种子层被酸溶穿、孔中困住气泡、还是添加剂体系根本不对路。先用低电流镀几分钟、切一片截面就能分辨。
搭桥失败的截面大致有四种形态,对应的原因完全不同,调参数之前先分清楚是哪一种,能省掉大量盲目试验。
四种形态
| 截面形态 | 最可能的原因 | 怎么确认 |
|---|---|---|
| 中段孔壁完全没铜 | 种子层太薄或不连续;在酸性药液中被溶掉;孔中困住气泡 | 电镀前做截面,看孔中部种子层的厚度与连续性 |
| 狗骨头:两端封口、中间空 | 孔口电流过于集中;电流密度过高 | 截面上两端铜厚、中部铜薄但连续 |
| 搭桥偏向一侧 | 两面电流、极间距、流量或种子层厚度不一致 | 统计多个孔,看偏移方向是否一致 |
| 接合处有细缝 | 搭桥阶段电流太大、接合太快 | 高倍截面看接合线 |
先查种子层
200μm 厚的玻璃,孔中部离两个表面各 100μm。就算两面都溅射,每一面也相当于要覆盖 5:1 的深孔,PVD 的台阶覆盖率在这个深度会大幅下降,中部的铜可能只剩表面厚度的百分之几。
这里还有一个常被忽略的问题:薄铜种子层放进酸性硫酸铜里,在通电之前就会被腐蚀溶解,本来就薄的中段最先被溶穿。对策是带电入槽——玻璃接触药液的瞬间就已加上小的阴极电流,别让种子层在药液里空泡;同时缩短溅射到电镀之间的存放时间。
再查气泡
通孔竖着放进药液时,药液从两端同时往里渗,很容易把空气封在孔中间。20μm 的孔表面张力很强,这团空气自己出不来,孔中段就一直没有药液。
真空预润湿是必须的:先在真空下用去离子水充满孔,再转入镀槽,中间不能让孔干掉。实操上「抽—放—抽—放」循环两三次,比一次抽到底憋很久有效得多,因为每次恢复常压,大气压都会把液体往孔里压一次。
最后才是调参数
如果中部有铜、只是比两端薄,问题才在电流分布和添加剂。这时有三条路:搭桥阶段用低电流起步;用反向脉冲削孔口;检查添加剂体系是不是专门的搭桥配方——用普通 TSV 填孔添加剂直接做通孔,本身就不对路。
一个快速区分的实验
正式长时间电镀之前,只用低电流镀几分钟,直接切截面看孔中部。中部孔壁一点铜都没有,问题在种子层或气泡,调电镀参数没用;中部有铜、只是偏薄,问题在电流分布和添加剂。这一步能省下大量时间。