表面前处理:成功镀铜的重要先决条件!

作者:ATOTECH Deutschland公司:Ramona S. Mertens, Eckart Klusmann, Henning Hübner

适用于各种HDI和MLB基板的一种绿色酸性清洗剂

GSP ATOTECH 160501A引言GSP ATOTECH 160501B

为了成功地进行电镀铜工艺,获得良好效果,不仅要对电解铜沉积工序本身进行研究,还要对更多的其他工序进行研究。典型的电镀铜工艺流程包括多个工序,如图1所示。

第一步是清洗工序。这是金属沉积前基板表面制备所必需的,去除表面杂质,如指纹或抗蚀剂残留物,以确保铜的附着性和均匀性。通过清洗工序可为最精细的结构提供整体润湿性。清洗工序之后是可选择的蚀刻清洗工艺,创建一个轮廓分明的微粗糙表面,以获得最佳的铜-铜附着力。基板经过酸洗后,最终在铜电镀工序中沉积铜。

随着PCB上印制线和空间的不断减小,需要提升前处理的清洗效果,以润湿所有的结构,确保无空隙的铜沉积。

前处理机理

电镀前的酸洗前处理工艺包括清洗和润湿两个基本功能。去除铜表面的氧化物和干膜显影剂残留物。GSP ATOTECH 160501C

*去除铜表面的氧化物

CuO + 2H+→Cu2+(堆积)+ H2O

*去除干膜显影剂残留物

OH + H+→H2O

CO32- + 2H+ → CO2+ H2O

清洁剂的主要成分是表面活性物质。离子、两性的或非离子表面活性剂,如可使用烷基脂肪醇。它们具有亲水性基团(水溶性头)和疏水性基团(即它们的尾巴不溶于水)。表面活性剂在水中扩散,吸附在空气和水的界面处。表面活性剂胶团有助于清除表面疏水性残留物,它们具有比表面残留物对基板更强的吸附力。

清洗剂中的添加剂应主导形成中低发泡的酸性清洗剂,提供高稳定性的配方和浓缩物。

生产趋势

随着基板设计变得越来越小,基板更精细、复杂和易碎,工艺可靠性已经成为PCB制造商的一个主要因素。由于在生产过程中有可能产生空隙,废品率将变得比以往任何时候都更高。

因此,现在更重要的是提供工艺安全的无空隙沉积。正确的基板前处理支持这一要求。遗憾的是,这个问题并不总是得到PCB制造商的合理关注,这可能是下游电镀过程中导致缺陷结果的原因之一。

虽然在大多数情况下缺陷根源在于衬底前处理不足,但是错误的电镀工艺本身也会造成缺陷。有了适当的清洗,可减少废品率。良好的前处理与最佳的酸洗剂将为下游工序带来顺利的工艺过程。对生产商最重要的是,前处理要快速可靠地进行,不留下造成铜沉积中产生空隙的残留物。充分清洗,给予含有最小过孔的基板全面的润湿性,这是最重要的。确保化学镀铜层的活化性,而不遗漏任何几何形状,这是目前市场所需求的。

因此,新开发的酸性清洗剂非常适用于MLB、汽车以及HDI应用。多适用性是对生产许多产品的制造商的另一大好处,因为它们只需要一种清洗剂就可以了。

GSP ATOTECH 160501D问题陈述

短暂贮藏基板的可能污染物会来自于指纹。所接触的部位显示出一个油腻的薄膜,这意味着在进行镀铜工艺的下一道工序之前必须去除掉。否则将抑制正当的铜沉积。另一种影响物是基板暴露于空气环境中一段时间后表面的氧化物层。敏感的化学镀铜层与空气中氧的反应导致钝化。

要求

新的清洗剂应符合快速润湿的要求,即使是复杂的结构,特别是通过孔中。它应灵活易用,而没有任何的性能折衷。除了良好的清洗性能,快速、可靠和良好的润湿性,不会在孔中留下任何气泡也是要求之一。许多传统的清洗剂在满足这一要求方面都有问题。还有,由于欧盟正在要求生物降解性和符合一定的规范性,生物降解性和最小废水处理也成为重要因素。

面临的挑战是开发一种绿色清洗剂,为精细设计提供可靠清洗性和湿润性,能够达到基板和电镀图形的所有孔、线和空间内。清洗效果要非常好,同时发泡程度可控。新的清洗剂应比现有的清洗剂有更多和更好的利益,以完成酸性电镀铜工艺,提高电镀产品质量。在其开发过程中,它是基于实验室规模的试验,要与标准Atotech酸性清洗剂及对竞争对手的清洗剂竞争,必须显示出极佳的效果。

前处理工艺开发

开发一种与市场上现有产品相比性能更好的酸性清洗剂,同时也符合欧盟的新法规。所使用的表面活性剂必须符合欧洲法规(EC) No 648/2004,是可生物降解的。

越来越多的国家也有了类似的环境法规。前处理工艺特别是酸性清洗剂也适用于金属加工应用,包括电子应用。根据欧洲的规定,不允许清洗剂产品含有壬基酚聚氧乙烯醚(NPE)或全氟辛烷磺酸盐(PFOS)。这些重要的表面活性剂在全球范围内的清洗产品中广泛应用。同时,清洗性能必须与现有的含有NPE和PFOS的产品相匹敌。清洗剂必须满足下列属性:

*通过电镀铜前去除基板表面的手指印来判断改进的清洗性能;

*去除氧化层,从而激活化学镀铜层;…………………………..

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