TGV电镀总出孔洞？问题不只出在电镀之前

除电镀主体工艺与互连可靠性问题外，玻璃基先进封装中还涉及若干对电镀质量具有直接影响的辅助步骤。这些工艺分布于电镀前后，与润湿、表面状态调控及残余应力释放密切相关，因此需要单独加以讨论。

其中，高深宽比特征润湿与等离子体处理主要属于电镀前处理，分别用于改善电镀液在特征内部的进入能力以及调节种子层表面状态；热处理则主要属于电镀后处理，用于释放残余应力并稳定沉积组织。因此，本文从电镀前处理与电镀后处理两个方面展开讨论。

具体而言，对于TGV等高深宽比结构，由于电镀液与孔壁之间的接触角较大，液体难以自发充分进入特征内部，润湿处理因而成为保证后续电镀均匀性与完整性的必要环节。而对于bump与RDL，电镀图案通常经光刻、曝光与显影形成，但前道工艺后残留的有机污染物以及PI等介质材料较差的表面润湿性，均会影响电镀液到达种子层并削弱界面反应的稳定性，因此常需在电镀前引入等离子体处理。电镀完成后，沉积金属内部仍存在残余应力，组织状态亦未完全稳定，通常还需通过热处理进一步改善结构稳定性。就具体对象而言，TGV结构多采用退火处理，而bump结构中的SnAg叠层则通常需经回流形成稳定焊帽形貌，以满足后续倒装互连要求。

TGV通孔与bump是属于微米级的高深宽比特征，并且电镀液与TGV孔壁与未经过等离子体处理的bump接触角大，在没有外力的干预下，电镀液难以进入特征深处，易造成电镀失败。润湿不足最常见的缺陷是孔洞，表现为特征内的气泡未被完全排出，造成镀液无法进入该特征，对于通孔TGV而言，气泡还会在通孔内部移动，造成填孔缺陷的孔洞还会存在分布差异。

目前针对高深宽比特征的润湿方案有真空下配合去离子水，在进入电镀前，让去离子水在真空环境下充满特征内，随后在电镀过程中充当离子扩散的桥梁。

为了进一步减小润湿的时间，奥地利的Semysco公司在真空之前还加入了二氧化碳方案，让二氧化碳挤走空气以占据所有特征，而二氧化碳是完全溶于水的，随后的常规润湿流程就可以快速的让去离子水充满所有的特征。

物理实现方式除了真空方案，在对深宽比并不大的情况下，还可以采用超声搅拌的方式。除了物理实现方式，还可以利用某些液体与特征壁的接触角小，在没有外力干预下就可以完全充满特征内的空间，随后这些液体再跟去离子水完全置换，这类液体可以采用乙醇或者异丙醇，这类方案的实现方式如图24所示。

图24 乙醇低接触角润湿原理

除此之外玻璃基先进封装中的电镀对象并不相同，不同孔径与深宽比条件下的前处理要求也存在明显差异。对于通孔等高深宽比结构，工艺重点在于润湿、孔壁清洁及种子层连续性，以保证电镀液能够充分进入特征内部并实现均匀填充；当孔径进一步减小或深宽比增大时，液体进入阻力与界面气体滞留问题会更加突出，前处理的重要性也更为明显。

相比之下，bump电镀更关注微小开口内的尺寸一致性、堆栈完整性与回流成形，而RDL电镀则更强调线形保持、面内厚度均匀性及后续可靠性。因此，通孔、bump与RDL虽同属玻璃基金属化工艺，但其前处理重点、电镀目标与缺陷控制方式并不相同，应结合具体结构分别讨论。

为更清楚地体现不同结构对象在前处理与电镀目标上的差异，表1对通孔、bump与RDL在典型尺寸特征、前处理重点、电镀目标及主要难点方面进行了归纳比较。可以看到，随着结构由高深宽比通孔转向微小开口bump及平面细线RDL，工艺控制重点也由液体进入与填充完整性，逐步转向尺寸一致性、堆栈完整性以及线形与厚度控制。

表1 不同结构下的电镀工艺差异

等离子体处理工艺以低气压电离气体为作用介质，通过离子轰击与自由基反应实现表面污染去除、氧化层调节和表面活化，是电镀前的重要预处理环节。对于RDL与铜bump而言，等离子体前处理的基本目的较为一致，主要包括去除残胶、抑制种子层表面氧化以及改善后续电镀界面的结合状态。

根据处理目标的不同，所采用的气体种类也有所区别。单独使用 N₂ 等离子体时，其清洁作用相对有限，通常适用于轻度表面残留的去除；当残胶较多或需要进一步提高表面活性时，则更常采用 O₂ 等离子体。已有研究表明， O₂ 等离子体处理后表面可形成 C=O 与 O=C-OH 等极性基团，从而提高表面的亲水性，相关效果如图25所示。

图25 经过 O₂ 等离子体处理后的PI胶接触角

在铜电镀之前，采用 O₂ 与Ar组合的等离子体处理还可进一步改善电镀铜与种子铜之间的结合质量，并减少界面孔洞。其主要作用在于调节种子层表面的氧化状态，使表面氧化铜得到有效清理，从而降低界面缺陷形成的概率。此外，单独采用Ar等离子体对铜种子层进行处理，也可在一定程度上提高表面粗糙度，进而改善后续电镀层与种子层之间的机械嵌合作用。

相关研究表明，在处理时间为 3min、功率为 180W 的条件下，铜种子层表面粗糙度可提高至约 12nm，此时后续金属层的结合效果较好。

除了在铜电镀前使用等离子体进行处理，在C2结构的bump中，SnAg电镀前进行等离子体处理可有效去除杂质，减少在IMC层的 Cu₃Sn 的形成，从而减少IMC的孔洞形成，减少焊点的开裂风险，如图26所示。

TGV电镀后的退火工艺是通过一定的加热速率到指定温度，然后在该温度下保温一段时间，随后根据不同的冷却方式冷却到室温，退火工艺具有释放残余应力的作用，用于TGV退火工艺的特点是慢加热速率，最高温度在 400°C 左右，表2整理了目前有关退火工艺的参数设置。经过退火处理，激活了铜的应力松弛机制，减少残余应力的累积，降低后续冷却阶段因应力集中引发裂纹的概率，与此同时可以降低电阻率。

表2 TGV退火工艺参数

除了在电镀后对 TGV 进行热处理工艺，东南大学还研究了在种子层工艺后进行热处理处理，进而提升粘附层的黏附强度，经 200~450°C 的退火处理后，粘附性提升了 30%，可有效缓解粘附层本身与玻璃粘附性差的问题。在电镀前进行退火处理还可以有效释放激光钻孔时玻璃内应力，使应力水平降低 40%~60%，减少后续封装工序中的裂纹风险。

回流（reflow）是按照设定的温度-时间程序使焊料熔融铺展并形成冶金连接的成形工序，其微观演进过程如图27所示。在微凸点与铜柱互连中，它既决定焊点成形质量，也往往是引入工艺缺陷的环节。

氮气回流可降低氧化程度、改善润湿，并抑制焊球飞溅与焊珠等外观缺陷，属于工业界常用方案。但氮气回流无法去除已形成的氧化物，仍需依赖助焊或贴装侧的补偿措施来保证表面充分活化；而在甲酸气氛下的无助焊回流则能提供更强的去氧化能力，这是由于甲酸气氛下的无助焊回流能直接对焊料或金属表面氧化膜产生化学还原作用，并在氮气保护下减弱其再氧化风险。温度曲线的优化通常是通过预热与保温来促进溶剂挥发与助焊剂活化，避免焊料快速熔融时气体来不及排出而形成孔洞。

而在真空无助焊回流中，往往将抽真空安排在焊料处于低黏度液相阶段进行，用以提高夹带气体的释放效率，如图28所示。

界面控制方面的改善一般采用降低表面氧化与污染、控制电镀焊料中的夹杂与有机残留等手段来改善润湿与界面反应的稳定性，进一步通过铜柱与焊帽堆栈、阻挡层与润湿层等材料结构设计来降低非润湿与桥接风险。

TGV电镀出问题，十有八九不是电镀本身的锅。电镀前，高深宽比的玻璃通孔得先解决液体进不去的难题——真空润湿或乙醇置换让电镀液顺利钻进去，等离子体处理则负责把表面的残胶和氧化物清理干净，给电镀打个好底子；电镀后，退火工艺帮铜内部的残余应力“松口气”，同时降低电阻率，回流工艺则让SnAg焊帽熔融成完美球形，满足后续互连要求。说白了，前处理保电镀液“进得去、反应好”，后处理保结构“站得稳、靠得住”，两者缺一不可。当前各工艺路径虽已基本明确，但面向不同结构参数的定量工艺窗口仍需进一步研究，这是后续产业化推进中需要持续攻克的方向。

来源：贾照伟，王其强，吴勐，等.玻璃基先进封装关键电镀工艺及其电镀质量控制综述[J].电子与封装,2026,26(7):070009. 侵删

封面图片来源于koto官网

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