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研究生:邱昭盛
研究生(外文):Chao Cheng Chiu
論文名稱:使用反脈衝式電鍍研究通孔之填孔程序
論文名稱(外文):Study of via-filling a through hole by using pulse reverse plating approach
指導教授:林修正林修正引用關係
指導教授(外文):Andrew Lin
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:化工與材料工程研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
論文頁數:82
中文關鍵詞:填孔通孔反脈衝式電鍍
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本文研究利用反脈衝式電鍍,依照設定的電流波形參數,改變銅沈積的分布狀況,藉以光學顯微鏡觀察通孔表面與孔璧的鍍層厚度,探討板面及孔內沈積效率的差異,找出最佳反脈衝式電鍍的參數。使用反脈衝式電鍍能於反向脈衝過程中在板件表面及孔口銅電解析出銅離子並往通孔中心濃度移動,以獲得較佳的內沈積效率效果。當反向脈衝時間愈長時愈明顯,以PCB板厚200 μm孔徑100 μm通孔電鍍填孔;週期68 ms 反向時間4 ms 正向電流7 ASD反向電流35 ASD,經過逐次循環而達到填充的目的,時間24分鐘結果中,得到良好的填孔效果。
In this research, we study of via-filling a through hole by using pulse reverse plating in a copper plating system in this research. The process parameters in influence on copper deposition were studied. Experimenting, the copper thickness inside holes and copper thickness on the pcb surface were measured by the optical microscope and the differences of deposited copper efficiency between inside in hole and on the surface observed. Copper can be dissolved from the deposited position and diffuse into center of through hole in reverse pulse process which indicated better plating efficiency. The longer of reverse pulse time and current, the more plating efficiency on inside of through hole. Better process parameters in approach are cycle time of 68 ms, reverse time 4 ms, forward current of 7ASD, reverse current of 35 ASD and plating time of 24 min.
目 錄
指導教授推薦書
口試委員會審定書
長庚大學授權書 iii
誌謝 iv
文摘要 v
英文摘要 vi
目錄 vii
表目錄 x
圖目錄 xi
第一章 序論 1
1.1 前言 1
1.2 印刷電路板製程簡介 4
1.3 微通孔的製作簡介 7
1.3.1 機械鑽孔製程 7
1.3.2 鐳射鑽孔製程 8
1.4 研究動機與目的 9
第二章 理論與文獻回顧 13
2.1 電鍍理論 13
2.2 分佈力的定義 20
2.3電源供應器 21
2.4 電流密度 28
2.5 陽極種類 28
2.6 電鍍添加劑簡介 33
2.6.1 無機添加劑 33
2.6.1.1 硫酸 33
2.6.1.2銅離子 33
2.6.1.3 氯離子 35
2.6.2 有機添加劑 36
2.6.2.1加速劑 (Accelerator) 36
2.6.2.2 抑制劑(Suppresser) 36
2.6.2.3 平整劑(Leveler) 37
第三章 實驗方法 38
3.1實驗藥品 38
3.2 實驗設備與器材 38
3.5.5 反脈衝式電鍍+DC填孔電鍍 38
3.2.2 反脈衝電鍍 水平式電鍍模組(有效長度6米) 39
3.3材料規格 39
3.4 實驗步驟 39
3.5 實驗項目 40
3.5.1 DC電鍍:盲孔/通孔 40
3.5.2 反脈衝電鍍:鍍通孔 41
3.5.4 反脈衝電鍍 42
3.5.4 反脈衝電鍍 43
3.5.5 反脈衝式電鍍+DC填孔電鍍 43

第四章 結果與討論 45
4.1 DC電鍍 45
4.2 反脈衝式電鍍 48
4.3 反脈衝電鍍通孔填孔 53
4.3.1 鍍通孔階段 53
4.3.2 深盲孔階段 55

第五章 結論與未來建議 64
參考文獻 65

表目錄
表一 工研院產業經濟與趨勢研究中心(IEK)提出之PCB製程需求 2
表二 溶解性銅陽極/不溶性陽極 電鍍銅物性比較 32

圖目錄
圖一 直接鐳燒成孔 10
圖二 金屬化微孔製程類型 10
圖三 Stacked Microvia(Via on Hole) 製作流程示意圖 11
圖四 Via on Hole實圖 11
圖五 通孔填孔流程簡化示意圖 11
圖六 e通孔填孔實圖(核心層以通孔填孔並堆疊之) 12
圖七 電鍍組成示意圖 12
圖八 邊界濃度示意圖 17
圖九 結晶示意圖 18
圖十 極限電流示意圖 19
圖十一 銅沉積定義 20
圖十二 脈衝式電鍍陰極表面濃度梯度變化與電流變化 22
圖十三 週期性正負脈衝式電鍍陰極表面濃度梯度變化與電流變化 27
圖十四 溶解性銅陽極鍍銅裝置 29
圖十五 不溶性陽極外觀。 31
圖十六 不溶性陽極關鍵技術 31
圖十七 DC電鍍實驗槽 38
圖十八 反脈衝電鍍電鍍模組 40
圖十九 DC Bottom-Up以電鍍銅填充盲孔實圖(3.6 Asd,37.8min,H2SO4:80g/l,Cu2+:60g/l,Cl-:60ppm通孔深度/開口60/130μm) 46
圖十九圖二十 電流密度3.6Asd,時間37.8min,H2SO4:80g/l,Cu2+:60g/l,Cl-:60ppm。通孔深度/開口330/250(μm), S處與1/2H處銅沈積厚度無差異。 47
圖二十一 電流密度3.6Asd,時間37.8min,H2SO4:80g/l,Cu2+:60g/l, Cl-:60ppm。 通孔深度/開口840/300(μm) , S處銅沈積厚度大於1/2H處。 47
圖二十二 B劑12ml/l電流密度2.9ASD,時間60min,H2SO4:50g/l Cu2+:50g/l, Cl-:60ppm,板件:盲孔深度/開口70/120(μm)。 49
圖二十三 B劑12ml/l電流密度2.9ASD,時間60min,H2SO4:50g/l Cu2+:50g/l, Cl-:60ppm,板件:通孔深度/開口840/300(μm) 。 50
圖二十四 為圖二十三以500倍率放大來看孔口銅沈積狀況,最薄處5mm,板面30μm。 50
圖二十五 L劑24ml/l電流密度2.9ASD,時間60min,H2SO4:50g/l Cu2+:50g/l, Cl-:60ppm,板件:盲孔深度/開口70/120(μm)。 51
圖二十六 L劑24ml/l電流密度2.9ASD,時間60min,H2SO4:50g/l Cu2+:50g/l, Cl-:60ppm,板件:通孔深度/開口840/300(μm)。 51
圖二十七 B劑12ml/l +L劑24ml/l,2.9ASD,時間60min,H2SO4:50g/l,Cu2+:50g/l,Cl-:60ppm板件:盲孔深度/開口70/120(μm)。 52
圖二十八:B劑12ml/l +L劑24ml/l,2.9ASD,時間60min,H2SO4:50g/l,Cu2+:50g/l,Cl-:60ppm板件:盲孔深度/開口840/300(μm)。 52
圖二十九 週期/反向/正向/脈間(ms):電流:正向/反向(ASD):時間68/4/30/4 5/35 12min通孔開口孔深200μm/330μm 面銅9.4μm 孔銅59.6μm。 54
圖三十 週期/反向/正向/脈間(ms):電流:正向/反向(ASD):時間68/4/30/4 8/35 12min通孔開口孔深200μm/330μm形成深盲孔開口 135μm 孔深162μm。 54
圖三十一 DC填孔,開口110μm,孔深100μm 2.7ASD板件:盲孔深度/開口100/110(μm)。 56
圖三十二 DC填孔SEAM圖示 57
圖三十三 週期/反向/正向/脈間(ms):電流:正向/反向(ASD):時間68/4/30/4;8/35;12min x 4 次 通孔開口孔深200μm/330μm 59
圖三十四 微蝕液擦拭/空洞 59
圖三十五 週期/反向/正向/脈間(ms):電流:正向/反向(ASD):時間68/4/30/4;5/35;12min x 4 次 通孔開口孔深200μm/330μm 60
圖三十六 空洞(VOID) 60
圖三十七 通孔孔徑/孔深200μm/330μm圖左開口100μm圖右開口150μm複合參數:週期/反向/正向/脈間(ms):電流:正向/反向(ASD):時間 61
圖三十八 期/反向/正向/脈間(ms):電流:正向/反向(ASD):時間孔徑100μm深200μm 61
圖三十九(上):日商荏原(EBARA) 研究發展報告孔徑100μm孔深60μm; DC= 2ASD; 60min 62
圖三十九(下):日商荏原(EBARA) 研究發展報告孔徑150μ孔深60μm; DC= 2ASD; 60min 63
圖四十 1st:反脈衝電鍍週期/反向/正向/脈間(ms) :電流(ASD):正向/反向:時間68/4/30/4 7/35 12 min H2SO4:160 g/L,Cu2+:43g/L ,Cl-:60ppm。2nd:DC填孔電鍍B劑12ml/l +L劑24ml/l電流密度2.9ASD,時間 30min,H2SO4:50g/l Cu2+:50g/l Cl-:60ppm。
系統中電位於1.50V不同轉速所測得之電流值 49
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