一种基于金属压印的载板填孔工艺的制作方法

本发明涉及一种电路载板填充技术，具体涉及一种基于金属压印的载板填孔工艺。

背景技术

作为半导体与集成电路制造的核心技术之一，载板填孔技术可以获得通孔、盲孔互连结构，具有减少延时、降低能耗、提高集成度等优点。目前，通孔、盲孔互连结构的实现，主要是采用电镀铜填孔技术；但是，采用电镀溶液的方式进行填孔，具有以下缺点：(1)在微孔填孔过程中，容易产生孔洞、夹口填充等缺陷；一方面影响了通孔、盲孔的导电、导热性能，另一方面由于铜与基板材料的热膨胀系数不匹配，容易引起应力集中，诱发裂纹并导致失效。(2)为了避免填充缺陷的产生，电镀铜填孔过程需要使用更低的电流，影响填充效率；对于大尺寸孔洞(>10μm)而言，电镀铜填孔效率极低。

技术实现要素：

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于金属压印的载板填孔工艺，该方法实现载板的快速填孔，以便实现通孔、盲孔的互连结构，并且填充效果好，有利于提高通孔、盲孔的导电、导热性能。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于金属压印的载板填孔工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对待填孔的载板表面进行预处理，使载板表面与金属不具有结合力；

(2)将填充基材覆盖在载板表面；

(3)对填充基材施加垂直于载板表面的下压力，使得填充基材发生形变并压入载板上的通孔或盲孔中；

(4)对载板和覆盖在载板表面的填充基材进行分离处理，去除载板表面的填充基材，并让载板上通孔或盲孔中的金属仍然保留在内部，完成载板的填孔加工。

本发明的一个优选方案，在步骤(3)中，将载板以及填充基材放置在可控气氛下进行加工。

优选地，所述可控气氛为空气、氮气、氢气、惰性气体、氢气和惰性气体的混合气氛的其中一种。

本发明的一个优选方案，在步骤(3)中，对填充基材进行局域化加热，使得在下压填充基材的同时，填充基材发生形变以便压入通孔或盲孔中，从而完成填孔。

优选地，所述局域化加热的方式为以下的其中一种：

(a)对填充基材施加高频电流或脉冲电流，在趋肤效应的作用下，使得靠近载板一侧的填充基材表面软化；

(b)当载板为玻璃或透光材料时，在载板一侧施加光照射，使得照射光穿透载板后，直接加热填充基材靠近载板一侧的表面。

(c)在载板一侧施加交变电场，实现对填充基材靠近载板一侧的表面进行涡流加热；

(d)使用加热设备或热流体介质对载板进行整体加热。

优选地，对填充基材进行加热时，加热温度控制范围为：室温-2000℃。

本发明的一个优选方案，步骤(1)中，对待填孔的载板表面进行预处理的方式为以下其中一种：

(a)将载板浸泡于含有PVP、环氧树脂的大分子有机物溶液中，使载板表面形成有机包覆层；

(b)在载板表面沉积一层石墨；

(c)在载板表面铺洒少量二氧化硅粉末层。

本发明的一个优选方案，步骤(4)中，对载板和覆盖在载板表面的填充基材进行分离处理的方式为以下其中一种：

(a)采用机械研磨的方式，将载板表面上的填充基材磨除；

(b)对载板施加横向冲击载荷，使通孔、盲孔中的金属与载板表面的填充基材分离，接着撕除载板表面的填充基材；

(c)采用刀具通过填充基材的边缘将填充基材撬起。

本发明的一个优选方案，所述填充基材为金属箔或金属块。

本发明的一个优选方案，步骤(3)中，对填充基材施加垂直于载板表面的下压力的压力范围为：0-500Mpa。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明实现载板的快速填孔，以便实现载板通孔、盲孔的互连结构，并且填充效果好，有利于提高通孔、盲孔的导电、导热性能。

2、本发明结合金属压印的方式，通过填充基材发生形变实现对载板上通孔、盲孔的填充，有效提高填充效果，解决传统电镀铜填孔所产生的孔洞、夹口等缺陷，确保了通孔、盲孔的导热、导电性能，并且以便与载板材料的热膨胀系数匹配。

3、本发明采用金属压印的填充方式，方便对载板上所有通孔、盲孔同时进行压印填充加工，无需配备适应的电镀铜溶液，且无需调配合适的电流，工艺步骤简单便捷，有利于提高填充效率。

附图说明

图1-图4为本发明的基于金属压印的载板填孔工艺的工艺流程示意图，其中，图1为工艺流程框图，图2为载板表面预处理的示意图，图3为对填充基材进行局域化加热的示意图，图4为去除载板表面上的填充基材的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。

实施例1

参见图1-图4，本实施例的基于金属压印的载板填孔工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对待填孔的载板1表面进行预处理，使载板1表面与金属不具有结合力。

(2)将金属材质的填充基材5平整地覆盖在载板1表面。

(3)在可控气氛下，对填充基材5施加垂直于载板1表面的下压力，压力范围为0-500Mpa；同时对填充基材5进行局域化加热，加热温度控制范围在室温-2000℃，使得填充基材5发生形变并压入载板1上的通孔或盲孔中。

(4)对载板1和覆盖在载板1表面的填充基材5进行分离处理，去除载板1表面的填充基材5，并让载板1上通孔或盲孔中的金属仍然保留在内部，完成载板1的填孔加工。此时，完成载板1的填孔加工后，即可继续进行后续的图形电镀、固化通孔、盲孔中的金属，并形成线路层，从而获得带有通孔、盲孔互连结构及线路的载板基材。

本实施例中，所述可控气氛为空气、氮气、氢气、惰性气体、氢气和惰性气体的混合气氛的其中一种。在步骤(3)中，下压填充基材5的同时进行局域化加热，此时提供可控气氛的环境，能对填充基材5的表面进行保护，避免氧化或脱碳，有利于保持填充基材5的质量，从而提高填孔质量。

参见图1，本实施例中，步骤(1)中，对待填孔的载板1表面进行预处理的方式为以下其中一种：

(a)将载板1浸泡于含有PVP、环氧树脂的大分子有机物溶液2中，使载板1表面形成有机包覆层；在完成载板1填孔加工，并将表面的填充基材5分离去除后，可通过有机溶剂浸泡载板1，清洗去除载板1表面有机包覆层，避免影响后续线路层的加工。

(b)在载板1表面沉积一层石墨3；石墨3具有良好的导热、导电性能，在填充过程中极小量地填充在载板1的通孔、盲孔中，也不会对其性能产生影响。

(c)在载板1表面铺洒少量二氧化硅粉末层4。

参见图2，本实施例中，步骤(3)中所述局域化加热的方式为以下的其中一种：

(a)对填充基材5施加高频电流6或脉冲电流，在趋肤效应的作用下，使得靠近载板1一侧的填充基材5表面软化。

(b)当载板1为玻璃或透光材料7时，在载板1一侧施加光照射，使得照射光穿透载板1后，直接加热填充基材5靠近载板1一侧的表面。本实施例中，所述光照射可采用激光照射8、闪灯照射或热辐射等，当使用激光照射8时，直接照射通孔、盲孔附近的填充基材5，使得局域化加热效果更加精准有效。

(c)在载板1一侧施加交变电场9，实现对填充基材5靠近载板1一侧的表面进行涡流加热。采用涡流加热的方式，实现与填充基材5的非接触式局部加热，且加热效率高，减少表面氧化现象，同时便于控制温度，从而以便实现精准控制填充基材5的形变，提高填充效果。

(d)使用加热设备或热流体介质10对载板1进行整体加热。其中的加热设备可采用热炉；除了采用热流体介质10外，还可采用其他热介质对载板1进行加热，从而使得靠近载板1一侧的填充基材5发热变形软化，以便更好地压入至通孔或盲孔中，从而完成载板1填孔。

参见图3，本实施例中，步骤(4)中，对载板1和覆盖在载板1表面的填充基材5进行分离处理的方式为以下其中一种：

(a)采用机械研磨的方式，将载板1表面上的填充基材5磨除；具体地，可参见现有技术中的机械研磨设备及工艺。

(b)对载板1施加横向冲击载荷13，使通孔、盲孔中的金属与载板1表面的填充基材5分离，接着撕除载板1表面的填充基材5。

(c)采用刀具12通过填充基材5的边缘将填充基材5撬起。进一步地，在载板1与填充基材5之间预制分离缺口11，在完成压入处理后，采用刀具12通过所述分离缺口11将填充基材5撬起，使填充基材5的裂纹由分离缺口11沿载板1与填充基材5的界面扩展，直到两者完全分离；其中载板1上通孔、盲孔中的金属仍保留于孔内。

所述填充基材5为金属箔或金属块。具体地，所述填充基材5的材质，可选用铜、银、金、铂等高导电低屈服强度金属。本实施例中，所述载板1材质为玻璃、硅、陶瓷、PI、FR4等基板材料。本实施例中的载板1上的通孔、盲孔的孔径范围为3nm-1mm，深度范围为3nm-10mm。

实施例2

本实施例公开一种具体的载板填孔实例：所述载板为陶瓷载板，该陶瓷载板上设有孔径为30μm，深度为100μm的通孔。具体地：

(1)在陶瓷载板表面沉积一层厚度为10nm的石墨，使陶瓷载板表面处理层与金属不具有结合力。

(2)将表面平整且厚度为20nm的铜块(填充基材)覆盖于陶瓷载板上。

(3)在氮气环境下，对铜块施加垂直于陶瓷载板且大小为200MPa压力，同时在陶瓷载板的一侧施加20MHz交变电场，使铜块靠近陶瓷载板一侧的表面受热，从而使得铜块发生形变并压入通孔中，完成填充。

(4)采用机械研磨的方式将陶瓷载板表面上的铜块磨除，陶瓷载板通孔中的金属铜仍然保留于孔的内部。

完成通孔、盲孔的金属填充后，进行后续图形电镀，固化通孔、盲孔中金属，并形成线路层，从而获得带有所需通孔、盲孔互连结构及线路的载板。

实施例3

本实施例公开另一种具体的载板填孔实例：所述载板为陶瓷载板，该陶瓷载板上设有孔径为15μm，深度为50μm通孔。具体地：

(1)在陶瓷载板表面沉积一层厚度为30nm的石墨，使陶瓷载板表面处理层与金属不具有结合力。

(2)将表面平整且厚度为100nm的铜块(填充基材)覆盖于陶瓷载板上。

(3)在氮气环境下，对铜块施加垂直于载板且大小为100MPa压力，控制环境温度达到150℃，使铜块整体升温发生形变并压入通孔中，完成填充。

(4)用机械研磨的方式将陶瓷载板表面的铜块磨除，并使通孔中的金属铜仍然保留于孔的内部。

完成填孔加工后，进行后续图形电镀，固化通孔、盲孔中金属，并形成线路层，从而获得带有所需通孔、盲孔互连结构及线路的陶瓷载板。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。