脈沖電鍍應(yīng)用于DPC陶瓷基板之填孔技術(shù)

 近幾年，金屬化陶瓷電路(基)板之應(yīng)用領(lǐng)域越趨廣泛，包含LED level-I封裝基板、LED level-II系統(tǒng)板、LED COB電路板、IGBT功率模組基板、車用電子電路載板、制冷晶片載板、HCPV電路板、醫(yī)療電子產(chǎn)品電路板等等，這一切皆歸因于陶瓷材料其優(yōu)異的絕緣耐電壓物理特性、化學(xué)穩(wěn)定性、及其高性價比的導(dǎo)熱系數(shù)特性(氧化鋁導(dǎo)熱系數(shù)約20～27W/m·K、氮化鋁導(dǎo)熱系數(shù)約170～190/m·K)等優(yōu)勢。 

    電路板種類與特性 

    目前市場上廣泛使用的電路板類型如下表一所示，其中陶瓷基板其高導(dǎo)熱系數(shù)、高線路解析度、低累進(jìn)公差、及允許打線工藝與直接共晶工藝等特性皆優(yōu)于FR-4 PCB與MCPCB。但是，陶瓷基板并非皆具有相同的特性，因工藝與材料的差異，陶瓷基板因而可分類為：低溫共燒陶瓷(LTCC, Low-Temperature Co-fire Ceramics)基板、厚膜(Thick-Film)陶瓷基板、DBC (Direct Bonding Copper)陶瓷基板與DPC (Direct Plating Copper)陶瓷基板，其中DPC陶瓷基板又可稱為薄膜(Thin-Film)陶瓷基板。 

    表一、電路板之特性一覽表 


    LTCC低溫共燒陶瓷基板 

    LTCC陶瓷基板是將許多的印刷陶瓷層與印刷線路層進(jìn)行堆疊，于溫度約850℃環(huán)境進(jìn)行陶瓷層與線路層的燒結(jié)，可于陶瓷層中內(nèi)埋線路是其一大優(yōu)勢，但產(chǎn)品因高溫?zé)Y(jié)、收縮所導(dǎo)致的低線路尺寸精確度、低產(chǎn)品強(qiáng)度、低導(dǎo)熱系數(shù)等等狀況是使用上較常面臨的問題。 

    厚膜印刷陶瓷基板 

    厚膜陶瓷基板則是使用已燒結(jié)成型之陶瓷裸板，以厚膜工藝印刷高溫銀膠于陶瓷裸板表面，其線路尺寸精確性低、線路表面平整性差、打線可靠度不佳與無法制作多層線路等問題，是材料與工藝所造成的瓶頸。 

    DBC(Direct Bonding Copper)陶瓷基板 

    DBC工藝需要在大于1000℃的高溫環(huán)境下，利用擴(kuò)散的原理接合銅箔與陶瓷裸板；由于銅箔需要一定的厚度才易于進(jìn)行DBC貼合的工藝瓶頸、及厚銅不易蝕刻精細(xì)線路的局限，卻造就了DBC陶瓷基板的厚銅規(guī)格優(yōu)勢及其高電流承載能力特點(diǎn)；其銅箔線路與陶瓷裸板間的高孔隙率問題則是DBC陶瓷基板在產(chǎn)品可靠度上的隱憂。另外，DBC陶瓷基板因其固態(tài)擴(kuò)散接合工藝之局限，并無法制作具導(dǎo)通孔(Through Via Hole)結(jié)構(gòu)之DBC基板。 

    DPC(Direct Plating Copper)陶瓷基板 

    DPC陶瓷基板又可稱為薄膜金屬化陶瓷基板(Thin-Film Metalized Ceramic Substrates)，主要是利用真空薄膜技術(shù)、黃光微影技術(shù)與電化學(xué)沉積技術(shù)等工藝進(jìn)行陶瓷基板表面金屬化線路之被附。真空薄膜技術(shù)使金屬線路與陶瓷裸板間具備超低界面孔隙率(<1%)及高附著性，大幅提升DPC陶瓷基板之產(chǎn)品可靠度；黃光微影技術(shù)則使DPC陶瓷基板之線寬與線距皆能達(dá)到100μm以下之水準(zhǔn)，有利于各種應(yīng)用朝小型化發(fā)展之趨勢；電化學(xué)沉積技術(shù)則使DPC陶瓷基板之銅層厚度易于掌控以符合不同功率之應(yīng)用需求；再加上高線路平整性、低尺寸累進(jìn)公差與低尺寸公差等特點(diǎn)，使得DPC陶瓷基板近幾年被廣泛的應(yīng)用在LED產(chǎn)業(yè)、IGBT功率模組、車用電子載板、制冷晶片模組、HCPV模組、醫(yī)療電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。 

    脈沖電鍍填孔于DPC陶瓷基板之應(yīng)用 

    DPC陶瓷基板因相關(guān)應(yīng)用的需求，大多需要在基板的兩個表面皆制作線路，并且大多需要透過導(dǎo)通孔填充導(dǎo)電物質(zhì)(Through Hole Via Filling)的結(jié)構(gòu)來連接雙面線路，以電鍍銅來填充導(dǎo)通孔是目前廣泛使用于填充導(dǎo)通孔的工藝之一。影響其電鍍填孔優(yōu)劣的因素很多，與機(jī)器設(shè)備、物料狀況、電鍍手法、電鍍藥水等因素皆有關(guān)聯(lián)。 

    在直流電鍍工藝裡，如何解決電鍍常見的邊緣效應(yīng)、尖端放電效應(yīng)來避免狗骨頭外觀(Dog Bone Effects)以及導(dǎo)通孔太早封閉導(dǎo)致包孔結(jié)構(gòu)(如圖一)乃是首要目標(biāo)。巨觀解析邊緣效應(yīng)之解決方案，使用遮板于電鍍過程中進(jìn)行電力線遮蔽阻隔或使用陪鍍板(dummy)使電力線分布均勻是常見的方式，然而因電鍍填孔已縮小至100μm以下之尺寸，實(shí)不易執(zhí)行遮蔽或陪鍍板等對策來解決邊緣效應(yīng)的問題；因此，微觀地解析電鍍填孔工藝實(shí)與質(zhì)傳之關(guān)系密切。使用直流電鍍應(yīng)用于填孔工藝時，為獲得良好的導(dǎo)通孔填充效果，降低電流密度及利用高效能載運(yùn)劑(carrier)來避免導(dǎo)通孔周圍的高電流密度(邊緣效應(yīng))并提升孔內(nèi)質(zhì)傳來加速孔內(nèi)電鍍是理想的對策，然而低電流密度電鍍的電鍍時間過長并不具量產(chǎn)優(yōu)勢與成本優(yōu)勢，而且直流電鍍填孔藥水其載運(yùn)劑與抑制劑的濃度掌控度要求一般較為嚴(yán)苛，這也大幅增加了藥水化驗分析與管理的成本。