一种基板金属化的方法与流程

本发明属于ic封装基板加工，涉及一种基板金属化的方法。

背景技术：

1、随着电子设备对性能要求的不断提高，传统的封装技术已经难以满足当前的高密度、高集成度和高性能的需求。因此，玻璃封装载板技术应运而生，为半导体封装行业带来了革命性的变革。数据中心、高性能计算(hpc)、5g通信、人工智能等领域对高性能半导体封装的需求不断增长，推动了玻璃封装载板技术的发展和应用。

2、玻璃封装载板通过tgv(through glass via)技术实现了高密度的垂直电气互连，这对于高性能计算和高速数据传输至关重要。玻璃封装载板还能提供更好的电气性能和热传导性能，有助于提高芯片的工作频率和降低功耗。另外，玻璃材料的低热膨胀系数和高热稳定性有助于提高封装的热管理能力，减少因热引起的变形和损坏。

3、目前，玻璃封装载板的金属化技术是实现其在半导体封装领域应用的关键工艺之一。金属化过程涉及在玻璃基板上形成导电路径，以及在孔内填充导电材质，以实现电气连接和信号传输。目前业界主要使用物理气相沉积(pvd)或溅射技术在玻璃基板上形成导电种子层，再进行电镀铜加厚和孔填充，确保金属层的均匀性和完整性，以实现所需的导电性能和机械强度。

4、然而，随着封装密度的快速增加，载板上的tgv尺寸越来越小，孔的厚径比(ar)越来越大，仅靠物理方法难以在高厚径比的孔内形成连续的导电种子层；另一方面，载板表面的导电层宽度也逐步逼近2μm左右，这就要求金属化层与玻璃之间需要有很高的结合力。

5、因此，亟需开发一种新型的玻璃基板金属化方法，提高镀层与玻璃基板间的结合力以满足应用要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基板金属化的方法，所述方法先在基板进行化学沉铜，而后依次进行化学沉锡和第一烘烤，通过二价锡离子与铜的置换反应，使铜种子层被牺牲，在基板表面形成一层sno2中间粘附层，增强了导电层和基板之间的结合力。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供了一种基板金属化的方法，所述方法包括以下步骤：

4、(1)将基板依次进行预处理、化学沉铜、化学沉锡、第一烘干和第一烘烤；

5、(2)将步骤(1)第一烘烤后的基板依次进行电镀前处理、电镀和第二烘烤。

6、本发明提供的基板金属化的方法，通过对基板依次进行预处理、化学沉铜、化学沉锡和第一烘烤，形成中间粘附层，而后依次进行电镀前处理、电镀和第二烘烤，形成导电层。

7、值得说明的是，本发明先在基板上形成连续的铜种子层，而后通过二价锡离子与铜的置换反应，使铜种子层被牺牲，随后经第一烘烤，进一步促进铜和锡的原子迁移，不仅使部分锡原子更接近玻璃基板，还能在基板表面形成一层sno2中间粘附层，增强了导电层和基板之间的结合力，避免分层问题的产生。

8、作为本发明优选的技术方案，所述基板包括非导电基板，优选为玻璃。

9、作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述预处理包括依次进行的清洁、一次水洗、调整、二次水洗、预浸、活化、三次水洗、还原和四次水洗。

10、本发明中，在对基板进行化学沉铜前，还包括进行特定程序的预处理，使得化学沉铜能够顺利进行。

11、优选地，所述清洁的方式包括紫外线清洁、等离子清洁或溶剂清洗中的任意一种或至少两种的组合。

12、优选地，所述溶剂清洗的清洗剂组分包括醇溶剂和/或碱试剂。

13、优选地，所述溶剂清洗的方式包括超声波清洗，所述超声波清洗的频率为25-130khz，例如可以是28khz、33khz、40khz、80khz、100khz或120khz等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

14、优选地，所述调整包括：将基板置于调整液中进行浸泡。

15、本发明中，调整是为了降低玻璃的表面张力。

16、优选地，所述调整液的组分包括阳离子表面活性剂。

17、优选地，所述调整的温度为30～60℃，例如可以是32℃、35℃、40℃、45℃、50℃或55℃等，所述调整的时间为30～150s，例如可以是40s、50s、60s、80s、100s、120s或140s等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

18、优选地，所述预浸包括：将基板置于预浸液中进行浸泡。

19、本发明中，预浸是为了保护活化槽不受污染；本发明对预浸液的组分组成不做具体限定，本领域技术人员可根据实际情况具体选择。

20、优选地，所述预浸的温度为25～35℃，例如可以是26℃、27℃、28℃、30℃、32℃或34℃等，所述预浸的时间为10～60s，例如可以是15s、20s、25s、30s、35s、40s或50s等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

21、优选地，所述活化包括：将基板置于活化液中进行活化。

22、优选地，所述活化液包括离子钯活化剂、纳米钯活化剂、胶体钯活化剂、胶体铜活化剂或胶体银活化剂中的任意一种或至少两种的组合，优选为离子钯活化剂。

23、优选地，所述活化的温度为35～60℃，例如可以是38℃、40℃、45℃、50℃或55℃等，所述活化的时间为30～300s，例如可以是50s、70s、100s、120s、150s、170s、200s、220s、250s或280s等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

24、优选地，所述还原包括：将基板置于还原液中进行还原。

25、优选地，所述还原液的组分包括二甲胺硼烷。

26、优选地，所述还原的温度为30～40℃，例如可以是32℃、34℃、35℃、36℃或38℃等，所述还原的时间为20～90s，例如可以是30s、40s、50s、60s、70s、75s或80s等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

27、作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述化学沉铜包括：将基板置于化学沉铜液中进行化学沉铜，形成化学沉铜层，而后进行水洗。

28、值得说明的是，进行第一化学沉铜后，可在高厚径比孔内形成连续的铜种子层。

29、本发明中，所述化学沉铜优选为低应力化学沉铜，本发明对化学沉铜液的组成不做具体限定，本领域技术人员可参照cn115125526a或根据实际情况选择使用。

30、优选地，步骤(1)所述化学沉铜的温度为28～38℃，例如可以是29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃或37℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

31、优选地，步骤(1)所述化学沉铜的时间为2～20min，例如可以是4min、5min、6min、8min、10min、12min、15min、16min或18min等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

32、优选地，所述化学沉铜层的厚度为50～1000nm，例如可以是100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm或900nm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为100～600nm。

33、本发明中，通过控制化学沉铜液的浓度、温度及时间等参数，进而得到所需厚度的化学沉铜层。

34、作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述化学沉锡包括：将基板置于化学沉锡液中进行化学沉锡，形成化学沉锡层，而后进行水洗。

35、本发明对化学沉锡液的组成不做具体限定，本领域技术人员可根据实际情况具体选择。

36、优选地，步骤(1)所述化学沉锡的温度为20～50℃，例如可以是22℃、25℃、27℃、30℃、32℃、35℃、37℃、40℃或45℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

37、优选地，步骤(1)所述化学沉锡的时间为0.5～10min，例如可以是1min、2min、3min、4min、5min、6min、7min、8min或9min等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

38、优选地，所述化学沉锡层的厚度小于化学沉铜层的厚度，且厚度的差值为10～100nm，例如可以是20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm或90nm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

39、值得说明的是，本发明进行化学沉锡的目的，是通过二价锡离子与铜的置换反应，在铜表面形成一层锡，且需控制沉锡与沉铜的厚度差值在10～100nm范围内，进一步提高导电层和玻璃基板之间的结合力。

40、作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述第一烘烤的温度为150～400℃，例如可以是160℃、180℃、200℃、220℃、250℃、280℃、300℃、320℃、350℃或380℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

41、优选地，步骤(1)所述第一烘烤的时间为20～120min，例如可以是30min、40min、50min、60min、70min、80min、100min或110min等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

42、本发明中，化学沉锡后先进行烘干处理，而后还需进行烘烤处理，其目的之一是促进铜和锡的原子迁移，使部分锡原子更接近玻璃基板，目的之二是在表面形成一层sno2中间粘附层，增强导电层和玻璃基板之间的结合力。

43、作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述电镀前处理包括依次进行的除油、水洗和酸洗。

44、优选地，所述除油包括：将基板置于除油液中进行浸泡。

45、优选地，所述除油的温度为25～50℃，例如可以是28℃、30℃、35℃、40℃、45℃或48℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

46、优选地，所述酸洗包括：将基板置于酸洗液中进行浸泡。

47、优选地，所述酸洗的温度为25～35℃，例如可以是26℃、27℃、28℃、30℃、32℃或34℃等，所述酸洗的时间为10～60s，例如可以是15s、20s、25s、30s、35s、40s或50s等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

48、作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述电镀前处理之前还包括：依次进行的预浸、活化、一次水洗、还原、二次水洗、第二化学沉铜和三次水洗。

49、本发明中，所述预浸、活化和还原参照步骤(1)中相应的预浸、活化和还原操作，在此不再详细展开。

50、值得说明的是，本发明进行二次化学沉铜，其目的是降低表面电阻，进一步提高导电层与基板间的结合力，有利于在后续电镀过程中形成厚度均匀的导电层。

51、优选地，所述第二化学沉铜包括：将基板置于化学沉铜液中进行化学沉铜，形成第二化学沉铜层。

52、优选地，所述第二化学沉铜的温度为28～38℃，例如可以是29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃或37℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

53、优选地，所述第二化学沉铜的时间为2～20min，例如可以是4min、5min、7min、9min、10min、12min、15min或18min等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

54、优选地，所述第二化学沉铜层的厚度为100～600nm，例如可以是150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm或500nm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

55、作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述电镀包括电镀铜。

56、本发明中，在化学沉锡后通过电镀形成导电层，在高厚径比孔内实现完整填充，孔内无包芯缺陷，孔口凹陷小，面铜厚度均匀，有利于后续线路加工。

57、本发明中，对电镀的具体方法技术特征不做具体要求和特殊限定，本领域技术人员可以根据使用场景和材料对电镀的方法进行适应性调整。

58、优选地，步骤(2)所述电镀后，所述第二烘烤之前还包括：依次进行水洗和第二烘干。

59、优选地，步骤(2)所述第二烘烤的温度为120～400℃，例如可以是140℃、160℃、180℃、200℃、220℃、240℃、250℃、270℃、300℃、320℃、340℃、350℃、360℃或380℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

60、优选地，步骤(2)所述第二烘烤的时间为20～120min，例如可以是30min、40min、50min、60min、70min、80min、100min或110min等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

61、本发明中，通过第二烘烤对电镀铜进行退火，进一步增强导电层和玻璃基板之间的结合力。

62、作为本发明优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：

63、(1)将基板依次进行预处理、化学沉铜、化学沉锡、第一烘干和在温度为150～400℃下第一烘烤20～120min；

64、所述预处理包括依次进行的清洗、一次水洗、调整、二次水洗、预浸、活化、三次水洗、还原和四次水洗；

65、所述化学沉铜包括：将基板置于化学沉铜液中，在温度为28～38℃下进行化学沉铜2～20min，形成厚度为50～1000nm的化学沉铜层，而后进行水洗；

66、所述化学沉锡包括：将基板置于化学沉锡液中，在温度为20～50℃下进行化学沉锡0.5～10min，形成化学沉锡层，而后进行水洗；

67、所述化学沉锡层的厚度小于化学沉铜层的厚度，且厚度的差值为10～100nm；

68、(2)将步骤(1)第一烘烤后的基板依次进行电镀前处理、电镀铜、水洗、第二烘干和在温度为120～400℃下第二烘烤20～120min；

69、所述电镀前处理包括依次进行的除油、水洗和酸洗；

70、所述电镀前处理之前还包括：依次进行的预浸、活化、一次水洗、还原、二次水洗、第二化学沉铜和三次水洗；

71、所述第二化学沉铜包括：将基板置于化学沉铜液中，在温度为28～38℃下进行化学沉铜2～20min，形成厚度为100～600nm的第二化学沉铜层。

72、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

73、(1)本发明提供的方法先在基板上形成连续的铜种子层，而后通过二价锡离子与铜的置换反应，使铜种子层被牺牲，随后经第一烘烤，进一步促进铜和锡的原子迁移，不仅使部分锡原子更接近玻璃基板，还能在基板表面形成一层sno2中间粘附层，增强了导电层和基板之间的结合力，避免分层问题的产生；

74、(2)本发明提供的方法工艺流程简单，生产成本低，且环境污染小。