【摘 要】
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随着芯片中器件密度逐步趋近于物理极限,芯片更密集的晶体管排布以及工作频率和带宽的增大带来了更大的散热负担。封装载板作为芯片与印制电路板电气互连的桥梁,通过电沉积铜填通孔技术在封装载板中制作铜柱阵列能大幅提高封装载板的散热速率,是当前封装技术领域的研究热点。但要实现孔内无空洞的完美填充十分困难,并且在填孔后还要保证表面精细线路制作的要求则更加困难。本文先以某商用添加剂为研究对象,通过单因素实验研究了
【基金项目】
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国家自然科学基金委（No.61974020,No.22172020）; 珠海市产学研合作项目（No.ZH22017001200032PWC）; 珠海市创新团队项目（No.ZH0405190005PWC）
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随着芯片中器件密度逐步趋近于物理极限,芯片更密集的晶体管排布以及工作频率和带宽的增大带来了更大的散热负担。封装载板作为芯片与印制电路板电气互连的桥梁,通过电沉积铜填通孔技术在封装载板中制作铜柱阵列能大幅提高封装载板的散热速率,是当前封装技术领域的研究热点。但要实现孔内无空洞的完美填充十分困难,并且在填孔后还要保证表面精细线路制作的要求则更加困难。本文先以某商用添加剂为研究对象,通过单因素实验研究了电流密度、气流量、硫酸浓度和氯离子浓度等关键因素对电沉积填孔的影响,再通过正交试验研究了添加剂各组分及浓度对电镀填孔性能的影响程度;为进一步研究添加剂在填孔中的作用机制,通过对商用添加剂组分和自研有机添加剂组分进行GM和CV电化学测试分析了填孔添加剂的电化学特性,并通过仿真模型和电镀实验进行验证;最后,提出一种二次蚀刻技术实现了填孔后的精细线路制作,并完成填通孔制作铜柱阵列提高了封装载板散热速率。具体研究内容如下:1.采用单因素实验法研究了不同施镀参数对电镀填孔的影响。对板厚0.2 mm、孔径0.2 mm的测试板填孔电镀,所获最佳电流密度为0.9 A/dm~2;气流量最佳大小为0.5 L/min;硫酸最佳浓度为50 g/L;氯离子最佳浓度为60 mg/L。再通过3因素4水平正交试验研究了商用添加剂不同组分及浓度对填孔的影响,以孔口和孔中心铜沉积厚度比值为指标,通过极差分析得出不同组分添加剂对填孔的影响程度。得到不同组分添加剂对电镀填通孔效果的影响顺序是:整平剂>加速剂>抑制剂。2.由商用添加剂GM测试知高转速和低转速下最终的电位差较大,由CV结果知不同浓度整平剂的镀液对不同对流条件具有“对流依赖吸附”特性。筛选出自研添加剂配方SH110+PEG+JGB具有良好的超填充能力,其电化学特性与商用添加剂所表现的电化学特性相似。通过仿真模型和哈林槽电镀实验的超填充结果进一步验证了填孔添加剂的填孔性能。3.提出金属锡缓冲层的二次蚀刻技术,以实现面铜减薄后精细线路制作,并与直接蚀刻相比,该方法所获得面铜粗糙度Ra减小0.371μm,Rz减小1.713μm,达到精细线路制作要求。通过基础板材和铜柱阵列板散热效果对比,铜柱阵列散热效果显著提升,在热源120℃下热流密度最高为71.66 W/cm~2,能够作为封装载板中优异的散热结构。
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