홀 및 캐비티를 금속으로 충전하기 위한 전기분해 방법 document_id A220623108809

전자 부품이 점점 더 소형화되면서 집적도도 동시에 증가하고 있다. 회로기판의 경우에 있어서, 소형화 경향은 다음과 같은 구조적인 파라메터들(parameters)에 반영된다: 컨덕터의 패드 직경 및 폭/컨덕터들 사이의 공간(interspace)의 감소 및 개선된 레지스트레이션(registration)과 층(layer) 수의 증가. 이 특성들을 가지는 회로기판은 대체로 고집적도[소위 고밀도 인터커넥션(high Density Interconnection; HDI)]를 갖는 회로기판으로 불린다. 회로기판 분야에서 이러한 HDI 회로에 대해 중요한 것은 쓰루홀[(소위 비아홀(via hole)] 및 블라인드홀의 충전이다. 특정 치수 이하의 블라인드홀은 또한 마이크로 블라인드 비아(μ-BV)로도 불린다. 이러한 μ-BV 또는 마이크로 블라인드홀은 적어도 두 개의 층들을 상호접속하는 역할을 한다. 비아의 홀 직경이 0.15mm 이하(IPC에 따름)면, 또는 홀 밀도가 1000vias/dm3을 초과하면 블라인드홀은 μ-BV로 불린다. 이하에서 “블라인드홀”은 일반적인 용어로 사용되며, μ-BV를 포함한다. 쓰루홀 또는 블라인드홀의 충전은 공정 제어에 대해 큰 요구를 한다. 다양한 종류의 드릴링홀들(drilling holes)이 고려되어야 하고, 충전 재료들에 대해 다양한 요건들이 충족되어야 하며, 인쇄회로기판을 위한 후속 공정 단계들이 고려되어야 한다. 본 발명은 주로 전체 기판을 관통하는 회로기판의 쓰루홀[도금된 쓰루홀(PTH)], 내부 쓰루 커넥션[interal through connection(매립 비아)] 및 블라인드 비아의 충전을 설명한다. 본 방법은 대체로 다양한 작업물의, 특히 쓰루홀 및 블라인드홀을 포함하는 기판 형태의 작업물 및 전기 회로 지지대의 쓰루홀 및 블라인드홀을 충전하기 위해 적당하다. 쓰루홀 및 블라인드홀의 밀폐(sealing)는 그 중에서도, 솔더 재료가 부품들 위로 지나가는 것을 피하기 위해, 고집적도를 달성하고 전기적 특성들을 개선하는데 필요하다. 다층 회로기판에 대해, 다음 구조층을 도포하는 도중에 홀 내에 (공기, 용제 등의) 함유물들이 발생할 수 있으며, 이 함유물들은 벌지(bulge)을 초래하고, 그 결과, 나중에 열 변형(thermal strain)이 있는 경우 후속 층에서의 크랙(crack)을 초래한다. 그러므로, 쓰루홀 및 블라인드홀에 대한 재료 충전을 위한 주된 요건은 - 용제를 사용하지 않음(solvent-free), - 슬리브(sleeve) 및 솔더 스톱 래커(solder stop lacquer) 상에서의 양호한 점착 특성, - 후속 단계들[예를 들어 니켈, 금 또는 주석을 이용한 전해 금속화(electrolytic metallization)]에서의 공정 화학물질들에 대한 안정성, 및 - 열기 레벨링 공정(hot air leveling process)에서의 내구성이다. 본 발명의 기술 분야에서 쓰루홀 및 블라인드홀을 충전하기 위한 다양한 방법들이 개시되어 있다. 가장 간단한 경우에 있어서, 홀은 특별히 조정된 솔더 스톱 래커로 채워진다. 이 방법의 장점은 리벳 헤드(rivet head)처럼 불가피하게 돌출하는 비아홀 충전재에 의한 고집적도에서의 해상도에 대한 부정적인 영향이 전혀 없다는 점이다. 그러나, 단점은 주석 도금과 같은 후속 공정 단계들 중에 갑자기 증발하여 코팅을 균열시킬 수 있는 용제 함유물의 위험성이다. 그러나, 이 방법은 내부 위치에 있는 쓰루홀을 밀페하기 위해 적당하지 않다. 이를 위해서는, 함유물을 피하도록 내부층은 완전하게 밀폐되어야 한다. 이를 위해, 플러깅(plugging)이 종종 사용되며, 그 이유는 이 방법이 충전된 쓰루홀의 구리 도금에 의해 비제한적으로 구성될 수있는 내부층의 형성을 가능하게 하기 때문이다. 예를 들어 수지 코팅된 구리 호일[resin coated copper foil(RCC)], 광유전체 액상 필름 또는 건식 필름과 같은 다양한 유전층들이 충전 재료로 사용된다. EP 0 645 950 B1은 다층 회로기판을 제조하는 방법을 개시한다. 페놀 수지 및 에폭시 수지로 구성된 그룹으로부터 선택되는 열경화성 수지가 쓰루홀용 충전 재료로 사용된다. 더욱이, 은, 니켈, 구리, 및 그 합금으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속 분말이 도전성 물질로서 수지에 첨가된다. 대체로, 플러깅은 회로기판의 천공(drilling) 후에 그리고 천공홀(drill hole)을 최종적으로 금속화한 후에, 그렇지만 구성(structuring) 전에, 수행된다. 쓰루 커넥션을 충전하고 플러깅 페이스트를 경화한 후에, 플러깅 페이스트가 충전 공정에서 약간의 리벳 헤드 형상을 나타내기 때문에 플러깅 페이스트는 기계적으로 평탄화된다. 이어서, 연속적인 구리층이 최상층으로서 형성되는 방식으로 페이스트를 구리로 금속화하는 과정이 종종 수행된다. 단순화하여 보면, 다음의 단계들이 요구된다: - 천공 - 슬리브의 도금 - 플러깅 - 브러시 연마(brushing), 연삭(grinding) - 플러깅 페이스트의 금속화 - 다음 구조층의 도포. EP 1 194 023 A1은 쓰루홀을 도전성 페이스트로 충전하는 것에 의한 HDI 회로기판의 제조를 개시하고 있으며, 여기서 페이스트의 경화가 베이스 재료의 압착과 동시에 수행됨으로써 내부층의 전기 컨택(electric contact)을 생성한다. 다른 방법들에 따르면, 쓰루홀 및 블라인드홀은 구리로 금속화하는 것에 의해 충전된다. EP 1 264 918 A1은 구리를 전착(electrodepositing)하기 위한 방법을 개시하며, 이 방법은 마이크로 블라인드홀을 충전하는데 특히 적당하다. 더미 도금 상태(dummy plating phase)에서 불활성 애노드(inert anode)를 사용하면 전해질의 충전 용량을 유지하고 개선할 수 있다. EP 1 219 729 A1에 따르면, 포름알데히드와 같은 화학 물질뿐만 아니라 산화제도 금속화조 (metallizaton bath)의 내구성을 증가시키는데 사용되며, 이는 마이크로 블랑인드홀을 충전하는데 특히 적당하다. 이를 위해, 술폰산 그룹(sulfonic acid group)과 같은 황함유 물질 및 치올 반응성 화합물(thiol reactive compound)가 첨가제로서 사용된다. DE 103 25 101은: (i) 금속염, 산 및 유기 첨가제를 포함하는 금속 코팅을 전기분해적으로 도포하기 위해 수조 전해질을 사용하는 단계(여기서, 수조는 구리 15-60g/l, 술폰산 40-300g/l 및 염화물 20-150mg/l을 포함하는 무기 기질(inorganic matrix) 및 광택제(brightener), 습윤제(wetting agent) 및 폴리아미드, 폴리아민, 락탐 알콕실레이트(lactam alcoxylate), 티오요소(thioureas), 저중합 및 중합 페나조늄 유도체(oligomeric and polymeric phenazonium derivatives) 및 아미노 트리페닐 메탄 염료로부터 선택되는 다른 첨가제를 포함하는 유기 첨가제를 함유한다.), (ii) 0.5-2.5A/dm2의 전류 밀도의 직류 또는 0.5-10A/dm2의 유효 전류 밀도를 가지는 전류 펄스를 이용하여 수조를 작동시키는 단계, (iii) 전해조로부터 전해질의 일부를 회수하는 단계, (iv) 회수된 부분에 산화제를 첨가하는 단계, (v) 선택적으로 자외선을 회수된 전해질에 조사하는 단계, 및 (vi) 회수된 부분을 전해조로 반환하고, 산화 처리에 의해 파괴된 유기 첨가제를 보충하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 블라인드 비아를 충전하기 위한 방법을 개시한다. 통상의, 예를 들어 회로기판의, 홀의 금속화에 있어서, 처음에는 홀의 단부들 및 홀의 중앙에서 대략적으로 균일하게 퍼지는 것이 관찰된다. 금속 증착 도중, 길이지름비(aspect ratio)는 변화되고 천공홀 내에서의 퍼짐은 저하된다. 이는 내부 공간이 충전 방식으로 금속화되기 전에 밀폐되는 천공홀의 단부들에서 더 많은 금속 증착이 이루어지게 한다. 원하지 않는 함유물, 특히 금속화 수조의 잔류물이 홀에 잔류한다. 더욱이, 홀이 금속화될 뿐만 아니라 기판의 표면도 금속화되는 문제점이 일어난다. 이는 바람직스럽지 않으며 공정에 크게 영향을 미친다.