试论电镀铜技术在电子材料的应用
文/张长弓
西华大学四川成都　610000
摘要：基于电镀铜技术良好的物理特性，在日益发达的电子材料行业应用广泛。本文首先对电镀铜技术的优势与特点进行描述，结合目前较为代表性的电镀铜技术对其在铜箔粗化、PLC芯片、IC封装方面的应用进行分析，并提出最新的电镀铜技术概念，以供参考。
【关键词】印制板电镀铜电子材料铜箔粗化PLCIC
1·引言
随着我国计算机电子信息技术的不断发展，电子材料领域涉及到的应用技术更加先进。电镀铜层有着良好的导电性、延展性与导热性，在电子材料行业应用广泛。电镀铜技术主要在印制电路板的生产制造中已经得到全面的应用，本文只简单描述。另外电镀铜技术在IC封装、超大规模PLC芯片铜互连技术中也得到了广泛应用，已经成为电子行业不可缺少的一种基础技术。我国的PCB生产位居世界前列，推动了电镀铜技术在我国的发展。随着对电镀铜技术的研究不断深入，目前出现了新型的多种电镀铜技术，开始进行实验并进入初步应用阶段。
2·电镀铜技术的优势与特点
在电子产品的应用过程中，印制板与IC封装中的质量问题最难分析，而且一般出现故障后维修难度最大，甚至直接报废处理。采用电镀铜技术可以有效避免问题发生的概率。通过对印制板与IC封装检测数据显示，使用电镀铜技术与之前采用的传统方法相比质量明显提升。这对于电子产品的寿命延长有着重要的意义。电镀铜技术中最为关键的是电镀铜镀液的成分组成。在上个世纪中期，电子行业多采用焦磷酸盐体系的镀铜，这种工艺的效果其实并不理想，而且镀液废水处理难度较大。电镀铜与传统的化学镀层方法相比，更加环保，而且成本更低，可操作性强。
3·电镀铜技术在铜箔粗化方面应用
在印制板制造过程中，要使用到铜箔，铜箔的表面要经过粗化处理之后，其表面才能够与绝缘基板间进行充分地结合，避免脱落。电镀铜在铜箔的粗化方面应用广泛。首先铜箔需要在低铜离子浓度、高电流密度条件下进行粗化处理，之后，在高铜离子浓度中进行固化处理。为了避免在电镀铜粗化过程中出现铜粉转移的问题，在粗化过程中要加入一定量的添加剂。添加剂量过少有会造成铜粉转移，导致铜箔与基板间结合度不够，在使用过程中会发生脱落的问题。除了印制板表面需要铜箔处理，在多层板的内部同样也需要铜箔的强化处理。在酸性硫酸盐电镀铜液中增加有机物，改变酸铜比与操作条件将会避免在黑化处理中产生的空洞问题，也就确保了层间的互连可靠性。
4·电镀铜技术在超大规模PLC芯片中的应用
目前在超大规模集成电路芯片中电子元器件的线宽已经降低到了亚微米级，而且根据摩尔定律，还会有进一步降低的趋势，这将会造成互连线的RC延迟与电迁移可靠与集成线路速度存在更大的矛盾。超大规模PLC芯片中多采用铝来作为互连线，但铝的导电性与抗电迁移方面不如铜材料好，IBM公司首先采用铜互连对铝进行取代，之后铜互连技术在我国绝大多数超大规模PLC芯片中得到广泛应用。铜镀层具有良好的导电性，倒装芯片FC载板上的电极通过突出点进行电镀金膜，与芯片上的铝电极进行连接。芯片中铜线宽已经由原来的0.25μm降低到了目前的0.09-0.15μm。在如此线宽的条件下多通过电镀铜技术的大马士革工艺技术实现。采用这一工艺技术可以有效避免裂缝现象的出现，另外可以实现线路与通孔的形成，具有沉积速度快，可操作性强。目前电镀铜技术已经成为超大规模PLC芯片互连的主要方法。
5·电镀铜技术在IC封装制作应用
在电子元器件的封装中，电镀铜技术也倍受关注。尤其是对于一些BGA的封装中都需要采用这种技术。IC封装载板采用覆晶薄膜载板，它是一种高密度的多层印制板，通过电镀铜层来对布线与交互连接。除了在IC封装中的应用，电镀铜技术还在PCB的孔制作过程中体现出了其工艺性与经济性。一张印制板上会有上千个过孔，这些过孔对各层的线路进行贯穿，同时还存在印制板表面的盲孔与内部的埋孔，每一系列的孔径与功能各不相同，位置也不同，孔内铜金属的质量将决定着印制板的层间电气互连。采用化学镀铜工艺可以形成厚度为0.5μm的镀层，之后再镀上较厚的铜层。但是这种工艺技术生产效率低，镀液不稳定，使用了一些致癌物质来作为还原剂，对操作人员的身体健康形成隐患。直接使用电镀铜工艺可以大大简化操作工艺，而且环保，适用性更强。
6·新型电镀铜技术介绍
随着现代社会对电子产品的质量要求不断提高，产品的生产工艺与材料需要不断进步。在电镀铜技术中，通过新型技术的应用，不断提高生产质量，创造更大的经济效益。目前较常见的电镀铜技术主要有脉冲电镀铜技术、超声波电镀铜技术与激光电镀铜技术。超声波产生的强大冲击波将会渗透到电极表面介质与空隙，形成彻底清洗作用，其空化作用会降低浓差极化，提高了极限电流密度，是较为先现代的一种生产工艺技术，最早起源于美国。超声波电镀铜技术在高密度多层印制电路微孔制作过程中作用明显。激光电镀层技术利用激光照射法在短时间内产生高温从而代替电镀铜液加热法，沉积的速度更快，是本体镀液沉积速率的1000倍。使用激光电镀铜成核速度更快，镀层的质量好，在未来将会在极微细电子加工领域得到广泛应用。
7·结语
随着人类需求的不断增长与科技的不断进步，高精度电子产品的制造难度不断增大。电镀铜技术通过在多个电子材料行业的应用体现出了极高的优势，也已经取得了良好的效果。电镀铜技术在筒箔粗化、IC封装等生产加工领域得到广泛的应用。随着电子产品的复杂性不断提高，采用传统的电镀铜技术已经难以满足生产需求。不断更新的电镀铜技术将会逐渐代替传统的技术方法，同时也不断提高着生产质量，推动现代电子科技行业的不断进步。
参考文献
[1]余德超,谈定生.电镀铜技术在电子材料中的应用[J].电镀与涂饰,2007（02）:43-47.
[2]张佳.基于Minitab软件的PCB电镀深镀能力研究[D].北京：电子科技大学,2012.
[3]伍恒.硅通孔中电镀铜填充技术研究[D].大连：大连理工大学,2013.
[4]王冲.PCB通孔电镀铜添加剂的分子模拟及其作用机制的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2013.
[5]窦维平.利用电镀铜填充微米盲孔与通孔之应用[J].复旦学报:自然科学版,2012（02）:131-138，259-260.
[6]刘小平.印制线路板酸性镀铜整平剂的合成与应用[D].长沙：中南大学,2009.