Mikrovian elektrolyyttisen täyttöpinnoitus: malli prosessimonitoroinnin kehitystä varten

Abstract

Mikrovia on monikerrospiirilevyn yhden levyn läpi kulkeva reikä. Täyttämällä tämä reikä kuparilla muodostetaan yhteys kahdessa eri piirilevykerroksessa kulkevien johdinpiirien välille. Mikroviateknologia yhdistettynä moderniin piirisuunnitteluun mahdollistaa piirilevyjen johdintiheyden kasvattamisen ja näin ollen piirilevyjen sekä niille rakentuvien laitteiden pienentämisen. Viareiät täytetään elektrolyyttisesti rikkihappo-kuparisulfaatti-liuoksesta. Täyttöpinnoitusprosessissa mikrovia täyttyy täydellisesti kuparimetallilla ja reiän kohdalle jää peilikirkas kuparipinta valmiiksi seuraavan piirilevykerroksen ladontaa varten. Prosessin onnistuminen edellyttää kuparin pinnoittumista elektrolyyttiliuoksesta piirilevylle hallitun epätasaisesti siten, että kuparia pelkistyy eniten sinne, missä pinnassa on syvin reikä ja vähemmän sinne, missä pinta on tasainen tai siinä on kohouma. Ilmiö saadaan aikaan erityisten pinnoituslisäaineiden avulla. Mikroviojen pinnoitusastetta ei voida pinnoituksen aikana mitenkään mitata ja prosessin lunnonilmiöt huomioon ottava malli on ainut rationaalinen tapa arvioida pinnoituksen etenemistä. Tässä diplomityössä on kehitetty täyttöpinnoitusprosessin malli, joka luo perustan prosessin mallipohjaiselle ohjaukselle. Työssä esitellään pinnoitusprosessiin liittyvät perusilmiöt: diffuusion ja migraation aiheuttama massansiirto, sähkökemiallisen reaktion jännite-virta-tasapaino sekä läpivientireiän muodon muuttumisen vaikutukset. Kirjallisuusosassa käydään läpi monipuolisesti eri pinnoituslisäaineet sekä prosessissa esiintyvät pintakemialliset ilmiöt. Työssä kehitetty malli on toteutettu elementtimenetelmää käyttäen. Malli ottaa huomioon kaikki pinnoitusprosessin oleelliset fysikaaliset ja kemialliset ilmiöt sekä mallituskohteen muodonmuutokset. Myös pinnoituslisäaineiden vaikutus sisältyy malliin. Malli ennustaa pinnoitusprosessin vaatiman pinnoitusajan annetuissa prosessiolosuhteissa kohtalaisesti. Täyttöpinnoitusprosessin monimutkaisuuden sekä prosessiin liittyvien liikesalaisuuksien takia työn tulosta voidaan pitää hyödyllisenä. Kehitetty malli on sinällään käyttövalmis ja työn myötä täyttöpinnoitusprosessien ongelmakenttä on kartoitettu ja sen systemaattinen ratkaisu voi jatkua. Työn lopuksi kerrotaan tärkeimmät jatkotutkimuksen kohteet sekä niihin liittyvät koe- ja tutkimussuunnitelmat