一種hdi積層板盲埋孔鍍銅浴的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種式1所示的用于HDI積層板盲埋孔鍍銅浴的整平劑及一種HDI積層板盲埋孔鍍銅浴,所述HDI積層板盲埋孔鍍銅浴以水溶性銅鹽、硫酸及氯離子為主要構成成分,且添加式1所述的用于HDI積層板盲埋孔鍍銅浴的整平劑,所述HDI積層板盲埋孔鍍銅浴還包括光亮劑,潤濕劑,填孔率高,填孔速度快,無需使用昂貴的反向脈沖水平電鍍設備,大大降低了HDI線路板生產門檻,同時還解決了脈沖水平電鍍生產配套的電解液主要依靠硫酸亞鐵提高深度能力來實現填孔,由于鐵元素的存在增加鍍層脆性導致斷裂問題。
【專利說明】
一種HD I積層板盲埋孔鍍銅浴
技術領域:
[0001]本發明涉及電鍍技術領域,具體涉及一種HDI積層板盲埋孔鍍銅浴。
【背景技術】:
[0002] HDI線路板也稱作高密度互連板(High Density Interconnector)。積層板是用逐 步疊層的方法進行層間互連的線路板。積層板的各層之間的連通孔是不透過其他層的,由 于不占用其他層的布線面積,可以實現高密度互連。高密度互連(HDI)制造是目前最前沿多 層板制造技術,是印制電路板行業中發展最快的一個領域。為解決電子產品高速傳輸、多功 能、高集成發展帶來的高密度布線與高頻傳輸,要求作為承載電子器件的線路板布線密度 和孔密度越來越高。器件間距更小、I/O管腳和嵌入式無源器件更多,它們都要求更小的PCB 特征尺寸。傳統通孔連接方式制造積層板已經無法滿足要求,因此開創了 HDI盲孔填銅工 藝。采用HDI微型過孔技術,將表面走線引入內層,減少線路板上通孔數量,大量增加盲埋孔 數量,實現積層板高密度布線,使表面層擁有更大的空間堆積更多的電子元器件,實現電子 產品多功能小型化。而其中的關鍵是微盲孔電鍍實現層間互連。
[0003] HDI微型過孔無法用傳統機械鉆孔,用激光鉆孔機打出孔直徑為0.075mm孔深度為 0.075mm~0.12mm的盲孔和成為設計的常態。在目前線路板通孔金屬化鍍銅浴中,包括嵌段 聚氧乙烯/氧丙烯醚作為潤濕劑,有機二硫化物作為光亮劑,硫脲衍生物作為低電流密度光 亮劑,癸二胺聚氧乙烯醚作為走位劑。實驗表明這種通孔鍍銅的電鍍液不足以實現盲孔電 鍍,在過往的電鍍銅添加劑中難以找到一種高效的填孔添加劑,盲埋孔的形成以及孔金屬 化互連的實現是一個相當難度和精細的工藝過程。技術的發展經歷了開始的30%填孔率、 50%填孔率到現在的80%填孔率工藝的不同發展階段。要實現盲孔電鍍銅甚至鍍滿銅,需 要有高整平效果整平劑。目前普遍使用的是昂貴的反向脈沖水平電鍍設備,不僅生產成本 高,而且由于脈沖水平電鍍生產配套的電解液主要依靠硫酸亞鐵提高深度能力來實現填 孔,由于鐵元素的存在,增加鍍層脆性,常有斷裂故障。
【發明內容】
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[0004] 本發明的目的針對現有技術的不足,提供一種用于HDI積層板盲埋孔鍍銅浴的整 平劑及一種HDI積層板盲埋孔鍍銅浴,填孔率高,填孔速度快,無需使用昂貴的反向脈沖水 平電鍍設備,大大降低了 HDI線路板生產門檻,同時還解決了脈沖水平電鍍生產配套的電解 液主要依靠硫酸亞鐵提高深度能力來實現填孔,由于鐵元素的存在增加鍍層脆性導致斷裂 問題。
[0005] 本發明是通過以下技術方案予以實現的:
[0006] -種式1所示的用于HDI積層板盲埋孔鍍銅浴的整平劑:
[0008] 所述整平劑化學名為N-(3-二乙二醇基-2羥基)丙基N,N-二甲基烯丙基氯化銨,合 成方法如下:二乙二醇(1.0摩爾)與環氧氯丙烷(1.02摩爾)于50-60°C反應,所得產物再與 N,N-二甲基N-烯丙基胺(1.02摩爾)于70-80°C季胺化反應即得產物。
[0009] 本發明還提供一種HDI積層板盲埋孔鍍銅浴,以水溶性銅鹽、硫酸及氯離子為主要 構成成分,且添加式1所示的用于HDI積層板盲埋孔鍍銅浴的整平劑,所述HDI積層板盲埋孔 鍍銅浴還包括光亮劑,潤濕劑。
[0010]更進一步,所述HDI積層板盲埋孔鍍銅浴還包括絡合劑。
[0011] 所述水溶性銅鹽作為銅離子供應源,選自硫酸銅、氯化銅、氧化銅、碳酸銅等銅鹽。
[0012] 所述光亮劑選自二烷基二硫化合物或含磺酸基團的化合物,潤濕劑選自聚醚,優 選為嵌段聚醚。
[0013] 所述絡合劑選自間苯二磺酸。
[0014] 優選地,所述光亮劑選自二硫化二丙磺酸鈉或硫脲衍生物。
[0015] 優選地,1L該鍍銅浴由下述質量配比的原料組成:五水硫酸銅200-240g/L,質量分 數為98 %的硫酸40-60g/L、氯化鈉 0.05-0.12g/L,二硫化二丙磺酸鈉 1.5-4. Omg/L,嵌段聚 醚300-450mg/L,N-(3-二乙二醇基-2羥基)丙基N,N-二甲基烯丙基氯化銨350-550mg/L,間 苯二磺酸1.0-3. Omg/L,余量為水。
[0016]本發明具有如下有益效果:
[0017] (1)所述用于HDI積層板盲埋孔鍍銅浴的整平劑的合成原料易得,產率高,無毒性 中間體。
[0018] (2)所述用于HDI積層板盲埋孔鍍銅浴的整平劑填孔率高,填孔速度快,只需60分 鐘填滿孔,而目前普遍電鍍時間為120分鐘。
[0019] (3)無需使用昂貴的反向脈沖水平電鍍設備(整套設備目前市價約3000萬),只需 普通線路板電鍍設備(約100萬),大大降低了 HDI線路板生產門檻。
[0020] (4)所述用于HDI積層板盲埋孔鍍銅浴的整平劑在潤濕劑、光亮劑和絡合劑的協同 作用下能獲得高密度互連(HDI)制造印制電路板填孔的滿意結果,最高填孔率達100%,還 解決了脈沖水平電鍍生產配套的電解液主要依靠硫酸亞鐵提高深度能力來實現填孔,由于 鐵元素的存在增加鍍層脆性導致斷裂問題,通過延長操作或濃度校正,沒有任何的電鍍質 量惡化。
[0021] (5)無空洞和漏鍍問題發生。
【附圖說明】:
[0022] 圖1是本申請實施例的盲埋孔填充效果圖。
【具體實施方式】:
[0023]以下是對本發明的進一步說明,而不是對本發明的限制。
[0024] 實施例1:
[0025] 本實施例中水溶性銅鹽以五水硫酸銅作為例子,光亮劑以二硫化二丙磺酸鈉作為 例子,潤濕劑以五嵌段聚氧乙烯/聚氧丙烯醚舉例說明,所有成分是分析純。
[0026]五嵌段聚氧乙烯/聚氧丙烯醚是以丁醇為起始物,環氧乙烷(簡稱E0)和環氧丙烷 (簡稱 P0)為均聚物的五嵌段共聚物 CH3CH2CH2CH2(E0)8(P0) 15(E0)1q(P0)15(E0)8。
[0027]所述整平劑化學名為N-(3-二乙二醇基-2羥基)丙基N,N-二甲基烯丙基氯化銨,合 成方法如下:二乙二醇(1.0摩爾)與環氧氯丙烷(1.02摩爾)于50-60°C反應后所得產物再與 N,N-二甲基N-烯丙基胺(1.02摩爾)于70-80°C季胺化反應即得產物,產率為95%。研究N- (3-二乙二醇基-2羥基)丙基N,N-二甲基烯丙基氯化銨整平劑對線路板填孔電鍍性能的影 響。
[0028]鍍銅浴由下述質量配比的原料組成:五水硫酸銅220g/L,質量分數為98%的硫酸 50g/L和氯化鈉0.09g/L,所有成分是分析純。鍍銅浴電解液中加入2.5mg/L二硫化二丙磺酸 鈉作為光亮劑,380mg/L五嵌段聚氧乙稀/聚氧丙稀醚作為潤濕劑,450mg/L N-(3-二乙二醇 基-2羥基)丙基N,N-二甲基烯丙基氯化銨作為整平劑,1.5mg/L間苯二磺酸作為絡合劑,余 量為水。所述光亮劑、潤濕劑、整平劑和絡合劑或者單一作為單組分添加劑使用,或者多個 成分一起作為多組分添加劑使用。(具體參見表1)。
[0029] 銅沉積在一個1立方分米的哈林槽電解池中進行,溫度20°C,陰極電流2A/dm2和空 氣攪拌。長方形(20mm X 70mm)含磷(0.04-0.07 % )合金銅板作陽極。一塊60mm X 120mm6積層 線路板作為陰極。銅層厚度6wii,外層有許多由激光鉆孔機打出的微盲孔,直徑120μπι,孔深 110Μ1;經化學鍍銅獲得孔金屬化,化學鍍銅厚度Ι.ΟμπιΑΟ分鐘填孔電鍍銅后,填孔效果通 過灌膠,切片,打磨后用500倍光學顯微鏡觀察。
[0030] 填孔率計算:
[0031] L(%)=R1/R2,
[0032] 其中R1為孔底部到孔面距離,R2為孔低部到板面距離。
[0033]盲埋孔填充效果圖參見圖1。
[0034]表 1
[0036] 表1中,DMPA代表N- (3-二乙二醇基-2羥基)丙基N,N-二甲基烯丙基氯化銨,WA代表 五嵌段聚氧乙烯/聚氧丙烯醚,AESS代表癸二胺聚氧乙烯醚,B代表二硫化二丙磺酸鈉,MBS 代表間苯二磺酸,TU代表乙撐硫脲。
[0037] 表1中5、6、7實驗結果證明,N_( 3-二乙二醇基-2羥基)丙基N,N-二甲基烯丙基氯化 銨整平劑起主要的整平填孔作用。
[0038] 雖然光亮劑,潤濕劑不是作為盲孔填孔的主要整平劑,但這些化合物的存在也是 不可缺少的。表1中實驗表明在缺少這些化合物的情況下,鍍銅是不足的;既不能填孔,獲得 的鍍層缺少光澤,缺少潤濕特征會在較高電流密度容易燒焦。因此它們在鍍銅的電化學整 平中起到不可缺少的作用。
[0039] 表1中4和5實驗結果表明絡合劑間苯二磺酸能提供14%填孔效果,而且使線路板 表面獲得光亮,使鍍層更加緊密不易形成空洞。對銅沉積的影響主要是由于間苯二磺酸在 陰極表面的吸附和與銅離子形成絡合物,在高電位處吸附強,阻礙銅離子放電速度,鍍層生 長速度慢;而在低電位處吸附弱,鍍層生長速度快。
[0040] 從表1能得出編號為4的鍍銅浴填孔效果最好,填孔率達95%,該鍍銅浴包含了 N- (3-二乙二醇基-2羥基)丙基N,N-二甲基烯丙基氯化銨整平劑,五嵌段聚氧乙烯/聚氧丙烯 醚,烷基二聚硫化合物和間苯二磺酸,用該電解液按生產條件下與1L(1升)的電解槽工作25 天。通過延長操作或濃度校正,沒有任何的電鍍質量惡化。
[0041] 在通常的線路板孔金屬化的鍍銅電鍍液中,包括聚氧乙烯/聚氧丙烯醚作為潤濕 劑,有機二硫化物為中高位電流密度區的光亮劑,乙撐硫脲作為低電流密度區的光亮劑,癸 二胺聚氧乙烯醚為走位劑,如表1中7實驗,填孔率小于10%。結果表明目前用于通孔電鍍的 電解液不能滿足盲孔電鍍填孔要求的。這是由于具有整平作用的聚醚、硫脲衍生物和氯離 子作為使表面光亮的整平能滿足要求,而作為幾何尺寸的盲孔整平就無法信任。
[0042] 實施例2
[0043] 參考實施例1,不同之處在于鍍銅浴由下述質量配比的原料組成:五水硫酸銅 200g/L,質量分數為98 %的硫酸40g/L、氯化鈉0.05g/L,二硫化二丙磺酸鈉1.5mg/L,嵌段聚 醚300mg/L,N-(3-二乙二醇基-2羥基)丙基N,N-二甲基烯丙基氯化銨350mg/L,間苯二磺酸 1. Omg/L,余量為水。60分鐘填孔電鍍銅后,填孔率為88%,盲埋孔填充效果圖參見圖1。
[0044] 實施例3:
[0045] 參考實施例1,不同之處在于鍍銅浴由下述質量配比的原料組成:五水硫酸銅 240g/L,質量分數為98 %的硫酸60g/L、氯化鈉0.12g/L,二硫化二丙磺酸鈉4. Omg/L,嵌段聚 醚450mg/L,N-(3-二乙二醇基-2羥基)丙基N,N-二甲基烯丙基氯化銨550mg/L,間苯二磺酸 3. Omg/L,余量為水。60分鐘填孔電鍍銅后,填孔率為100%,盲埋孔填充效果圖參見圖1。
【主權項】
1. 一種式1所示的用于HDI積層板盲埋孔鍍銅浴的整平劑:2. -種HDI積層攸旨埋扎鍍锏裕,具特祉在t,以水浴性锏鹽、硫酸及鼠咼于為主要構 成成分,且添加權利要求1所述的用于HDI積層板盲埋孔鍍銅浴的整平劑,所述HDI積層板盲 埋孔鍍銅浴還包括光亮劑,潤濕劑。3. 根據權利要求2所述的HDI積層板盲埋孔鍍銅浴,其特征在于,所述HDI積層板盲埋孔 鍍銅浴還包括絡合劑。4. 根據權利要求2或3所述的HDI積層板盲埋孔鍍銅浴,其特征在于,所述水溶性銅鹽選 自硫酸銅、氯化銅、氧化銅、碳酸銅。5. 根據權利要求2或3所述的HDI積層板盲埋孔鍍銅浴,其特征在于,所述光亮劑選自二 烷基二硫化合物或含磺酸基團的化合物,所述潤濕劑選自五嵌段聚氧乙烯/聚氧丙烯醚。6. 根據權利要求2或3所述的HDI積層板盲埋孔鍍銅浴,其特征在于,所述光亮劑選自二 硫化二丙磺酸鈉或硫脲衍生物。7. 根據權利要求3所述的HDI積層板盲埋孔鍍銅浴,其特征在于,所述絡合劑選自間苯 二磺酸。8. 根據權利要求3所述的HDI積層板盲埋孔鍍銅浴,其特征在于,1L該鍍銅浴由下述質 量配比的原料組成:五水硫酸銅200-240g/L,質量分數為98%的硫酸40-6(^/1和氯化鈉 0 · 05-0 · 12g/L,二硫化二丙磺酸鈉 1 · 5-4 · Omg/L,嵌段聚醚300-450mg/L,N- (3-二乙二醇基-2羥基)丙基N,N-二甲基烯丙基氯化銨350-550mg/L,間苯二磺酸1.0-3. Omg/L,余量為水。9. 根據權利要求8所述的HDI積層板盲埋孔鍍銅浴,其特征在于,所述嵌段聚醚為五嵌 段聚氧乙烯/聚氧丙烯醚。
【文檔編號】C25D3/38GK105951137SQ201610349819
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月23日
【發明人】張衛東
【申請人】中國廣州分析測試中心