Introducción
El ITRS ( International Technology Roadmap de Semiconductores ) [1 ] , patrocinado por las asociaciones de la industria de semiconductores en Japón, Corea , Europa , Taiwán y los EE.UU., ofrece una proyección de dispositivos semiconductores y las capacidades de paquete de rendimiento en los próximos 15 años. El plan de trabajo incluye las proyecciones de las futuras necesidades de transmisión de señales cada vez más de alta velocidad, alta densidad de cableado de interconexión y alta fiabilidad para las futuras generaciones de paquetes de semiconductores sustratos.
Mientras que el capítulo 2009 ITRS Plan de trabajo para la interconexión ( paquetes de semiconductores ) aún no ha sido terminado, el 2008 y anteriores Edición de la lista de hoja de ruta de una serie de atributos de rendimiento clave y los hitos de rendimiento para el paquete de semiconductores sustratos , que ofrece una indicación clara de la forma del futuro necesidades. Los requisitos indicados en el documento de 2008 puede dividirse en cuatro categorías : Enrutamiento densidad ( es decir, a través de línea de diámetros y / dimensiones del espacio ) , las propiedades eléctricas (es decir, la constante dieléctrica y la tangente pérdida) , las propiedades mecánicas (es decir, Tg y los coeficientes de expansión térmica ) y la superficie acabados.
Para Flip Chip Ball Grid Array ( BGA - FC ) paquetes , los proyectos de plan de trabajo las necesidades futuras para las dimensiones características del circuito de la línea 8 micras / espacio para el año 2014 , con la línea 6 micras / espacio necesario para el año 2017 .
Creación de las características del circuito en la dimensión requerida en los rangos actuales y proyectadas paquetes de semiconductores puede lograrse mejor mediante el uso de procesos de metalización semi - aditivo, en el que se aplica una capa muy delgada conductora a una superficie dieléctrica , por lo general de cobre electrolítico por metalización . A raíz de la creación de un patrón fotorresistente sobre esta superficie , galvanoplastia de cobre se utiliza para formar las características del circuito y para formar a las conexiones de capa de capa de relleno con láser microvías perforados. La formación de circuitos patrón final requiere la resina fotosensible que ser eliminado y la metalización delgada para ser removido de las áreas entre las características plateado, en un proceso de flash etch llamada . La secuencia del proceso global se muestra en la Figura 1.
Figura 1 : Flujo de metalización proceso de semi- aditivo ( SAP
continuas demandas de un mayor rendimiento, la multifuncionalidad y la reducción de tamaño de los dispositivos electrónicos requieren las futuras generaciones de paquetes de semiconductores sustratos para proporcionar capacidad de mejorar la señal de transmisión de alta velocidad , alta densidad de cableado de interconexión y la fiabilidad del sistema de alta . Para la fabricación de sustratos paquete , un semi- Aditivo (PEA ) es ampliamente utilizado con la acumulación de materiales dieléctricos para formar las características del circuito .
En general , para crear la adherencia entre el material dieléctrico y de los depósitos plateado, un proceso desmear se aplica al material dieléctrico para formar rugosidad de la superficie . La primera capa de metalización conductora se forma por el cobre electrolítico de chapado. La adhesión se obtiene en la interfaz plateado con un ancla a partir de la rugosidad de la superficie . Sin embargo, cuando el perfil de rugosidad de la superficie se reduce, no es tan fácil de lograr una alta adhesión . Desde paquete de próxima generación sustratos requieren el uso de un material dieléctrico con una superficie de perfil más bajo, con el fin de satisfacer la demanda de productos finales de desempeño, un proceso de metalización dar de alta adherencia , independiente del tipo de material dieléctrico y el grado de rugosidad de la superficie es indispensable.
En este artículo vamos a describir las características críticas de los procesos de metalización para tales aplicaciones.
Desarrollo de fondo
SAP cobre electrolítico procesos de recubrimiento debe cumplir con los cuatro aspectos clave técnica se muestra en la Figura 2. Como se mencionó anteriormente , la aspereza reducir al mínimo la superficie del material dieléctrico es necesario para reducir el impacto de la rugosidad de la superficie del circuito de seguimiento sobre la transmisión de señales de alta velocidad y alta adhesión a los superficie bajo perfil es necesario para permitir rasgos finos circuito que se formó con facilidad. Para garantizar los mayores niveles de fiabilidad del producto final , la resistencia de aislamiento pendientes entre las líneas de circuito es necesario. Las propiedades de la cobertura de cobre electrolítico en el forro debe ser optimizada para permitir que el cobre uniforme deposición en todos los puntos dentro de pequeño diámetro a través de los agujeros ciegos (que se logra por una combinación de la inhibición de la superficie de placas de espesor y la mejora de la cobertura en la base de a través de los agujeros ) . cobertura uniforme también es necesaria para permitir flash efectiva grabado y también para proporcionar conductividad superficial consistente durante cobre electrolítico . fiabilidad de interconexión de alta se puede realizar a través de una combinación de desmear optimizado , catalización y cobre electrolítico galjanoplastia procesos.
un esfuerzo especial se centraron en los siguientes tres pasos: 1) Impacto de la neutralización en la formación de la rugosidad superficial óptima durante el proceso de desmear , 2) efectos de acondicionamiento de superficies tanto en la adherencia de metalización y resistencia de aislamiento y 3) los efectos de cobre electrolítico en la formulación de placas metalización de la adhesión y la cobertura dentro de los agujeros a través de .
Figura 2: Principales aspectos de los procesos de metalización semi - aditivo.
Descripción del proceso
(1) Neutralización permanganato
En general, los procesos desmear se componen de tres etapas: la inflamación , el permanganato y la neutralización. La Figura 3 ilustra los cambios en la morfología de la superficie de un muy ampliamente utilizado acumulación dieléctrica ABF - GX13 ( Ajinomoto Acumulación de Cine , un producto de Ajinomoto Bellas - Techno Co., Inc. ) durante el proceso desmear . Las imágenes en la Figura 3 muestran que la estructura de la superficie de permanganato siguientes + inflamación difiere en gran medida de que la neutralización siguientes visto. Mientras que la resina de grabado está determinada por las condiciones de tratamiento y el permanganato de inflamación , la morfología de la superficie final, que se comunicará con el pre-tratamiento y proceso de cobre electrolítico es mucho más afectados por las condiciones de neutralización proceso. Uso de los procesos convencionales de neutralización para las aplicaciones de PTH, una estructura de superficie irregular se forma mediante la eliminación de la capa de superficie. Uso de la química optimizada de neutralización, la rugosidad de la superficie (medida mediante el promedio de rugosidad Ra ) no está muy alterado , sino una superficie mucho más rugosa uniforme es creado. La formación de una multa adicional de puntos de anclaje se traduce en mejoras en la adhesión de la metalización y fiabilidad.
Figura 3 : morfología superficial durante el proceso de desmear dieléctrico.
Figura 4 se muestra la evolución del proceso de desmear , utilizando la química de neutralización optimizado , en 50 micras, ciegos vías formada en ABF - GX13 . Una superficie rugosa se formó de manera uniforme y una citología fue removido por completo de las plantas de los a través de los agujeros. El cobre pendientes a la adhesión de cobre también fue demostrado por la rotura de distancia de la lámina de cobre en la capa interna a través de una prueba del tirón siguientes placas de cobre electrolítico .
Figura 4: la capacidad del proceso Desmear : Ciegos a través de la limpieza y la promoción de la adherencia dieléctrico.
(2) Acondicionamiento de paso
Después de desmear , tratamiento de acondicionamiento de la superficie dieléctrica se lleva a cabo a fin de aumentar la adsorción de Pd / especies catalizador Sn coloidales , que son aproximadamente 1 nm de diámetro. El acondicionador modifica la carga superficial mediante la absorción de las especies con carga positiva , que atraen el catalizador coloidal con carga negativa . La cantidad de Pd / adsorción de Sn y el estado de adsorción son altamente dependientes del tipo de acondicionador y la formulación de baño. Una formulación acondicionado optimizado fue encontrado para mejorar la micro- uniformidad de la absorción del catalizador , aunque el importe total global de adsorción catalizador no fue cambiado. Mientras que los productos estándar fabricados acondicionador de placas desigual y menor adhesión a las superficies dieléctricas, de utilizar el acondicionador optimizado mejora en gran medida la uniformidad de la absorción de catalizador y depósito de cobre electrolítico .
análisis del tratamiento de superficie dieléctrica siguientes con el acondicionador optimizado mostraron un aumento en la formación de grupos hidroxilo y carboxilo en comparación con el producto tras el tratamiento con un acondicionador estándar. Las concentraciones adicionales de grupos funcionales capaces de formar puentes de hidrógeno formado se cree que aumentan el grado de interacciones de enlace químico entre las especies y la superficie del catalizador dieléctrico. Además, dichos bonos químicos se cree que se hacen más fuertes los siguientes pasos después de la cocción , debido a la deshidratación reacciones.
Figura 5 se muestra la fuerza de adherencia de ABF - GX13 , tanto para los acondicionadores, en un rango de valores de Ra, logrado mediante la variación de la duración del tratamiento permanganato. Estos resultados demuestran la mejora del funcionamiento del acondicionador de reciente creación. Si bien la fuerza de adherencia puede ser alta en los valores más altos de Ra , al usar el acondicionador ya existentes , fue posible obtener la fuerza alta adherencia , incluso a bajos valores de Ra cuando se utiliza el acondicionador optimizado.
Figura 5a: Relación con permanganato Tiempo de tratamiento y de la superficie de rugosidad (Ra ) .
Figura 5b: Relación de la rugosidad de la superficie ABF - GX13 , la adhesión y la formulación de acondicionador.
(3) de cobre electrolítico Revestimiento
En general , el cobre electrolítico con tartrato de baños electrolíticos como el agente quelante se sabe que tienen peor estabilidad de la solución , debido a la unión más débil del cobre en solución. Ha sido nuestra experiencia que la mejora de cobre electrolítico de realizar formulaciones placas se pueden obtener con EDTA, debido a su mayor quelato constante de estabilidad . Sin embargo, existe una tendencia a la deposición de baños convencionales basados en EDTA para dar mayores tasas de depósito en los lugares donde el transporte de masas es mayor , ya que estas formulaciones tienen a menudo rápidas tasas de siembra inicial . Figura 6 muestra las secciones transversales de 50 micras, ciegos en vías de ABF - GX13 , a raíz de cobre electrolítico en placas, la comparación de un sistema convencional basado en EDTA con una formulación optimizada de cobre electrolítico . Por lo convencional baño de cobre electrolítico , prácticamente no se observó la deposición en la base de los ciegos a través de los agujeros. Por el contrario , las modificaciones de la concentración de cobre y tensioactivo en el baño optimizado dado lugar a mejoras muy sustanciales en la cobertura de cobre electrolítico . Además , la formulación modificada totalmente la compleja morfología de la superficie , lo cual permitiría mejorar la adherencia de cobre electrolítico placas con el material dieléctrico.
Figura 6:Comparación de la cobertura de cobre electrolítico y el poder de penetración en 50 vías se unen micras .
Fuerza de adherencia en juicios has Usando Cada Paso Desarrollo
La figura 7 muestra los valores de resistencia al desgarro , a raíz de has (1300C/85 % Humedad Relativa) Pruebas en las que el cobre electrolítico plateado y 20 micras de espesor de cobre electrolítico siembra se aplicaron a ABF - GX13 , con una superficie de aproximadamente 600 Ra nm. Estas pruebas permiten evaluar el desempeño optimizado de la neutralización , el acondicionamiento y el cobre electrolítico galjanoplastia procesos. Mientras que la fuerza de adhesión inicial de la combinación del acondicionador de estándar y baño galvánico de cobre electrolítico resultó ser 0,63 kgf / cm , después de 100 horas de has cayó a 0,49 kgf / cm. Por el contrario, la combinación del acondicionador de cobre electrolítico optimizado y formulaciones forro , siempre una dotación inicial de 0,71 kgf / cm , que se mantuvo en 0,60 kgf / cm o más, incluso después de 100 horas de has . Los valores de 0,6 kgf / cm representan una fuerza de adherencia suficiente para satisfacer los requisitos del producto final - el rendimiento. La robustez del proceso no se demostró sólo por los valores de adhesión inicial , sino también por la mínima degradación de las pruebas tú .
Figura 7:Resistencia pelado de ABF - GX13 después de la prueba has .
Resistencia de aislamiento después de la formación del circuito
Evaluación de las muestras preparadas con el proceso de metalización optimizado se llevó a cabo en muestras de ABF - GX13 con un Ra de aproximadamente 600 nm, usando un patrón de panal con la Línea / Espacio = 10/10 micras . piezas de prueba fueron preparados utilizando una placa modelo secuencia de proceso y las pruebas se llevaron a cabo con la tensión aplicada ( has : 130 ° C/85 % de humedad relativa , tensión de polarización : DC 5V). Los resultados mostraron resistencias de aislamiento de 1 x 108 Ω , incluso después de 100 horas de pruebas , lo que indica la resistencia de aislamiento aceptable entre las características del circuito , incluso en su punto más de 10 micrones .
Resumen
Los resultados de las evaluaciones de un proceso electrolítico optimizado metalización de cobre , diseñado para el procesamiento de SAP de la acumulación de materiales dieléctricos , demostrar los beneficios de la optimización de la neutralización , el acondicionamiento, y el cobre electrolítico galjanoplastia procesos. Alta densidad de cableado estructuras tratados en el nuevo proceso permitirá mayor velocidad de transmisión de señal , mientras que proporciona altos niveles de fiabilidad del sistema. Las siguientes características lo hacen muy adecuado para sustratos de transformación para la próxima generación de paquetes de semiconductores .
* Bajo la rugosidad combinada con dieléctrico de cobre de alta a la adhesión dieléctrico.
* cobre electrolítico pendientes propiedades placas ciegas a través de la cobertura en los agujeros.
* Excelente fiabilidad a través de orificio de interconexión.
* Alta resistencia de aislamiento entre las características del circuito.
Aplicación de los procesos a la siguiente generación la acumulación de materiales dieléctricos se describe en la Parte 2 de este artículo .
Referencias
1. Internacional de Tecnología para el Plan de trabajo Semiconductores : www.itrs.net.
Hiroyuki Nishiwaki es la I + D Jefe de Proyecto para el Desarrollo de Productos Metalización en el grupo de tecnologías de interconexión de Dow Electronic Materials . Él puede ser alcanzado en nishiwakih@dow.com.
Katsuhiro Yoshida y Li Shenghua son científicos de investigación en la I + D de productos Metalización grupo.
Dow Electronic Materials es un proveedor global de una amplia gama de productos impresos circuito de fabricación, incluyendo pretratamiento dieléctrico y metalización y una amplia gama de procesos a través de llenado para el IDH y aplicaciones de embalaje sustrato.
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