[发明专利]铜基材的化学镀层结构及其工艺

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种铜基材的化学镀层结构及其工艺。

背景技术

印制线路板是以电子元件连接为主的互连件，它是通过自身提供的线路和焊接部位，焊装上各种元器件从而成为具有一定功能的电子部件。由于近年来对电子线路高密度的需求愈来愈大，采用通孔电镀法制作的高密度印制线路板，特别是多层印制线路板的需要显得更为重要。印制线路板的制作与电镀、化学镀技术相结合, 可以实现通孔的导电化与线路板导体层的形成，以及线路板导体层的多功能化。

化学镍金工艺已长久应用于线路板或IC载板的表面处理领域。这得益于化学镍金工艺所具有的众多优点。化学镍金工艺具有耐磨性好、分散能力强、可多次焊接的性能，并且能兼容多种助焊剂，可以满足不同组装的要求，又是一种极好的铜面保护层。化学镍金工艺集可焊接、可接触导通，可打线、可散热等功能于一身，是PCB板面单一处理却具有多用途的湿制程。

虽然化学镍金工艺经过多年的发展，目前已比较成熟，但从国内外相关报道来看，仍然存在难以解决的问题。化学镍金工艺应用于印制板时经常受到黑盘、个别焊点不牢、可焊性差的困扰；并且有时只有当器件焊接到线路板之后才能发现这种现象，这给工业生产造成了很大的损失。同时，由于BGA（球栅阵列封装）焊垫越来越小而导致的脆裂异常，使化学镍金工艺的应用收到越来越多的质疑。

先进封装趋势以更小、更复杂以及更智慧型的系统持续进行，为了能整合各项功能在一个高密度封装空间里的经济方式，半导体封装的小型化和半导体芯片高密度封装技术的重要性日趋突出。在这种情况下，化学镍金技术已无法满足高密封封装技术的需求了，而化学镀镍钯金技术因适合无铅焊锡及打线应用而引起广泛的关注。

化学镍钯金（金层可备选）技术从一定程度上消除了化学镍金技术的部分缺陷，但是目前化学镍钯金（金层可备选）技术尚不能广泛应用的原因在于两个方面：其一、镀液的稳定性难于控制，钯是可以做催化剂的活性金属，当添加了还原剂之后，钯自身很容易发生反应；其二、沉积速度不稳定，最初配槽时沉积速度很快，几天后反应速度降低很多。

同时，上述化学镍金工艺和化学镍钯金工艺都是使用镍金属作为表面处理的第一层镀层。由于镍金属的固有特性，很容易受周围磁性环境的影响使化学镍金镀层；化学镍钯镀层或化学镍钯金镀层带上磁性，从而影响诸多精密电子元器件的功能发挥，比如GPS导航用产品。

另外，在晶圆级封装领域中的晶圆电极，随着芯片的功能与高度集成的需求越来越大，目前半导体封装产业正向晶圆级封装方向发展，它是一种常用的提高硅片集成度的方法，具有降低测试和封装成本，降低引线电感，提高电容特性，改良散热通道，降低贴装高度等优点。

随着晶片设计益趋复杂，所搭配的封装制程难度也同步提高；传统的2D技术已经不能满足高集成，轻型化，低功耗的需求。因此晶圆代工及封测业者为让晶片在不影响占位空间的前提下，顺利向上堆叠并协同运作，因而让芯片在三维方向(3D)上集成的概念应运而生。3D集成技术降低了芯片的RC延迟、提供了广泛的I/O可能性、缩小了封装尺寸,从而提高了芯片的整体性能。

在晶圆电极的3D封装中，由于集成度的不断发展和提高，芯片叠加不断增加，线路的密度也越来越大，线宽线距越来越小。传统的工艺使用化学镀镍金制程完成RDL或UBM或TSV的部分制程，但是随着线宽线距不断缩小，化学镀镍金容易渗镀导致的短路（short）的品质问题凸显，目前来看化学镀镍金适合25μm以上的线宽线距，随着线宽线距的不断缩小，容易造成线路搭桥，出现短路，产品良率大受影响。另外，化学镀镍金本身存在镍腐蚀情况，容易产生黑镍或者黑垫，极大的影响了焊接性能，产品的品质可靠性不佳。

传统的采用传统化学镀镍钯金工艺制备产品的步骤如下：

第一，铜基材经过全处理，包括清洁除油，微蚀，预浸，活化等前处理工艺；

第二，经过前处理工艺的准备工作后进行化学镀镍；

第三，化学镀镍后进行化学镀钯；

第四，根据工艺要求，可选择在化学镀钯后再进行化学镀金。

请参阅图3， 传统的化学镀镍金为在铜基材20 的表面镀化学镀镍层21和化学镀金层22；请参阅图4，传统的化学镍钯金为在铜基材30的表面镀化学镀镍层31、化学镀钯层32和化学镀金层33。

综合上述的描述，传统的化学镀镍金或化学镍钯金工艺在印刷线路板或晶圆电极产品的使用中存在以下缺陷：