无核封装基板铜面修饰及界面结合效果的研究

发布时间：2020-08-29 08:28

　　电子产品的多功能、高频高速及高可靠性发展对支撑、导通芯片的无核封装基板的制造工艺提出了更高要求。磁控溅射Cu/Ti增层技术作为无核封装基板制作的核心,常因为种子层/树脂界面结合力较弱出现线路剥离的现象。目前镍钯金工艺中的化学镀镍采用酸性、高温条件,容易出现阻焊油墨脱落现象,同时镍钯金后,导电银胶在焊盘表面扩散严重,导致后续封装中的引线键合异常。本文通过单因素实验研究了镀液成分、温度、pH对镀速的影响,确定出低温化镍的基础配方,在此基础上以正交实验进行优化,获得了最佳化镍条件:硫酸镍32 g/L、次亚磷酸钠32 g/L、柠檬酸钠23 g/L、二乙醇胺5 mL/L、氯化铵25 g/L、加速剂D 0.3 mL/L、稳定剂C 0.2 mL/L、镀液pH为10~11、温度为45~60℃。对镍层性能进行表征,所得Ni-P合金镀层均匀致密,结合力强,耐腐蚀性好。对比酸性、高温化镍条件,本实验所得镍镀层的耐腐蚀性更好。通过对不同种类的导电银胶在焊盘表面扩散程度的研究,明确了决定银胶在焊盘表面扩散程度的直接因素是封装基板本身。对银胶扩散现象的机理进行分析,得知银胶在焊盘表面的扩散程度主要受镍钯金修饰前铜面粗糙度的影响。分别讨论了铜面微蚀量、铜面微蚀体系对扩散程度的影响,确定出将导电银胶在焊盘表面的扩散范围控制在50μm内的方法:利用含缓蚀剂的硫酸/双氧水微蚀体系对铜面进行微蚀,完成镍钯金修饰后将基板置于120℃的氮气环境中烘烤1 h,使金层原子能够平整地覆盖在焊盘表面。研究了高锰酸钾除胶渣工艺、等离子处理、HF处理以及种子层制作条件对结合力的影响,同时探讨了电镀后停留时间对结合力的影响,并结合正交实验对各个影响因素进行优化,确定出最佳的工艺参数:除胶渣线速为2.0 m/min,等离子处理时间为6 min,HF处理线速为2.0 m/min。然后在最佳的种子层制作条件(溅射Ti 0.1μm,溅射Cu 0.8μm,N_2烘烤温度为200℃)以及保证安全放置时间(大于5 h)的情况下完成线路的制作。拉力测试结果表明,种子层/树脂界面结合力不低于6 N/cm,铜线路与绝缘层间不会出现线路剥离现象。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN405
【部分图文】：

流程图,制造技术,基板,流程图

0.DTF Cu Ti 干膜半固化片图 1-1 无核封装基板制造技术流程图电镀铜线路与铜柱：以电镀沉积方式在基板上先制作出线路图形后，再次通过图形转移、电镀方式完成导通层铜柱的制作。层压：完成退膜工序后，在基板上层压半固化片作为绝缘介质材料，其中半固化片的厚度应大于电镀铜柱的厚度。磨板：去除高于铜柱的半固化片使导通层铜柱暴露出来，以达到线路层与层间连接的目的。沉积种子层 Cu/Ti：采用磁控溅射（Sputter）的方式整板沉积上金属种子层Cu/Ti，其中磁控溅射钛的厚度约为 100 nm，磁控溅射铜厚约为 1 μm。无核封装基板采用先进的无核技术和 Sputter 增层技术，通过电镀实心铜柱取代了传统的钻孔工艺来实现层间互连，具有更优异的产品性能与结构，能够最大限度地满足先进封装设计的高密度、高频高速、低能耗的需求。1.1.3 封装基板的发展及应用

基板,产品

耗费成本较高。快速发展阶段 2000 年-2003 年，台湾、韩国的封装基板行业开始兴起，与日本形成“三足鼎立”之势，同时封装基板获得了极大地推广和应用，生产成本也随之下降。IC 封装基板自 2004 年起，更高技术水平的 MCM（多芯片封装）、SIP（系统封装）、CSP（芯片尺寸封装）的封装基板获得快速发展；台湾、韩国占据了 PBGA（塑料焊球阵列封装）封装基板的主要市场，但对于倒芯片安装的 BGA（球栅阵列封装）、PGA（针栅阵列插入式封装）型封装基板，日本的技术更为成熟。2006 年，中国发展成为 PCB 行业世界产量第一的产业大国，但就封装基板的技术和制造方面明显处于落后境地，我国在发展 IC 业的同时，更要发展所用到的封装基板。就目前我国的封装基板行业来说，存在技术水平偏低、生产量较小的缺点，因此发展我国的 IC 封装基板行业已成为当务之急[8]。随着集成电路小型化、高密度化发展，对 IC 封装基板的要求也更加严格，其涉及的线路从线宽/线距为 50 μm/50 μm 已发展到 8 μm/8 μm[9]，同时无核封装基板的层数已由最初的 2 层发展至 8 层甚至 10 层以上，图 1-2 为无核封装基板的实物切片图。

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图 1-3 无核封装基板的应用1.2 铜面修饰方法及研究现状在封装基板的制造中，由于铜线路暴露在空气中容易被氧化腐蚀，导致导电性能、可焊性能变差，因此需要对其进行表面修饰以改善铜电路的耐蚀性能和焊接性能[10]。目前，封装基板铜面常用的表面处理方法主要有：热风整平，化学镀镍浸金，化学镀镍镀钯浸金，电镀镍金，有机可焊性保护剂[11]。1.2.1 化学镀镍浸金化学镀镍浸金（Electroless Nickel Immersion Gold, ENIG）因具有良好的平整性、可焊性、耐蚀性、耐磨性和引线键合（Wire Bonding, WB）能力常作为铜线路的表面处理技术[12-13]，它在保护铜线路不被氧化的同时提高其可焊性，能满足各种封装工艺和焊接的要求。ENIG 一般的工艺方法是在铜基体表面先镀上一层镍再镀上金[14]，其工艺流程如表 1-2 所示。

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