PTH及其取代制程介紹

1、PTH及其取代製程介紹報(bào)告人：Y82 陳帥臣2002/04/21內(nèi) 容 1.PTH原理介紹 2.取代製程介紹 3.結(jié)論P(yáng)TH原理介紹1.PTH Process：清潔微蝕酸洗活化還原速化化銅(鹼鈀系統(tǒng))清潔微蝕預(yù)活化活化速化化銅(酸鈀系統(tǒng))各製程目的及原理一、清潔目的：1.清潔 原理：利用槽液中潤濕劑的“偶極”性分子，以其帶負(fù)電的疏水端趨向及緊附在不親水的孔壁上，並排擠趕走先前鬆弛附著的鑽屑與粉塵，如此可達(dá)到清潔孔壁的目的。2.整孔 原理：因環(huán)氧樹脂在經(jīng)過鑽孔及除膠渣製程後帶“負(fù)電性” ，此一“負(fù)電性”對(duì)孔壁之金屬化頗不利。並由於化學(xué)銅前孔壁須先上一層鈀金屬，之後的化學(xué)銅才能快速又牢靠的附著與積

2、厚。若藥液中的鈀離子與亞錫離子間未加妥善隔離時(shí)，將導(dǎo)致鈀金屬沉澱於槽底之浪費(fèi)。故為求槽液之安定，槽液中需加入多量的氯離子與有機(jī)物，使溶液中的膠體“鈀團(tuán)”受到保護(hù)。此時(shí)外圍會(huì)附有帶負(fù)電的氯離子，而使整個(gè)“鈀團(tuán)”成為帶負(fù)電的粒子。因而必須先把孔壁調(diào)整為“正電性” ，才不致因負(fù)負(fù)相斥而影響整個(gè)鈀於孔壁的沉積。 二、微蝕目的：去除附著在銅箔面上之整孔劑皮膜原理：因整孔後在板外側(cè)之大銅面及孔壁內(nèi)環(huán)側(cè)銅環(huán)帶上都同時(shí)牢牢附著一層整孔劑皮膜，這樣會(huì)造成化鈀層與化銅層落在不該落的地方；不但會(huì)形成無謂的浪費(fèi)，而且還可能造成銅面剝離之嚴(yán)重狀況，故整孔劑皮膜是務(wù)必要清除(硫酸+雙氧水) 。三、酸洗目的：去除微蝕未去除

3、附著於板面之皮膜原理：利用濃度較低之硫酸去除微蝕槽未去除乾淨(jìng)之皮膜， 並稀釋殘留表面之硫酸雙氧水。四、活化 目的：使鈀膠體附著於孔壁及板面 原理：以氯化鈀為主，並與其他藥劑調(diào)配成的一種膠體溶液，其 中帶負(fù)電的鈀膠團(tuán)可對(duì)板材的非導(dǎo)體部分，如孔壁或板邊等已調(diào) 整為正電的基材表面，以正負(fù)相吸的方式密集著落，達(dá)到孔壁金 屬化的目的。 五、還原目的：還原表面鈀離子膠體為鈀原子 原理：利用還原劑將離子狀態(tài)之鈀還原成原子狀態(tài)之鈀以利於附著於孔內(nèi)及孔壁，便於後續(xù)與化學(xué)銅之結(jié)合。 Pd2+ + Sn2+ Pd + Sn4+ Sn4+ + 9H2O H2SnO36H2O + 4H+六、速化目的：將膠鈀團(tuán)之外殼剝除

4、，使露出核心之金屬鈀與化學(xué)銅反應(yīng)。原理：活化製程使鈀膠體落在底材上，再經(jīng)速化反應(yīng)將膠體外殼 剝掉，露出鈀核並在外圍產(chǎn)生氫，以加速化學(xué)銅的沉積反 應(yīng)。Metal particleAssociated hydrogenMMMMMMMMMHHHHHHHHHHHHHHHCatalyst adsorbed with protective colloidCatalyst after accelerator stage還 原 鈀 離 子至 原 態(tài) 作 為化 學(xué) 銅 起 始 觸媒O H利 用 氧 化 還 原 反 應(yīng)將 化 學(xué) 銅 沉 積 於非 導(dǎo) 體 之 孔 壁 上化 學(xué) 銅乾 燥D r yE - l e s

5、 s C u水 洗R in seS uB F4+ 2C l水 洗R in se還 原 速 化R e d u c e r水 洗R in se活 化A c t i v a t o r鈀 膠 體 吸 附 M i c r o E t c h i n g水 洗R in seP r e - D i p水 洗R in se預(yù) 浸微 蝕水 洗R in se避 免 污 染活 化 槽 液去 除 氧 化減 少 活 化鈀 用 量C l e a n e r C o n d i t i o n整 孔作 孔 壁 清 潔潤 溼 及 整 孔P dC u+ 2H2七、化學(xué)銅目的：在孔壁及板面上鍍上一層化銅當(dāng)作導(dǎo)電層原理：經(jīng)鈀膠體

6、活化與後來速化處理後，孔壁上非導(dǎo)體表面將均勻佈著催化活性的鈀層，於是在此種貴金屬催化及鹼性條件下，甲醛會(huì)解離(氧化)而產(chǎn)生還原性的氫： HCHO + OH- H2+ HCOO-接著是銅離子被還原： Cu2+ + H2 + 2OH- Cu + 2H2O鈀催化可取代PTH之製程1.以碳粉(carbon)作為導(dǎo)電物質(zhì)由於碳粉顆粒架大不易形成膠體(Colloid)而懸浮於槽液中，只能以分散(Dispersive)方式存在於液中，且碳粒容易沉澱常於槽底形成堆積(clumps)。位保證孔壁碳膜塗佈之均勻及附著力良好起見，必需進(jìn)行重複塗佈。且因碳膜本身導(dǎo)電性不佳，電鍍銅孔壁的形成是從兩端孔口向孔內(nèi)逐漸發(fā)展的

7、，故對(duì)於點(diǎn)狀孔破(wedge voids)之發(fā)生特別敏感。此系列多採用水平自動(dòng)線，以方便碳液由上向下自各孔中湧過，而得以整體塗佈。2.以導(dǎo)電性高分子聚合物(Conductive polymer) 作為導(dǎo)電之先驅(qū)物質(zhì)此類商品是以poly-pyrrole(聚比喀)為主。在其形成導(dǎo)電膜(conductive layers)之前，板材必須先在高溫環(huán)境中(約90)，以高錳酸鹽溶液進(jìn)行氧化性的整孔處理，使於孔壁上先形成二氧化錳層，再浸於含pyrrole的稀釋液中使反應(yīng)生成導(dǎo)電膜。由於此類高分子膜之導(dǎo)電度不佳，歐姆電阻質(zhì)甚高，使後續(xù)酸性電鍍銅在槽液之選擇及操作管理上都必須謹(jǐn)慎。3.以鈀(Palladium)

8、鹽或其化合物作為導(dǎo)電物質(zhì)已商業(yè)化產(chǎn)品包括：A.純鈀(pure palladium)B.硫化鈀(palladium sulfied)C.銅鈀合金(coppe-palladium alloy)在孔內(nèi)塗佈之均勻性，對(duì)各層孔環(huán)截面之結(jié)合力、皮膜之導(dǎo)電性、耐酸鹼之浸蝕能力及整體附著性之優(yōu)劣等，皆可作為直接金屬化成效好壞之主要判斷準(zhǔn)則。 Conductron DP 此製程原出自美商STS公司之DSP製程，即在活化劑中加有Vanillin香蘭醛而得以導(dǎo)電。經(jīng)Lea Ronal公司購得專利權(quán)後，另在“加速化槽”中加入銅離子，而使效果更好。Conductron 製程主要分為三大步驟：整孔活化加速化 1.清潔/整

9、孔a.對(duì)孔壁之基材進(jìn)行濕潤，清潔以及對(duì)微坑施以浸滲處理 b.對(duì)孔壁基材之樹酯、剝纖或銅面等更賦予一種“雙電荷物質(zhì)層”的孔壁整理，使在後製程中更容易對(duì)鈀膠體產(chǎn)生吸著作用。2.活化藉由前整孔站之靜電賦與效果，並經(jīng)一道預(yù)浸處理，而將類似傳統(tǒng)PTH的錫鈀膠體吸附於孔壁上。隨後之水洗再迫使錫鈀膠體進(jìn)行分解，而令二價(jià)錫分布於孔壁外表，同時(shí)也讓鈀顆粒緊緊的固定在孔壁上。 3.加速化 本槽液中已刻意另加入銅離子，以便能在孔壁上也沉積出銅金屬。當(dāng)製程板進(jìn)入加速劑溶液中，其孔壁外表之二價(jià)錫將扮演一種強(qiáng)力的還原劑，促使銅離子還原為銅金屬顆粒。此時(shí)膠體自身氧化成四價(jià)錫，將會(huì)被加速液及後續(xù)之浸酸液所剝除，於是在孔壁上形

10、成一層含金屬鈀與銅耐氧化性的導(dǎo)電膜，是一種讓銅金屬顆粒在孔壁上的固定作用。NEOPACT 直接電鍍之原理與操作NEOPACT是ATOTECH公司在直接電鍍方面的製程，係針對(duì)除膠渣後的孔壁法附著上一層高分子性的“膠體鈀”層，在剝掉有機(jī)膠殼露出金屬鈀而具導(dǎo)電性後，即可直接進(jìn)行酸性電鍍銅完成一次銅的孔壁。本法因已取消化學(xué)銅的操作，故稱為“直接電鍍”其垂直製程除水洗外主要有六站1.潤濕 本製程站有兩種功用： a.將不親水的孔壁基材面轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性b.進(jìn)行孔壁的清潔以方便後續(xù)各站處理，使孔壁產(chǎn)生更好的吸 收作用 2.整孔本製程站有兩種功用： a.繼續(xù)第一站的濕潤與清潔b.將非導(dǎo)體孔壁所帶的負(fù)電性調(diào)整為正電

11、性3.微蝕清潔本站功用是將銅面上的整孔劑皮膜予以剝除，並清洗銅面，避免板面銅箔與各孔環(huán)的測(cè)銅面上有鈀層的附著，同時(shí)還可除去銅面的指印與污染物，此二功用皆為增加後續(xù)電鍍銅層的附著力。換句話說所有裸露銅面，均不應(yīng)附著整孔劑層以及後續(xù)的鈀層。4.預(yù)浸本站系保護(hù)下一站鈀槽液而設(shè)，減少污染物與銅含量的進(jìn)入。5.鈀導(dǎo)體化此為酸性膠體鈀液，即為Neopact孔壁金屬化之最重要製程。其中鈀原子被某些有機(jī)高分子及特別選擇的強(qiáng)力還原劑兩者所包圍，形成立度約為10m左右的安定膠體粒子。外殼中的高分子是扮演著一種安定劑，能夠維持粒子在溶液中懸浮而不沉澱，而其中的氨基團(tuán)(amino group)帶有自由電子對(duì)，將使整個(gè)

12、膠體帶有負(fù)電荷，如此將促使鈀膠體吸附在已調(diào)整為正電性的孔壁上，並形成均勻緻密的表層。6.後浸本站的功用是將所附著鈀膠體多餘的高分子外殼剝掉，露出核心的金屬鈀原子，增加其導(dǎo)電度，讓後續(xù)的電鍍銅更容易鍍上 Crimson製程Crimson為Shiply所推出直接鍍孔的製程，採用”硫化鈀”皮膜作為導(dǎo)電介質(zhì)。主要分為7階段：1.敏化處理2.預(yù)活化處理3.活化劑處理4.轉(zhuǎn)化劑處理5.增強(qiáng)劑處理6.安定劑處理7.微蝕處理1.敏化處理對(duì)不導(dǎo)電的孔壁底材先賦予正電荷，以便於後續(xù)活化劑處理中，能有效的在孔壁上吸附帶負(fù)電的”錫鈀膠體”2.預(yù)活化處理保障後面鈀槽，減少帶入之污染及水量3.活化劑處理供應(yīng)錫鈀的膠體粒子

13、，完成在孔壁上的吸附 4.轉(zhuǎn)化劑處理從已活化後的孔壁上將多餘的錫份剝除5.增強(qiáng)劑處理此為一種硫化物，可與已附著之錫鈀膠體粒子反應(yīng)，而將之轉(zhuǎn)化為硫化鈀以及硫化錫，以增加導(dǎo)電性6.安定劑處理將不溶於酸的硫化錫，以化學(xué)反應(yīng)方式將之轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸a，而溶解於酸中，使導(dǎo)電的硫化鈀層更安定7.微蝕處理將已生成的氧化錫再以酸液予以除去，讓孔壁上只剩下能導(dǎo)電的硫化鈀連續(xù)皮膜即完成SHADOW製程 Shadow製程最早是美商Hunt Chemical於1983年已碳粉懸濁液(Toner)對(duì)孔壁試做導(dǎo)電塗佈而發(fā)明的。1993年後改兩道黑膜理，稱為Black Hole II並被轉(zhuǎn)售於麥特公司。Black Hole的製程

14、並不複雜，操作、控制上亦即為簡(jiǎn)易，此技術(shù)最主要的是在Black hole槽液。其藥液是一種以碳粉為基礎(chǔ)的水溶性懸浮液，碳粉的固態(tài)成份約為1.35%1.45%，其他是水及一些微量的添加劑。其中並不含金屬成份，更不含甲醛等有害物質(zhì)。 Black Hole懸浮物顆粒大小，約在150200nm之間，和其他懸浮物不一樣，其顆粒也會(huì)有凝聚及羽化(flocculate)的趨勢(shì)，故不易發(fā)生沉澱，因而使得槽液在延長儲(chǔ)存期間，仍能保持效能及活性。此槽液儲(chǔ)存環(huán)境之溫度可以從20(6.6)到140(60)都很安全，不治有分解或變質(zhì)之慮。再者為了使這些懸浮物顆粒能均勻沉積在孔壁中，必須要將槽液攪動(dòng)循環(huán)(約78槽次/小時(shí)

15、)。 1.清潔劑 是一種為鹼性水溶液，其pH質(zhì)約為10.711.2，並含有微弱的複合劑。主要功能是清潔銅面，並除掉鑽孔孔壁的殘屑、清潔孔壁，以配合後站整孔劑處理的進(jìn)行。2.整孔劑是一種為鹼性水溶液，其pH質(zhì)約為10.711.2，並含有微弱的複合劑。主要功能在對(duì)玻璃纖維和樹酯表面上原有的負(fù)電荷，予以調(diào)整成正電性，然後可促進(jìn)black hole帶負(fù)電微粒的吸附。3. Black hole槽 微鹼性水溶液pH值約為10.510.8左右，黏度和水相近。碳之固態(tài)成份含量約為1.35%，主要功能是在孔壁上沉積一層黑碳皮膜，以完成導(dǎo)電功能，使續(xù)電鍍銅能順利進(jìn)行。黑碳膜的導(dǎo)電度不是很強(qiáng)，其電流是由銅導(dǎo)體向黑膜

16、表面逐漸延伸。對(duì)孔體而言，是由孔口兩端向孔中央慢慢長進(jìn)去的。對(duì)於六層以上的深孔，其度不滿與出現(xiàn)缺口的機(jī)會(huì)自然比化學(xué)銅高很多。 4.烘乾 主要功能是將孔壁及銅面上已均佈之黑碳層加以烘乾，此處需特別注意溫度，且通風(fēng)量一定要充足，否則若孔內(nèi)水分未完全乾燥時(shí)(尤其是深孔或小孔內(nèi)部)，則其佈碳層很容易被後處理製程的微蝕段所噴洗沖掉。但必須特別強(qiáng)調(diào)的是，此處的烘乾作業(yè)並不牽涉到任何熱聚合反應(yīng)，只為了除水而已，故烘乾條件應(yīng)正確，甚至稍有過度時(shí)也不會(huì)造成表面脆化現(xiàn)象。5.微蝕因?yàn)閎lack hole微粒不只會(huì)沉積在孔壁上，而且也會(huì)沉積在銅層表面及內(nèi)層銅環(huán)側(cè)面上。這些附有黑碳層的銅面，必須要除盡碳膜露出底銅才能增加與孔壁電鍍的附著力，並使得影像轉(zhuǎn)移的乾膜附著力也增強(qiáng)。此微蝕以過硫酸鈉水溶液為主，是一種穿透碳層蝕入銅面的反應(yīng)機(jī)構(gòu)，換句話說微蝕劑本身和黑碳層之間不會(huì)有任何化學(xué)反應(yīng)，但因黑碳層較薄，