電鍍銅層因其具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和機械延展性等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于電子信息產(chǎn)品領(lǐng)域，電鍍銅技術(shù)也因此滲透到了整個電子材料制造領(lǐng)域，從印制電路板（PCB）制造到IC封裝，再到大規(guī)模集成線路（芯片）的銅互連技術(shù)等電子領(lǐng)域都離不開它，因此電鍍銅技術(shù)已成為現(xiàn)代微電子制造中必不可少的關(guān)鍵電鍍技術(shù)之一。電子行業(yè)的電鍍銅技術(shù)含量很高，電鍍銅層的功能、質(zhì)量和精度以及電鍍方法等方面與傳統(tǒng)的裝飾性防護性電鍍銅技術(shù)有所不同。

    中國的電子信息產(chǎn)業(yè)正在迅速崛起，有資料表明，中國的印制電路產(chǎn)值2003年已經(jīng)超過美國居世界第二位，成為名副其實的PCB生產(chǎn)大國，并且有望在2008年超過日本居世界第一，而以上海為中心的長三角地區(qū)的集成電路產(chǎn)業(yè)也在飛速發(fā)展，逐漸成為該地區(qū)的支柱性產(chǎn)業(yè)[1-3]。這些產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必將推動電鍍銅技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大。

    為了滿足具有高科技含量電子產(chǎn)品制造的要求，出現(xiàn)了許多新的電鍍銅技術(shù)，如脈沖電鍍銅技術(shù)、水平直接電鍍銅技術(shù)、超聲波電鍍銅技術(shù)、激光誘導(dǎo)選擇電鍍銅技術(shù)等。

    PCB制作

    印制板上的小孔具有至關(guān)重要的作用，通過它不僅可以實現(xiàn)印制板各層之間的電氣互連，還可以實現(xiàn)高密度布線。一張印制板上常常具有成千上萬個小孔，有的多達數(shù)萬個甚至十萬個。在這些孔中不僅有貫通于各層之間的導(dǎo)通孔還有位于印制板表層的盲孔和位于內(nèi)部的埋孔，而且孔徑大小不一，位置各異。因此，孔內(nèi)銅金屬化的質(zhì)量就成為決定印制板層問電氣互連的關(guān)鍵。

    傳統(tǒng)的印制板孔金屬化工藝主要分2步：

    一是通過化學(xué)鍍銅工藝在鉆孔上形成一層導(dǎo)電薄層(厚度一般為0．5pm)，

    二是在已經(jīng)形成的化學(xué)鍍銅層上再電鍍一層較厚的銅層(20岬左右)。

    但是化學(xué)鍍銅層存在以下問題：

    (1)鍍速比較慢，生產(chǎn)效率低，鍍液不穩(wěn)定，維護嚴格；

    (2)使用甲醛為還原劑，是潛在的致癌物質(zhì)且操作條件差；

    (3)使用的EDTA等螯合劑給廢水處理帶來困難；

    (4)化學(xué)鍍銅層和電鍍層的致密性和延展性不同，熱膨脹系數(shù)不同J剛，在特定條件下受到熱沖擊時容易分層、起泡，對孔的可靠性造成威脅。基于以上幾點，人們開發(fā)出了不使用化學(xué)鍍銅而直接進行電鍍銅的工藝。

    該方法是在經(jīng)過特殊的前處理后直接進行電鍍銅，簡化了操作程序。隨著人們環(huán)保意識的增強，又由于化學(xué)鍍銅工藝存在種種問題，化學(xué)鍍銅必將會被直接電鍍銅工藝所取代。

    PCB電路圖形制作

    除了印制板的孔金屬化工藝用到電鍍銅技術(shù)外，在印制板形成線路工藝中也用到電鍍銅。一種是整板電鍍，另外一種是圖形電鍍。整板電鍍是在孔金屬化后，把整塊印制板作為陰極，通過電鍍銅層加厚，然后通過蝕刻的方法形成電路圖形，防止因化學(xué)鍍銅層太薄被后續(xù)工藝蝕刻掉而造成產(chǎn)品報廢。圖形電鍍則是采取把線路圖形之外部分掩蔽，而對線路圖形進行電鍍銅層加厚。制造比較復(fù)雜的電路常常把整板電鍍與圖形電鍍結(jié)合起來使用。

    IC封裝技術(shù)的應(yīng)用

    電鍍銅在電子封裝上應(yīng)用的也比較多。例如BGA，gBGA等封裝體的封裝基板布線及層問的互連(通過電鍍銅填充盲孔)都要用到電鍍銅技術(shù)pJ。又如，IC封裝載板越來越多地采用COF(ChipOnFlexibleprintedboard)的形式，也稱為覆晶薄膜載板。該載板是高密度多層撓性印制板，也是通過電鍍銅來實現(xiàn)布線及互連。

    因為銅鍍層具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，倒裝芯片F(xiàn)CfFlipChip)載板上的電極凸點先經(jīng)電鍍銅形成凸點后接著電鍍金膜，最后再與芯片上的鋁電極相連接[1引。

    超大規(guī)模集成電路芯片(ULSI芯片)中銅互連

    目前，ULSI中電子器件的特征線寬已由微米級降低到亞微米級，并且有不斷降低的趨勢。在此條件下，由于互連線的RC延遲和電遷移引起的可靠性問題

    與集成線路速度這對矛盾就表現(xiàn)得更加突出起來。以往的ULSI通常使用鋁做互連線，但是鋁在導(dǎo)電性和抗電遷移性能方面遠不如銅。鋁的電阻率為2．7uQ•cm，而銅的為l，7•cm，比鋁低37％；銅的電遷移壽命是鋁的100倍以上。1997年IBM公司首先在芯片中使用銅互連取代鋁互連，自此以后多數(shù)芯片都采用電鍍銅技術(shù)來實現(xiàn)互連。

    芯片的特征線寬為微米、亞微米級，早期的銅工藝為0．25grn，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到0．15—0．09gmL，如此精細的線寬不能通過蝕刻銅箔的方法而只能通過沉積的方法得到。

    在沉積方法中比較成熟而又被廣泛應(yīng)用的是采用電鍍銅技術(shù)的大馬士革工藝。該工藝先通過光刻工藝在硅片介質(zhì)上形成包含線路圖形的凹槽，然后經(jīng)阻擋層處理、物理氣相沉積(PVD)銅晶種層處理、電鍍銅填充處理，最后經(jīng)過化學(xué)機械拋光(CMP)除掉多余的阻擋層和沉積銅層。

    采用電鍍銅技術(shù)并配合適當(dāng)?shù)奶砑觿┛梢允咕哂写蟾邔挶鹊墓饪贪疾勰茏陨隙�下被填充，避免了對形成線路非常有害的“空洞”、“裂縫”現(xiàn)象的發(fā)生。還可以通過雙大馬士革工藝實現(xiàn)線路和通孔的同時形成，該方法還具有沉積速度快、工序簡單、成本低等優(yōu)點而成為ULSI互連的主流方法

    先進電鍍銅技術(shù)

    隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品越來越趨向于多功能化、小型化，這促使作為電子元件安裝基礎(chǔ)的印制板向多層化、積層化、高密度化方向迅速發(fā)展。然而，此類印制板是通過大量的微孔實現(xiàn)層問的電氣互連的，而且每張板上的小孔數(shù)量越來越多，孔徑越來越小(由500¨m到50prn)，并且每個孔的種類也不一樣，使用傳統(tǒng)的直流電鍍銅技術(shù)很難滿足生產(chǎn)的要求，這促使人們在生產(chǎn)實踐中不斷開發(fā)和引入新的電鍍銅技術(shù)。

    脈沖電鍍銅技術(shù)

    在使用傳統(tǒng)的直流電鍍銅技術(shù)制造印制板的通孔時，由于印制板的板面和小孔內(nèi)部的電流密度不同，在孔的內(nèi)部會存在電流密度梯度，造成孔內(nèi)銅的厚度與板面銅的厚度差別很大。盡管人們通過不斷采取改進添加劑的方法在減小板面和孔內(nèi)銅的差別方面起到一定的作用，但是在制造高密度精細線路和高厚徑比(≥5：1)微孔時直流電鍍銅有很大的困難。為此人們在電子行業(yè)生產(chǎn)中逐漸引入周期脈沖反向電流(PPR_一PeriodicPulseReverse)電鍍銅技術(shù)。

    脈沖反向電流電鍍銅的主要工作原理是應(yīng)用較小的正向電流電鍍較長的一段時間，然后再應(yīng)用較大的反向電流電鍍較短一段時間，并配合一定的載運劑、光亮劑、整平劑等可以達到較好的深鍍能力。脈沖電鍍，正向電流時銅在PCB上沉積，反向電流時PCB上的銅溶解。它實質(zhì)上是通過周期性反向電流的變化來改變添加劑在電極表面的吸附狀況，使具有促進作用的添加劑吸附在低電流密度區(qū)，而具有抑制作用的添加劑被吸附在高電流密度區(qū)，從而改變陰極表面的極化電阻而達到整平效果，該技術(shù)非常適合高厚徑比的高密度板(HDI)微孔的電鍍。盡管使用脈沖電鍍的設(shè)備投入較高，但隨著電子行業(yè)的發(fā)展，設(shè)備價格將會逐漸下降，脈沖電鍍在電子技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用也將會越來越多。

    水平直接電鍍銅技術(shù)

    早期的電鍍銅主要采用垂直電鍍的方式，即工件在鍍液中垂直放置并隨傳送系統(tǒng)水平緩慢傳送。但是隨著印制板向微小孔徑和高密度化的發(fā)展，采用此種電鍍方式時，工件微孔內(nèi)鍍液交換和流動困難，且板面與孔內(nèi)之間有電流密度差，會使板面及孔口處銅沉積厚度比孔內(nèi)大，尤其是在制造高厚徑比微孔時，嚴重的會發(fā)生“塞孔”現(xiàn)象。

    因而，近年來在電子行業(yè)使用水平電鍍銅系統(tǒng)并配合直接電鍍銅工藝也比較多。水平電鍍時，工件在鍍液中水平放置并隨傳送裝置傳送，鍍液通過泵加壓后經(jīng)噴嘴垂直噴出促使其在板面和孔內(nèi)流動并在孔內(nèi)形成渦流，加快了孔內(nèi)鍍液的交換，減小了板面與孔內(nèi)的電流密度差別。

    使用該電鍍系統(tǒng)并配合脈沖直接電鍍微孔的效果非常好且工藝簡單，盡管其成本較高但目前在高密度印制板制作中必不可少。

    超聲波電鍍銅技術(shù)

    為了改善鍍層的質(zhì)量，人們在印制電路電鍍銅時引入超聲波技術(shù)。超聲波的主要作用有：

    (1)超聲波產(chǎn)生的強大沖擊波能滲透到不同介質(zhì)電極表面和空隙，達到徹底清洗的作用；

    (2)超聲波產(chǎn)生的“空化”作用，加快了氫的析出；

    (3)超聲波的空化作用產(chǎn)生的微射流強化對溶液的攪拌，加快了傳質(zhì)過程，降低了濃差極化，增加了極限電流密度，優(yōu)化了操作條件。

    盡管關(guān)于超聲波電鍍銅方面的研究取得了一定的研究成果，超聲波電鍍銅技術(shù)在規(guī)模化生產(chǎn)中應(yīng)用也越來越多，但是關(guān)于超聲波電鍍的作用機理尚不清楚。有人認為超聲波振動實質(zhì)上是一種毫秒級的脈沖過程，它改變了鍍銅過程中的晶面取向，從而改善鍍層質(zhì)量。有人認為超聲波電鍍銅之所以有很好的電鍍效果，主要是空化現(xiàn)象產(chǎn)生的強烈攪拌作用優(yōu)化了電鍍條件。尤其在高密度多層印制電路微孔制作時，超聲波的攪拌作用可以促進鍍液在微孔內(nèi)的交換，再結(jié)合脈沖技術(shù)，能在印制板的板面和微孔內(nèi)沉積出非常均勻的銅鍍層，并減小板面與孔內(nèi)鍍層的厚度差別。

    激光電鍍銅技術(shù)

    隨著電子產(chǎn)品向輕、薄、短、小化發(fā)展，電子產(chǎn)品用芯片的集成度進一步提高，其特征線寬由原來的微米級進入到亞微米級，采用蝕刻銅箔的方法(通常用于特征線寬大于20tun)已很難滿足線路精度的要求。美國IBM公司首先把激光技術(shù)引入到電鍍銅工藝當(dāng)中去。

    使用激光電鍍銅具有以下優(yōu)點：

    (1)利用激光照射在很短時間產(chǎn)生的高熱量來代替對鍍液進行加熱，使電極附近產(chǎn)生溫度梯度，該溫度梯度對鍍液有強烈的微攪拌作用，因而沉積速度快，激光照射區(qū)域的沉積速率是本體鍍液沉積速率的1000倍左右；

    (2)激光的聚焦能力很強，可在需要的地方進行選擇性的局部沉積，適合制造復(fù)雜的線路圖形并能進行微細；01-r[38-39]；

    (3)使用激光電鍍銅成核速度快，結(jié)晶細微，鍍層質(zhì)量好。

    激光電鍍銅技術(shù)的優(yōu)勢決定了它在微細電子加工領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。