[发明专利]填充通孔以减少空隙和其它缺陷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种填充通孔以减少空隙和其它缺陷的方法。更确切地说，本发明涉及一种通过以下来填充通孔以减少空隙和其它缺陷的方法：使用高电流密度持续预定时间段，接着施加低电流密度持续预定时间段的直流电循环填充通孔。

背景技术

高密度互连是制造具有通孔的印刷电路板中的重要设计。这些装置的小型化依赖于较薄芯材、减小的线宽以及较小直径通孔的组合。通孔的直径在75μm到125μm范围内。通过铜镀覆填充通孔在较高纵横比的情况下已变得越来越困难。这产生较大空隙和较深凹陷。通孔填充的另一个问题是其倾向于填充的方式。不同于在一端关闭的通路，通孔穿过衬底并且在两端打开。通路从底部填充到顶部。相比之下，当通孔用铜填充时，铜倾向于开始在通孔的中心处的壁上沉积，其中铜在中心处填塞形成“蝶翼”或两个通路。两个通路填充以完成孔的沉积。因此，用于填充通路的铜镀覆浴典型地不与用于填充通孔的铜镀覆浴相同。镀覆浴调平剂和其它浴添加剂经选择以允许正确类型的填充。如果不选择添加剂的正确组合，那么铜镀覆产生非所需的共形铜沉积。图1是施加到衬底以便填充通孔的常规直流电施加的电流密度(ASD)对时间(分钟)的图。将阴极电流施加到衬底。在不改变电流密度的情况下施加电流密度持续给定时间段(如100分钟)直到通孔经填充。

通常铜未能完全填充通孔并且两端保持未填充。铜沉积在中心的具有未填充端的不完全通孔填充有时称为“狗骨(dog-boning)”。孔的顶部和底部处的开放空间称为凹陷。在通孔填充期间整个凹陷消除是罕见并且不可预测的。凹陷深度可能是用于将通孔填充性能定量的最常使用的度量。凹陷要求取决于通孔直径和厚度并且其随着制造商而变化。除凹陷以外，称为空隙的间隙或孔可在铜通孔填充物内形成。较大凹陷影响面板的进一步处理并且较大空隙影响装置性能。理想工艺以高平坦度，即，积聚稠度完全填充通孔而无空隙以提供最优可靠性和电学特性并且在尽可能低的表面厚度下以用于电气装置中的最优线宽和阻抗控制。

为了解决先前问题，当试图填塞并且填充通孔时工业典型地使用两种不同电镀浴。第一铜浴用于填充通孔直到如上文所提及在通孔中形成两个通路。特定针对填充通路的具有基本上不同配方的第二浴代替第一浴以完成填充工艺。然而，这种工艺费时并且效率低。必须密切监控通孔填充工艺以在必须用通路填充浴替换第一浴时测量时间。未能在正确时间改变浴典型地导致凹陷和空隙形成。此外，使用两种不同镀覆浴用于单一过程增加制造和消费者的成本。必须停止镀覆工艺以改变浴，因此进一步降低工艺的效率。

此外，如印刷电路板的衬底的厚度增加。许多常规印刷电路板现在的厚度超过100μm。虽然常规直流电镀覆已经在一些情况下在向厚度是100μm或更小的印刷电路板提供可接受通孔填充方面成功，填充厚度范围超过100μm(如200μm和更大)的板中的通孔的尝试不是很令人满意。通常，通孔具有不可接受的量的深度超过10μm的凹陷和通孔中的超过10％到15％的平均空隙面积。

在金属镀覆中遇到的另一个问题是在金属沉积物上形成结节。结节被认为是镀覆的金属的晶体并且长出镀覆表面。结节直径可在小于1微米到大到若干毫米的范围内。出于多种电、机械以及装饰原因，结节是不合需要的。举例来说，结节容易分离并且通过冷却空气流运载到电子组件中(在电子物件壳体内和外部，其中其可引起短路故障)。因此，结节必须在镀覆衬底组装到电子物件中之前移出。移出结节的常规方法涉及激光检测每个金属镀覆衬底随后使用显微镜由工人手动移出结节。这类常规方法为工人误差留下空间并且效率低。

因此，需要一种改进如印刷电路板的衬底的通孔填充的方法。

发明内容

方法包括提供具有多个通孔的衬底，包括在所述衬底的表面和所述多个通孔的壁上的无电铜、闪镀铜或其组合的层；将所述衬底浸没在铜电镀浴中；以及通过包含以下的直流电循环用铜填充所述通孔：施加电流密度持续第一预定时间段随后施加较低直流电密度持续第二预定时间段。

所述方法在通孔填充期间减少或抑制凹陷形成和空隙。凹陷典型地小于10μm深。凹陷和空隙区域的减小的深度改进均镀能力，因此在所述衬底的表面上提供基本上均匀铜层和良好通孔填充。此外，方法可用以填充厚度范围是200μm或更大的衬底的通孔。方法还抑制节结形成。

附图说明

图1是用于填充衬底中的通孔的常规DC电流施加的ASD对时间(分钟)的图。

图2是通过将直流电施加到衬底来填充通孔的示意图，其中初始电流密度高于随后电流密度。