중요한 홀

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 428(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

전기도금된 Cu는 고급 전자 패키징에 광범위하게 적용되었으며 그 기계적 특성은 신뢰성에 매우 중요합니다. 본 연구에서는 다양한 비스-(3-설포프로필) 디설파이드(SPS) 농도로 전기도금을 통해 제조된 Cu 포일을 인장 시험을 통해 조사하였다. SPS 농도는 전기도금된 Cu 포일의 입자 크기에 영향을 미쳐 기계적 특성이 달라집니다. 중요한 홀-페치 효과 \({\sigma }_{y} = 197.4 + 0.12{d}^{\frac{-1}{2}}\)가 전기도금된 Cu 포일에 대해 입증되었습니다. 비행 시간 2차 이온 질량 분석법을 통해 확인된 다양한 농도의 불순물은 다양한 입자 크기에 해당하며, 이는 인장 시험 중 입계 및 입계 파괴를 결정합니다. 결과는 전기도금된 Cu의 미세 구조를 제어하는 ​​SPS 농도가 전기도금된 Cu 포일의 기계적 특성에 홀-페치 효과를 가져온다는 것을 보여줍니다.

과거에는 알루미늄이 전자 포장의 주요 상호 연결 재료로 사용되었습니다. 그러나 첨단 전자 패키징의 개발로 인해 상호 연결 재료에 대한 수요가 높아지면서 알루미늄이 구리(Cu)로 대체되었습니다. 이는 Cu가 알루미늄보다 더 나은 전기 전도성과 전자 이동에 대한 저항성을 나타내기 때문입니다. 또한 Cu의 우수한 열 전도성, 연성, 상대적으로 높은 용융 온도 및 적절한 강도로 인해 Cu는 전자 제품에서 널리 사용되는 도체 재료로 자리 잡았습니다1,2.

Cu의 전기도금은 전자 장치3,4,5의 전도성 트레이스, 와이어 및 금속화 제조에서 산업적 대량 생산에 중요합니다. 현재 대부분의 반도체 및 인쇄 회로 기판 공장용 전기 도금 용액은 독성이 낮고 도금조 관리가 우수하기 때문에 일반적으로 황산과 황산구리로 구성됩니다. 대조적으로, 전기도금 용액에 첨가된 유기 첨가제는 전기도금된 Cu의 감소된 Cu 원자 및 미세구조의 증착 속도를 제어하는 ​​데 필수적입니다. 예를 들어, 도금 용액의 일부 첨가제는 전기, 강도 및 공극 억제5,8,9를 향상시키기 위해 나노쌍둥이 구조의 Cu 필름을 제조하는 데 사용될 수 있습니다. 첨가제 중 하나는 NaCl이나 HCl의 염화물 이온(Cl-)으로, 이는 Cu 이온의 환원 속도를 증가시킵니다10. 또한 Cl-는 폴리에틸렌 글리콜(PEG)과 같은 다른 첨가제와 협력하여 음극 표면의 Cu 환원 속도를 억제할 수 있습니다. SPS(Bis-(3-sulfoprofile) disulfide)는 Cl-와 반응하여 음극 표면의 Cu 이온의 환원 속도를 가속화하고 전기도금된 Cu13의 표면 거칠기를 감소시킵니다. 환원된 Cu 원자의 증착 역학 변화로 인해 첨가제 농도의 변화는 전기도금된 Cu의 미세 구조에 큰 영향을 미쳤습니다14. 따라서 전기도금된 Cu의 특성에 대한 첨가제 농도의 영향을 조사할 가치가 있습니다.

In recent years, three-dimensional integrated circuits have become an essential solution for fabricating high-performance electronic products with extreme miniaturization15,16. Electroplated Cu has been widely applied in redistribution layers (RDLs) and through-silicon vias (TSVs) in advanced electronic packaging such as fan-out wafer-level packaging17,18. In RDLs and TSVs, the Cu wires must pass through silicon wafers and polymer substrates (epoxy molding compound). The latter exhibits a high thermal expansion, whereas the thermal expansion of the former is very low, and that of Cu ranges between them. Thermal stress is generated in the Cu wires by the different coefficients of the silicon, Cu, and epoxy molding compound during the thermal cycling tests19,20. Recently, the size of Cu wires in semiconductor chips has been reduced to the nanoscale, and their excellent mechanical properties have become increasingly important-oriented nanotwinned Cu with different columnar grain structures. Materials 13, 1310 (2020)." href="#ref-CR21" id="ref-link-section-d48472891e573"21,22,23./p>

Figure 3a shows the top-view optical images of the electroplated Cu foils peeled from the glass substrate after electroplating with SPS concentrations of 0, 0.2, 0.5, 1.0, and 2.0 ppm. The specimens were labelled as PC, PCS0.2, PCS0.5, PCS1.0, and PCS2.0, respectively. Although the top-view morphology of PCS0.2 is very similar to that of PC, the images show that the surface brightness of the Cu foil was significantly enhanced by increasing the SPS concentration. This is because the increase in the concentration of SPS gradually replaced the PEG molecules (suppressor) attached to the electroplated surface, accelerating the reduction of Cu ions13,14. When the concentration of SPS was low (0.2 ppm), the effect of the accelerator on the electroplating was very limited; therefore, the morphologies of PC and PCS0.2 resembled each other. When the concentration of SPS was increased to 0.5 ppm, the SPS molecules began to affect the Cu reduction. An increase in Cu reduction provided a uniform electroplating rate on the electroplated surface at the cathode to lower the roughness of the electroplated Cu surface. The SPS was also referred to as a brightener, and the Cu foils of PCS0.5–2.0 were brighter than those of PC and PCS0.2. The effect of SPS on the roughness of the electroplated Cu foil is illustrated by the SEM images in Fig. 3b. The top-view morphology of PC was very rough and had large cone structures, and the size of the cones was significantly reduced by 0.2 ppm SPS. Furthermore, the cones mostly disappeared when the concentration of SPS was ≥ 0.5 ppm, with the electroplated surface being very smooth. Excellent surficial uniformities of PCS0.5–2.0 were be observed in the higher-magnification SEM images (× 10,000), as shown in Fig. S1. Although the rough surface could be improved through an electropolishing process following electroplating-oriented nanotwinned Cu with different columnar grain structures. Materials 13, 1310 (2020)." href="/articles/s41598-023-27669-2#ref-CR21" id="ref-link-section-d48472891e691"21, the different microstructures with varying SPS concentrations possibly impacted the mechanical properties of the electroplated Cu foil./p>

-oriented nanotwinned Cu with different columnar grain structures. Materials 13, 1310 (2020)./p>