一种优化封装基板厚金层均匀性的还原电镀方法及系统与流程

本发明涉及半导体封装，特别涉及一种优化封装基板厚金层均匀性的还原电镀方法及系统。

背景技术：

1、封装基板在使用化学镀镍钯金（enepig）或化学镀镍金（enig）工艺时，顶层厚金层主要用于金丝键合（wire bonding）。键合工艺对金层厚度的均匀性要求严苛，局部偏薄会导致键合强度不足，偏厚则造成金材料浪费并可能引发键合参数漂移。目前业界改善厚金层均匀性主要依赖整体调控手段，常见做法包括统一升高镀液温度、提高还原剂浓度或加强槽内循环搅拌。这类方法的共同特征是面向整个镀槽施加无差别的全局作用。

2、现有技术的核心问题在于基板表面本身的异质性：实际基板上不同区域的线路图形密度存在显著差异。密集线路区域与空旷铜面区域的差异使得镀液流动状态、传质边界层厚度以及局部反应物消耗速率在各处并不同步，还原剂向反应界面的扩散补充存在本征差异，最终导致沉积速率不一致。虽然现有生产线已实现槽液温度、ph值和还原剂浓度的检测与调节，但这类控制的对象是全局工艺参数，无法根据基板表面各局部区域的图形密度差异做出独立的差异化干预，本质上是一种有反馈、但无空间分辨率的分配策略。因此，如何针对封装基板表面不同图形密度区域实施差异化、可量化的补偿调节，是该领域长期未解决的技术瓶颈。

3、本发明提出一种优化封装基板厚金层均匀性的还原电镀方法及系统，用以解决上述提出的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种优化封装基板厚金层均匀性的还原电镀方法及系统，用以解决上述提出的技术问题。

2、本发明提供一种优化封装基板厚金层均匀性的还原电镀方法，包括：

3、步骤1：获取待镀封装基板的表面线路图形数据，将基板表面划分为若干控制子区域，并依据线路面积占比计算每个子区域的图形密度因子；

4、步骤2：将所述待镀封装基板浸入化学镀金液，执行分阶段还原电镀，至少包括依次进行的成核阶段、快速沉积阶段和致密化阶段，各阶段对应不同的基础工艺参数组，其中成核阶段基于所述图形密度因子执行还原剂差异化前馈供给，快速沉积阶段与致密化阶段执行厚度反馈控制；

5、步骤3：自快速沉积阶段开始，以固定采样周期实时采集各子区域的镀金层厚度，每个子区域内采用多点采样取均值作为镀金层厚度；

6、步骤4：基于所述镀金层厚度，计算各子区域的瞬时厚度偏差；

7、步骤5：根据所述图形密度因子和瞬时厚度偏差，利用补偿模型生成各子区域对应的还原剂补充量调整值；

8、步骤6：通过多通道供液系统，先基于相邻子区域的交叉干扰耦合系数对所述调整值进行交叉修正，再按照修正后的调整值向各子区域的镀液近壁面边界层内定量补充还原剂；

9、步骤7：循环执行步骤3至步骤6，直至所有子区域的镀金层厚度在连续m0个采样周期内均处于预设目标厚度的允许公差带内。

10、优选的，计算每个子区域的图形密度因子，包括：

11、获取各控制子区域的线路面积占比，计算每个控制子区域的初始平面密度因子；

12、同时，基于所述待镀封装基板的线路铜厚数据构造各子区域的纵深形貌约束图，其中，所述纵深形貌约束图用于表征线路三维形貌对应的还原剂耗散影响范围，划定侧壁效应的有效作用区域；

13、在所述纵深形貌约束图划定的有效作用区域内，对相应初始平面密度因子进行侧壁有效反应面积补偿，生成约束修正密度因子；

14、以所述约束修正密度因子的局部梯度变化为依据，将每一子区域自适应分割为多个传质微域，并按照各传质微域内线路暴露的比表面积赋予域内消耗权重；

15、对同一子区域内各传质微域的约束修正密度因子，以对应消耗权重进行归一化加权求和，得到对应子区域的图形密度因子。

16、优选的，基于所述待镀封装基板的线路铜厚数据构造各子区域的纵深形貌约束图，包括：

17、获取对应子区域内线路的铜厚分布，以子区域平面坐标为基准、以各点铜厚值为高度值，构建线路本体的数字高程模型；

18、在所述数字高程模型上，采用梯度算子提取线路边缘处的边缘梯度矢量场，其中，所述边缘梯度矢量场包含各边缘点的最大坡度方向及对应的梯度幅值；

19、基于所述边缘梯度矢量场，以梯度幅值为调制系数结合预设的侧壁耗散系数构建侧壁消耗通量边界条件，其中，消耗通量为液相求解域的流出通量；以子区域内的液相镀液区域为求解域，以子区域外边界为镀液本体浓度的第一边界、以线路侧壁为消耗通量的第二边界，求解二维稳态扩散方程，得到覆盖子区域液相全域的还原剂浓度分布场；

20、将还原剂浓度分布场映射为耗散影响标量场；

21、对所述耗散影响标量场进行等势面提取，选取与预设耗散影响阈值对应的等势面作为耗散边界曲面，其中，耗散边界曲面即作为对应子区域的纵深形貌约束图，以表征由线路三维形貌引起的反应耗散影响的有效边界范围。

22、优选的，获取待镀封装基板的表面线路图形数据，将基板表面划分为若干控制子区域，包括：

23、对所述表面线路图形数据进行线路实体识别，提取各线路实体的几何特征参数，其中，所述几何特征参数至少包括线路宽度、线路间距和线路中心线曲率；

24、以线路实体的几何特征分布聚类为第一分类依据，将几何特征相似度高于预设阈值的线路实体归入同一初级分区，生成若干几何均质区；

25、在每一几何均质区内，构建线路实体的空间邻接图，其中，所述空间邻接图以各线路实体为节点、以两线路实体间最小间距是否小于预设的扩散耦合阈值为边构建边连接关系；

26、在所述空间邻接图的约束下，以子区域内线路面积的局部密度均衡和线路等效沉积速率分布均衡为双重优化目标，构建区域剖分代价函数；

27、采用图割算法对所述空间邻接图进行迭代分割，每次分割选取使所述区域剖分代价函数下降最大的边集进行切割，直至各分割子图对应的空间区域内，线路面积局部密度的变异系数和线路等效沉积速率分布的变异系数均降至预设的均衡阈值以下，且分割得到的控制子区域总数不超过预设的最大分区数；

28、将最终分割得到的各空间区域作为所述控制子区域。

29、优选的，构建区域剖分代价函数，包括：

30、将所述几何均质区内的线路实体按照线宽尺寸归入至少两个线宽等级，并为各线宽等级分配对应的面积换算权重，其中，窄线路对应的面积换算权重大于宽线路对应的面积换算权重；

31、对任一候选子区域，以各线路实体的投影面积乘以对应线路实体所属线宽等级的面积换算权重得到等效沉积面积，并以所述等效沉积面积为基准计算该候选子区域的加权等效密度；

32、将各子区域内部加权等效密度的变异系数中的最大值作为第一代价项，将各子区域内部线宽等效沉积速率的变异系数的最大值作为第二代价项，以第一代价项和第二代价项的加权和构建所述区域剖分代价函数。

33、优选的，通过多通道供液系统执行定量补充还原剂，包括：

34、获取当前工艺周期内多通道供液系统的操作状态监测数据，其中，所述操作状态监测数据至少包括各通道喷嘴的启闭响应延迟、管路残余压力波动幅值以及子区域近壁面温度漂移量；将所述操作状态监测数据中各扰动量的当前值与对应扰动的历史基准值的偏差进行归一化处理，构建多源扰动偏差向量；

35、基于预设的扰动耦合系数矩阵，将所述多源扰动偏差向量映射为各子区域的硬件扰动修正因子，同时，基于预设的相邻子区域交叉干扰耦合系数矩阵，计算相邻子区域补充量扩散带来的浓度贡献，生成交叉干扰修正因子；

36、以硬件扰动修正因子与交叉干扰修正因子的乘积对所述调整值进行乘性修正，得到实际补充量，并按照所述实际补充量执行定量补充，其中，所述实际补充量被约束在预设的流量上下限之间。

37、优选的，构建多源扰动偏差向量，包括：

38、将所述操作状态监测数据中各扰动量的当前值与对应历史基准值的偏差，经预设的经验转换关系分别映射为对应通道的流量衰减率、管路流通阻力增量以及当前工艺周期内各子区域的近壁面温度漂移累积量，作为当前周期的损耗输入参数；

39、获取历史工艺周期下多个已完成镀覆的基板在相应子区域内镀金层厚度的均匀性偏差记录，以及所述多个已完成镀覆周期内对应的流量衰减率、管路流通阻力增量、近壁面温度漂移累积量；

40、以所述均匀性偏差记录为输出参照，分别以所述流量衰减率和管路流通阻力增量为第一输入维度、以所述流量衰减率和近壁面温度漂移累积量为第二输入维度，建立各子区域的一阶损耗特征映射表和二阶耦合损耗特征映射表，其中，所述一阶损耗特征映射表记录单一输入维度组合下对应的补充量一阶系统偏差值，所述二阶耦合损耗特征映射表记录两个输入维度交叉组合下超出对应一阶系统偏差值线性叠加部分的耦合补偿项；

41、根据所述当前周期的损耗输入参数，确定各子区域当前的一阶损耗输入组合和二阶耦合损耗输入组合，分别从所述一阶损耗特征映射表和二阶耦合损耗特征映射表中索引得到一阶系统偏差值和二阶耦合补偿项；

42、将所述一阶系统偏差值与所述二阶耦合补偿项相加，得到复合系统偏差值，并以所述复合系统偏差值对各扰动量偏差进行偏置修正，得到偏置修正后的扰动量偏差；

43、将各扰动量经偏置修正后的偏差值组合为所述多源扰动偏差向量。

44、本发明提供一种优化封装基板厚金层均匀性的还原电镀系统，包括：

45、因子获取模块，用于获取待镀封装基板的表面线路图形数据，将基板表面划分为若干控制子区域，并依据线路面积占比计算每个子区域的图形密度因子；

46、镀金模块，用于将所述待镀封装基板浸入化学镀金液，执行分阶段还原电镀，至少包括依次进行的成核阶段、快速沉积阶段和致密化阶段，各阶段对应不同的基础工艺参数组，其中，成核阶段基于所述图形密度因子执行还原剂差异化前馈供给，快速沉积阶段与致密化阶段执行厚度反馈控制；

47、厚度采集模块，用于自快速沉积阶段开始，以固定采样周期实时采集各子区域的镀金层厚度，每个子区域内采用多点采样取均值作为镀金层厚度；

48、偏差计算模块，用于基于所述镀金层厚度，计算各子区域的瞬时厚度偏差；

49、调整确定模块，用于根据所述图形密度因子和瞬时厚度偏差，利用补偿模型生成各子区域对应的还原剂补充量调整值；

50、定量补充模块，用于通过多通道供液系统，先基于相邻子区域的交叉干扰耦合系数对所述调整值进行交叉修正，再按照修正后的调整值向各子区域的镀液近壁面边界层内定量补充还原剂；

51、循环调整模块，用于循环执行厚度采集模块、偏差计算模块、调整确定模块及定量补充模块，直至所有子区域的镀金层厚度在连续m0个采样周期内均处于预设目标厚度的允许公差带内。

52、与现有技术相比，本技术的有益效果如下：

53、1、厚度均匀性显著提升：通过分区独立反馈与图形密度前馈，可将厚金层厚度均匀性从传统全局控制精度提升，满足高端封装键合工艺要求。

54、2、工艺稳定性强：全局浓度平衡机制保证量产长时间运行无浓度漂移，流量上下限约束避免还原剂过量导致的镀层孔隙、自分解等副作用。

55、3、补偿精度高：同时修正硬件老化扰动与子区域交叉扩散干扰，补偿量与实际需求偏差降低。

56、4、全阶段覆盖：成核阶段前馈补偿消除初始成核不均，有效提升最终镀层均匀性。

57、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

58、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。