一种QFP粗铜电镀溶液、配制方法和电镀方法与流程

本发明涉及电镀，尤其是一种qfp粗铜电镀溶液、配制方法和电镀方法。

背景技术：

1、引线框架作为集成电路芯片机械支撑载体，借助键合线，将芯片电路内外连接起来，形成电信号通路；以及通过散热通路，将芯片在工作时产生的热量散发出去；因此引线框架主要起到稳定芯片、传导信号、传递热量的作用。

2、根据半导体的不同，引线框架可分为两类：应用于集成电路的引线框架和应用于分立器件的引线框架。这两类半导体所采用的后续封装方法各不相同，变化多端。不同的封装方法需要不同的引线框架。因此引线框架行业，引线框架通常以半导体的封装方式命名。集成电路应用广泛，发展迅速。目前有dip、sop、qfp、bga、csp等封装方式；分立器件主要是各种晶体管，大多采用to和sot封装。

3、qfp引线框架（简称qfp），与芯片和电路板经过封装后形成如图4所示的半导体集成电镀器件。qfp中间具有微凹形的一面为芯片承载面如图2所示，另一微凸面为与电路板热压面如图3所示。

4、半导体集成电路器件在高频高速信号传递过程中，不可避免的会产生趋肤效应，受此影响，集成电路器件中的电流传输会更倾向于在导体的表面流动。qfp与芯片的封装过程中，qfp与树脂基板机械热压成型时，一方面，qfp过低的表面粗糙度带来的低比表面积无法满足铜表面在与树脂基板压合过程中对机械咬合作用的要求；但一方面，过高的表面粗糙度会使高频信号在传输过程中发生反射、驻波等信号失真现象的发生。显然，上述两个方面对qfp表面铜粗糙度的要求相互掣肘，背道而驰。因此，在qfp粗化处理中如何平衡两个相悖的粗糙度要求，制备兼具“高的粗铜抗剥离强度”和“极低的粗铜轮廓度”的合理铜粗糙结构，是qfp铜粗化过程的一大重点和难点。

5、此外，qfp通过键合线，将芯片电路内外连接起来形成传输电信号通路时，键合线与qfp之间，时常也会出现焊接不牢固的缺陷，这些缺陷严重制约其在制造高端半导体晶圆芯片电子产品领域的应用和发展。

6、目前，在qfp与树脂基板封装中存在的缺陷，主要从树脂基板材料的质量不佳、树脂基板材料与qfp的兼容性差、及热压成型条件工艺三方面着手进行解决；当所述三方面解决方案都具备最佳条件时，仍然存在qfp与树脂基板热压成型结合力不足的现象发生，而且根据产品批次的不同，发生的问题没有规律可循；针对封装结合力不足缺失品的根源追溯，发现用于热压成型的qfp表面粗糙度与良品比较，平均表面粗糙度ra数据偏低，因此，如何提高qfp表面粗糙度成为解决问题的核心。尤其是，qfp系列产品中，必须进行局部单面粗化的特殊需求是关键技术，如何解决qfp电镀铜粗化产品，是解决该问题的重要核心内容。

7、专利cn 111885849 a提供一种qfp封装芯片焊接方法，在全文中没有记载有关qfp表面粗糙度与封装热压成型的内容。专利cn 214203675 u提供一种qfp四方扁平封装引线框架键合固定夹具，也没有记载qfp表面粗糙度与封装热压成型的内容。专利cn 105097749a提供一种组合的qfn和qfp半导体封装方法中，也没有相关qfp表面粗糙度与封装热压成型内容的记载。专利cn 217324376 u提供一种用于qfp引线框架电镀处理装置中，没有涉及相关的使qfp表面粗糙化的处理工艺。专利cn 117259883 a提供一种qfp器件激光软钎焊工艺参数优化方法、系统和介质的方法中，也没有相关qfp表面粗糙度与电路板封装热压成型内容的记载；专利cn 110379774 a提供一种qfp器件封装结构，针对芯片不能稳定的连接在安装板上的问题，而提出的解决方案；该专利也没有记载有关qfp表面粗糙度与电路板压热成型时结合力不足的相关报导。

8、专利cn 114284155 a公开了一种单面粗化引线框架的制备方法，对引线框架基材进行前处理后，进行单面贴膜保护、再通过浸入铜溶液中进行镀粗铜处理，即得到所需单面粗化的引线框架。

9、专利cn 117116774 a一种引线框架及其制备方法，对引线框架基材进行前处理、再进行背面压膜保护后，再通过浸入微腐蚀液中，对引线框架正面进行单面腐蚀，即得到所需单面粗化的引线框架。

10、目前引线框架金属材料表面粗化工艺有如下方式：

11、1）、将镀件浸入化学微蚀溶液中使镀件双面同时粗化，其原理为通过化学药水对金属表面进行不均匀腐蚀反应，金属表面的腐蚀溶解过程的不均匀性促使镀件形成粗糙面；

12、2）、将镀件浸入镀铜溶液中电镀使镀件双面同时电镀析出粗铜，原理为通过在镀件表面电镀过程中进行非均匀性电解沉积，导致铜原子在镀件表面排布非均匀性的结果，使镀件形成镀粗铜表面。

13、3）、将镀件单面贴膜保护，以浸入溶液进行微腐蚀方式，获取单面粗铜表面镀件；或将单面贴膜保护的镀件浸入镀粗铜溶液进行镀粗铜的方式，制备具有单面粗铜表面的电子产品镀件。

14、现有技术的所述1）～3）的粗化处理工艺，以浸入溶液方式，在对镀件双面进行处理时效果较好，但一方面浸入式工艺只能满足同时处理镀件双面的需求，无法满足对qfp单面进行镀粗铜的工艺要求；另一方面，浸入式处理工艺对qfp粗铜抗剥离强度、信号传输等性能的提升十分有限，已经无法满足对qfp局部和单面进行镀粗铜电镀处理的需求。因此，研究开发能够满足qfp局部和单面的镀粗铜工艺具有十分重要的意义。

15、至今为止，尚未见有关解决所述问题的文献报导；这些用于半导体集成电路封装的科学问题和技术难关的存在，阻碍了航天航空、新能源汽车、通讯电子产业对高端电子元器件材料不断创新增长的需求，是急需创新突破的研究课题。

16、因此综上所述，在qfp封装芯片技术领域，急需寻找一种用于qfp的镀粗铜溶液、配制方法和电镀方法，通过对qfp表面进行处理获取粗铜表面，提升qfp表面与树脂基板压合过程中对机械咬合性能；从而用于解决电路板与qfp热压成型半导体集成电路产品，经常会出现由于机械咬合性能差，导致半导体集成电路的高频信号在传输过程中信号失真现象的发生。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：qfp表面与电路板树脂材料表面热压成型的半导体集成电路产品，由于其表面之间结合不牢固、开裂缺陷而导致的半导体芯片产品信号传输不稳定、功率损耗过多的技术难题。为克服现有技术中之不足，提供一种qfp粗铜电镀溶液、配制方法和电镀方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种qfp粗铜电镀溶液，包括如下浓度的组分：

4、

5、进一步地，所述铜盐选自五水硫酸铜、氧化铜、硝酸铜水合物、磷酸铜、水和焦磷酸铜、氯化铜二水合物中的一种或多种。

6、进一步地，所述导电盐选自硫酸、磷酸、硝酸、甲烷磺酸、乙烷磺酸、二甲基磺酸乙烷、2-巯基乙烷磺酸钠、3-硫-异硫脲丙基磺酸、羟乙基磺酸、烯丙基磺酸钠、1-丁基磺酸-3-甲基咪唑硫酸氢盐中的一种或多种。

7、进一步地，所述光亮剂选自乙烯硫脲、1-丁基硫脲、n-烯丙基硫脲、2,5-二硫二脲、1-(噻唑-2-基)硫脲、6-杂氮-2-硫脲嘧啶、(2-甲氧基乙基)硫脲、3-硫-异硫脲丙基磺酸、2-硫代巴比妥酸；以及聚二硫二丙烷磺酸钠、二硫化二苯并噻唑、双(二乙基硫代氨基甲酰)二硫化物中的一种或多种。

8、进一步地，所述第一稳定剂选自2-羟基噻唑、2-硝基噻唑、2-巯基噻唑、噻唑-2-磺酸、2-巯基噻唑啉、5-羟甲基噻唑、2-氨基-2-噻唑啉、2-巯基苯并噻唑、5-硝基-1,3-噻唑、噻唑-4,5-二甲酸中的一种或多种。

9、进一步地，所述季铵盐选自十四烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、聚烯丙基胺盐酸盐、聚（二烯丙基二甲基氯化铵）、聚[双(2-氯乙基)醚-alt-1,3-双[3-(二甲氨基)丙基]脲]季铵溶液、氯化-2-羟基-3-(三甲氨基)丙基聚环氧乙烷纤维素醚（聚季铵盐10）、聚[(2-甲基丙烯酸二甲氨基乙基硫酸二乙酯-co(1-乙烯基-2-吡咯烷酮)]、三十二烷基三甲基氯化铵中的一种或多种。

10、所述季铵盐，由于其具有阳离子性或中性特征，通过阴阳相互吸引结合作用，能够吸附粗铜电镀溶液在电镀铜过程中产生的各种无用的有机副产物、悬浮物、气溶胶等影响镀铜层品质的纳米颗粒，使其凝聚成微米颗粒后，通过电镀设备精密过滤桶装置过滤清除，从而实时维护保持粗铜电镀溶液清洁不受污染，有助于保障镀粗铜产品质量。

11、进一步地，所述添加剂包括第二稳定剂和金属表面活性剂，所述第二稳定剂为具有取代基r的吡啶类化合物，取代基r选自碳原子数1～4的烷基、卤素、硝基、磺酸基、巯基和硫脲中的一种或多种；具体的，第二稳定剂选自2-巯基吡啶、3-吡啶硫脲、3-吡啶磺酸、2-硝基吡啶、3-硝基吡啶、吡啶-2-磺酸、4-巯基吡啶、4-吡啶丙硫醇、吡啶-4-磺酸、4-吡啶丙硫醇、三溴化吡啶鎓、2-巯基烟酸、4-甲基苯磺酸吡啶鎓、3-硝基苯磺酸吡啶鎓、1-丁基-4-甲基氯化吡啶鎓、1-乙基-3-甲基吡啶鎓乙磺酸盐、对甲苯磺酸2,6-二甲基吡啶鎓盐、2-氟-1-甲基吡啶(盐)对甲苯磺酸酯中的一种或多种；

12、所述金属表面活性剂选自50wt%聚丙烯酸钠水溶液、40wt%聚丙烯酸铵水溶液、丙烯酸羟丙酯聚合物、分子量1000的丙烯酸马来酸共聚物、分子量300的聚马来酸、七聚乙二醇、八聚乙二醇、十聚乙二醇、分子量400的氨基聚乙二醇羟基、分子量600的聚乙二醇二羧酸、分子量1000的聚乙二醇二羧酸、氨基-七聚乙二醇-羧酸、氨基-九聚乙二醇-羧酸、分子量1000的聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种或多种。

13、添加剂中第二稳定剂为吡啶类化合物，金属表面活性剂为多聚化合物类。添加剂中吡啶类化合物和多聚化合物类的相互关联作用，有利于qfp镀件在电镀过程中形成一定粗糙度的镀铜表面。一定粗糙度的镀铜表面的形成，具体过程为：在本发明的粗铜电镀强酸性溶液中，吡啶类化合物易形成吡啶鎓类，吡啶鎓的正电荷与多聚化合物聚丙烯酸铵的负电荷相互吸引形成体积庞大分子；另一方面，聚丙烯酸铵作为金属表面活性剂，起到促进铜电镀溶液与qfp金属表面亲和作用；当以毫秒为单位所进行的电镀过程中，所述形成的体积庞大分子亲和在qfp表面的部分区域，该区域受到遮蔽故不能被电镀析出铜，反之没有被所述体积庞大分子亲和遮蔽的区域，能够正常电镀析出铜；所述体积庞大分子亲和遮蔽qfp表面的现象是以毫秒为单位实时无序变化的动态平衡，直至所设定的电镀时间结束为止；所述无序变化亲和及遮蔽的叠加结果，导致qfp镀件表面电镀析出铜的分布不均匀特性，形成具有一定粗糙度的镀铜表面。

14、进一步地，所述qfp粗铜电镀溶液总酸值为11.8～19.5ml/l，qfp粗铜电镀溶液电镀时电流密度范围为2.0～23.0a/dm2，槽液温度范围为45～55℃。

15、一种如上述的qfp粗铜电镀溶液的配制方法，具体包括如下步骤：

16、步骤（1）、在pp材质电解槽中，加入槽容量一半的去离子水，加热至40℃，在循环泵浦运转条件下，少量多次加入铜盐，溶解均匀后制得溶液a，溶液a中铜盐的浓度为200～1600mmol/l；

17、步骤（2）、另取pp材质5升烧杯，加入烧杯容量一半的去离子水，加热至40℃，在磁力搅拌条件下，少量多次加入第一稳定剂，溶解均匀后制得溶液b，溶液b中第一稳定剂的浓度为5～26mol/l；

18、步骤（3）、在步骤（2）制得的溶液b中少量多次加入光亮剂，溶解均匀后制得溶液c，溶液c中光亮剂的浓度为10～220ppm；

19、步骤（4）、在步骤（3）制得的溶液c中少量多次加入添加剂，溶解均匀后制得溶液d，溶液d中添加剂的浓度为10～416ppm；

20、步骤（5）、在步骤（1）制得的溶液a中少量多次加入季铵盐，溶解均匀后制得溶液e，溶液e中季铵盐的浓度为35～105ppm；

21、步骤（6）、在步骤（5）制得的溶液e中少量多次加入步骤（4）制得的溶液d，溶解均匀后制得溶液f；

22、步骤（7）、在步骤（6）制得的溶液f中少量多次加入导电盐，搅拌均匀混合后制得溶液g，溶液g中导电盐的浓度为90～720mmol/l；

23、步骤（8）、在步骤（7）制得的溶液g加入剩余部分的去离子水至配制所需容积，制得溶液h；

24、步骤（9）、泵浦继续运行15分钟后，步骤（8）制得的溶液h搅拌均匀后，分析测试溶液h的总酸值为11.8～19.5ml/l，即得到qfp粗铜电镀溶液成品。

25、一种如上述的qfp粗铜电镀溶液的电镀方法，具体包括如下步骤：

26、步骤s1、对镀件进行碱除油和酸活化处理；

27、步骤s2、对镀件进行镀底铜处理；

28、步骤s3、根据镀件的电镀面积和镀件形式选择相应的高速喷射电镀设备，并配置相应的电镀模具和阳极掩膜，并将阳极掩膜、镀件安装到电镀装置中；

29、步骤s4、根据镀件大小、所需镀层厚度和铜表面粗糙度要求、以及qfp不同的待电镀单面，确定电镀时间；

30、步骤s5、根据镀件的镀区面积大小，选择相应的正逆向脉冲电解电源的输出功率，实施qfp待电镀面的粗铜电镀；

31、步骤s6、对粗铜电镀溶液中铜浓度、添加剂浓度和溶液强酸浓度进行定时检测，判断与标准值的差，不足的部分自动补加相应的化学成分；

32、步骤s7、qfp镀件完成单面电镀过程。

33、本发明的有益效果为：本发明设计合理，qfp粗铜电镀溶液中稳定剂和添加剂能够提高和维持电镀溶液的长期生产稳定性、用于高速喷射精密电镀设备，实现对qfp单面进行电镀粗铜的功能，其提供的qfp单面粗铜表面，能够解决在封装工艺中，电路板树脂材料表面与qfp表面热压成型不牢固、开裂缺陷所导致的半导体芯片集成电路产品信号传输不稳定、功率损耗过多的技术难题，实现提高半导体晶圆芯片产品稳定可靠性、以及生产制造高性能和高精密半导体电子器件的目标。