柱均匀性较好；阳极钛篮间距从17.2 cm减小到15.2 cm对均匀性的改善十分明显，不仅提高了两边测试板的均匀性，中间两块板的均匀性也有显著提高；通过改变阴极边条形状已达到增加相对边缘、棱角数以及尖端数可以减轻边缘效应对测试板的影响，使用阴极边条在减轻边缘效应的影响时也会略微降低电流效率；本实验设计的阳极挡板在不影响电流效率的条件下，也对边缘效应有一定的影响。

表4 不同形状边条的测试结果

［1］The electronics industry report［M］. Prism ark，2013:167-172.

［2］Luo J K， Chu D P， Flew itt A J， et al. Uniform ity control of Ni thin-film m icrostructures deposited by through-mask plating［J］. Journal of Electrochem ical society， 2005， 152（1）:C36-C41.

［3］Toshikazu O， Tamie K， Kazyo K， Patterned copper plating layer thickness made uniform by placement auxiliary grid electrode about ball GRID arrays［J］. Chemical ENGINEERING Communications， 2006，193:1503-1513.

［4］华嘉桢. IC封装基板的新一代过孔互连技术［J］. 印制电路信息， 2010（12）:42-46.

［5］Stephen Kenny，Nina Dambrow sky and Olivier M ann. Via Filling: Challenges for the Plating Process for Conveyorised Production， Packaging，Assembly and Circuits Technology Conference，Taipei，2012:251-254.

［6］冯立明. 电镀工艺与设备［M］. 北京:化学工业出版社， 2005，8.

［7］Hou jun Hsu， Jung Tang Huang， Pe shan chao，Sheng Hsiung Shih. Surface m odification on p lating-based Cu/Sn/0.7Cu lead-free copper，M icroelectronic Engineering， 85（2008）:1595-601.

［8］黄慧民，曾振欧. 应用电化学［M］. 广州: 华南理工大学出版社，1995:2 4 9-53.

向静，电子科技大学在读博士生，师从何为教授，从事集成电路封装基板制造技术及材料研究。论文工作获得了广东省2013年重大专项的资助（项目编号：2013A090100005）。

更 正

本刊10月期，P42页，方克洪的《高热可靠性高CTI覆铜板的开发与性能研究The Development and Performance Research of the Copper Clad Laminate w ith High CTI and High Thermal Reliability》一文中，图3更正如下：

Study on uniform ity of entire board 3 μm copper p lating for Integrated Circuit Substrate

XIANG Jing CHEN Yuan-ming HE Wei HU Yong-shuan BAO Yue CHEN Xian-ming

In this paper， electroplating copper layer to the 3μm substrate whole plate is the research object of uniform electroplating. The article exam ines how the w idth of sidebar， the arrangement of anode titaniμm basket， the shape design of sidebar ， the design of cathode baffle impact electroplating copper on uniformity. The experimental results show that open hole cathode baffle on the uniform ity is better than the design that half of the baffle isn’t hole and half is open hole； under the condition of w idening cathode strake w idth of 5cm， shorten the anodized titaniμm basket arrangement for 15.2cm， change the cathode edge shape can meet the quality requirements: 2.5μm + 0.5μm，and achieve good plating uniformity.

Uniform ity； The Cathode Strake； The Anodized Titaniμm Basket

TN41

A

1009-0096（2015）12-0048-05