电镀铜技术在电子材料中的应用（上）

文章摘要：摘要：电镀铜层具有良好的导电、导热、延展性等优点，因此，电镀铜技术被广泛应用于电子材料制造领域。本文概括了几种常用电镀铜体系的特点，重点介绍了在电子制造中应用较广的酸性硫酸盐电镀铜镀液的组成和各成分作用。简述了电镀铜在铜箔粗化、印制电路制作、电子封装、超大规模集成电路（ULSI）铜互连领域的应用，并对近年来电子工业中应用的几种先进电镀铜技术，包括脉冲电镀铜技术、水平直接电镀铜技术、超声波电镀铜技术、激光电镀铜技术等进行了评述。 关键词：电子材料；电镀铜；铜箔粗化；印制电路；电子封装；超大规模集成电路（ULSI） 中图分类号：TQ153.14; TQ178 文献标识码

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摘要：电镀铜层具有良好的导电、导热、延展性等优点，因此，电镀铜技术被广泛应用于电子材料制造领域。本文概括了几种常用电镀铜体系的特点，重点介绍了在电子制造中应用较广的酸性硫酸盐电镀铜镀液的组成和各成分作用。简述了电镀铜在铜箔粗化、印制电路制作、电子封装、超大规模集成电路（ULSI）铜互连领域的应用，并对近年来电子工业中应用的几种先进电镀铜技术，包括脉冲电镀铜技术、水平直接电镀铜技术、超声波电镀铜技术、激光电镀铜技术等进行了评述。
    关键词：电子材料；电镀铜；铜箔粗化；印制电路；电子封装；超大规模集成电路（ULSI）
    中图分类号：TQ153.14; TQ178         文献标识码：A    文章编号：1004 – 227X (2007) 02 – 0043 – 05
     1 前言
     电镀铜层因其具有良好的导电性、导热性和机械延展性等优点而被广泛应用于电子信息产品领域，电镀铜技术也因此渗透到了整个电子材料制造领域，从印制电路板（PCB）制造到 IC 封装，再到大规模集成线路（芯片）的铜互连技术等电子领域都离不开它，因此电镀铜技术已成为现代微电子制造中必不可少的关键电镀技术之一。电子行业的电镀铜技术含量很高，电镀铜层的功能、质量和精度以及电镀方法等方面与传统的装饰性防护性电镀铜技术有所不同。中国的电
子信息产业正在迅速崛起，有资料表明，中国的印制电路产值 2003 年已经超过美国居世界第二位，成为名副其实的 PCB 生产大国，并且有望在 2008 年超过日本居世界第一，而以上海为中心的长三角地区的集成电路产业也在飞速发展，逐渐成为该地区的支柱性产业[1-3]。这些产业的发展必将推动电镀铜技术的应用领域进一步扩大。为了满足具有高科技含量电子产品制造的要求，出现了许多新的电镀铜技术，如脉冲电镀铜技术、水平直接电镀铜技术、超声波电镀铜技术、激光诱导选择电镀铜技术等。
    2 电镀铜简介
    2. 1 常用的电镀铜镀液及特点
    常用电镀铜镀液的分类及特点列于表 1。

除所列出的体系之外，其它如氟硼酸盐、柠檬酸-酒石酸盐等电镀铜体系也不适合用在电子行业。相比之下，酸性硫酸盐镀铜体系因其具有上述优点而被广泛应用于电子行业。

2. 2 酸性硫酸盐电镀铜镀液组成及各成分作用
     电子行业使用的硫酸盐镀铜溶液中主要含有CuSO4、H2SO4、Cl?和有机添加剂等成分。
     2. 2. 1   硫酸铜
      CuSO4 是主盐，是溶液中 Cu2+的来源，浓度要适度。过低则沉积速率较慢；过高则沉积速率过快，结晶颗粒粗大，并影响镀液的深镀能力，使板面与孔内厚度差别过大。CuSO4 ·5H2O 含量 60 ~ 100 g/L。
    2. 2. 2   硫酸
     H2SO4 主要增加镀液的导电能力，并防止 Cu2+水解，浓度也要适量。太高镀液分散能力差，太低镀层脆性增加，韧性下降。尤其是在印制板电镀通孔操作中要保持 ρ (H2SO4)/ ρ (Cu2+)一定的比例，才能达到较好的深镀效果。H2SO4含量 180 ~ 220 g/L。
    2. 2. 3   Cl–
    Cl–可以提高阳极的活性，促进阳极正常溶解，防止阳极钝化；还可以减少因阳极溶解不完全产生的“铜粉”，提高镀层的光亮和整平能力，改善镀层质量。一般含量较低，30 ~ 80 mg/L 左右[6]。
    2. 2. 4   添加剂
    添加剂在酸性镀铜中很关键，一般有载运剂、光亮剂、整平剂等，通常需要几种添加剂协同作用才能达到理想的效果。它可以改变电极的表面吸附状况，进而改变镀层的结构。不过在实际的电镀过程中添加剂的量比较难以控制，这是 HDI（高密度印制板）中高厚径比微孔电镀的难题，国外已有研究者通过改变

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