半導體 Flip Chip「選擇性快速微蝕刻液」的發展應用

Flip Chip結構示意圖。

PCB、IC Substrate使用於細線路銅面微蝕刻劑，多屬於H2SO4- H2O2系列之產品。由於配合封裝FlipChip無引腳 (非打線)製程需求應用，業界引入日、美體系細線路選擇性微蝕刻劑，是屬於H2SO4- H2O2系列之產品，主要是應用在SAP之選擇性蝕刻製程，最大之優點是可以擴大電鍍銅與化學銅之蝕刻速度比，可達近3:1 (化學銅/電鍍銅)。其特色如下：

1.使得線路之Undercut較小，且垂直性較佳。
2.選擇性蝕刻是應用於半加成法製程(SAP)中，針對不同的銅規格，進行線路回路的形成。
3.半加成法製程常見的銅晶結構有兩種，一是無電解銅鍍覆，附著在基底的Pd金屬上，作為觸煤並將銅有選擇性的析出，由於無電解銅鍍覆析出銅，因所含電鍍液不純物較多，故晶界構造較鬆散；另一是電鍍銅析覆作為鍍出銅，由於含的不純物(有機物)極少，晶界構造較密。

微蝕反應原理

1.由於微蝕過程是微蝕劑分子和金屬之間的反應，反應速度很快，故微蝕速度受滲透作用控制。
2.微蝕的速率決定步驟取決於微蝕劑分子(H2O2)到達金屬表面的速度以及微蝕後產物離開金屬表面的速度。

傳統製程微蝕反應機制

1.H2SO4/H2O2 微蝕機制
                Pd
Cu + H2O2-> CuO + H2O
CuO+H2SO4 -> CuSO4 + H2O
H2O2 ->H2O+ 1/2O2

2.Na2s2O8 微蝕機制

Na2S2O8 + 2H2O-> 2NaHSO4 + H2O2
Cu + H2O2 ->CuO + H2O
CuO + 2NaHSO4-> CuSO4 + Na2SO4 + H2O

半加成法製程微蝕反應機制

1.無電解銅微蝕機制
　            Pd
H2O2+Cu ->CuO+H2O
CuO+H2SO4 ->CuSO4+H2O

2.電鍍銅微蝕機制
                                   緩蝕
　　 H2O2+H2SO4+Cu -> CuSO4+2H2O

奇奕國際 POMAT E680系列選擇性微蝕刻劑原理

1.無電解銅鍍覆(樹脂基底)部，因粒子間的的結合力弱，蝕刻液的侵蝕容易，故適當的蝕刻劑成份，可以快速溶解無電解銅鍍覆層，並且對電鍍銅鍍覆層形成護岸效果，避免undercut過大。
2.電鍍銅鍍覆部，因粒子間的的結合力強，蝕刻液的侵蝕較不容易外，選擇適當的緩蝕劑成份，可以確保線路形成品質。

奇奕國際發展出的POMAT E680選擇性微蝕刻劑，緩蝕劑會在電鍍銅面上吸附而形成保護層抑制蝕刻速度，而選擇性微蝕刻劑會加速溶解無電解銅之貴重金屬化合物，進而形成細線回路。

在不同咬蝕量之下，可達到半導體Flip Chip封裝製程細線路製作的嚴苛要求：
1.E680選擇性微蝕刻劑，在1um之咬蝕量較0.8um所得到之undercut較小表現較佳。
2.E680選擇性微蝕刻劑，在不同規格之up trace & bottom所得到之undercut會受間距大小之影響，間距越小undercut越大，於規格L/S 10um線路undercut可<10%。
3.E680選擇性微蝕刻劑，微蝕刻後的線型垂直性佳。

(本文由奇奕李瑛奇總經理口述， 莊永莉整理)