TWI247824B - Internal heat spreader plating methods and systems - Google Patents

Description

1247824 A7 -— _ B7 五、發明説明「~~ - 本項申4案主張U.S·第60/272805號臨時申請案之權只 元全為本案所參考列舉者。 發明領垃 本發明領域為電鍍熱散佈器及其他零件之方法，其係為 半導體裝置之熱控制而設計。 一種常見之連續電鍍系統，其包括一加長之電鍍室及移 動之機構，當電鍍零件時，機構使零件沿著電鍍室之長度 私動。電鍍室具有足夠之長度，故由一端進入及由另一端 離開電鍍室之零件可在通過電鍍室之長度時完成電鍍。 參見圖1A，先前已知的電鍍系統，例如Technic Inc之 MP 300，利用垂直之溶液噴灑器π將電鍍溶液8〇導引至電 錄至12中’以及將流入之溶液8〇導向欲電鍍之零件％。已 知的系統亦利用絕緣擋板1 3，其控制著陰極/零件9 〇與一或 多個陽極14之間的電流。如圖1所示，擋板13與欲電鍍零件 9〇之間的距離D1足以使零件90在垂直噴灑器η與擋板13 之間移動，且喷灑器1 1配置於零件9〇之間。類似圖1之系統 通常用以電鍍印刷電路板90之單一邊緣91，且欲電鍍之邊 緣9 1係浸入電鍍溶液80中，相對之邊緣92則未置於電鍍溶 液80中。類似圖1之系統通常包括電鍍用之内室丨5，溶液回 流之外室16，一或多個流體入口 1 5 Α及一或多個流體出口 1 6 A。流體經由流體入口 1 5 A進入内室1 5，流體離開内室！ 5 進入外室16，之後經由流體出口 1 6 A流出外室1 6。 不幸的，無論是先前是否已知悉，類似圖1之系統無法在 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Λ4规恪（210 X 297公釐） 1247824 五、發明説明（ -工作件上提供最诖之金屬分佈 佈之電鍍系統是有必要的。 、有*又佳金屬分 發明概要 本發明關於較佳之電鍍系統及方法，其 端及底端管道以及-電鑛溶液噴灑器，嘴;麗器具有口一^ =口可導引電鍍溶液經由入口流至頂端管 厂：統-較佳具體實施例包括：複數個電氣二 二等二:：長之頂端及底端管道’且該管道之寬度小 ;或寺於1夬吋；複數個零件固定夾’其電氣連接至電源且 位於頂端及底端官道之間；一電鍍溶液噴灌器，立一連串 位將流經入口之電錄溶液導引至底端管道及朝向 頂=官道；與複數個陽極，其位於頂端及底端管道外側並 沿著長度配置。 一種較佳之工作件電鐘方法’其步驟包括：將欲電錢之 t作件浸入定量之電鍍溶液中；將欲電鍍之工作件至^部 分置於頂端及底端電鍍管道中，頂端及底端電鍍管道含有 非導電性側邊並相互間隔開相對配置，且管道之間的空隙 形成一對溶液流出凹槽，其位置約在欲電鍍之工作件中心 上方；使電流在工作件與一或多個陽極之間流動，且通過 溶液流出凹槽；與沿著電鍍管道長度移動欲電鍍之工作件 ，以便在工作件表面上形成一或多個内部熱散佈器，該工 作件須與擋板平行。 本發明一目的欲藉由所述系統中較紊亂之溶液流動及較 少之陰極-陽極限制而明顯增加沉殿速率。 -6 - 本紙悵尺度適川中國國家標準(CNS) Λ丨規格(21〇x297公釐） 1247824 A7 _____B7 I、發明説明（3~) 一 本發明一目的欲運用所述之電鍍系統電鍍工作件，其在 工作件之間形成較均勻之電鍍以及過量之電鍍，故電鍍室 中每個零件之電鍍厚度相同，並具有相同之擋板分佈。 本發明一目的欲使所述之方法及裝置特別適合於電鍍個 別零件之整個表面，電鍍内部熱散佈器（IHS)或其他設計做 為半導體裝置熱控制之零件。 本發明各種目的，特徵，概念及優點將於下列較佳具體 實施例詳述以及附圖而詳加說明，附圖中類似數字表示類 似元件。 圖示簡箪說明 圖1為先前電鍍系統技藝之視圖。 圖2為本發明電鍍系統一具體實施例之視圖。 圖2 A為圖2系統中欲電鍍零件之詳細視圖。 圖3 A為圖1系統中所運用之夾子頂視圖。 圖3 B為圖2系統中所運用之夾子頂視圖。 圖4為本發明方法之概述。 詳細說明 圖2中顯示一較佳之電鍍系統1〇〇，其對工作件9〇〇提供較 佳之金属分佈。在電鍍系統100中，其省略了先前電鍍系統 技藝中所發現之垂直喷灑器（圖丨中喷灑器丨丨），流體8〇〇經 由電鍍室底部進入電鍍室丨20,且電鍍室底部做為一水平喷 灑器no。藉由省略垂直噴灑器，欲電鍍零件9〇〇與擋板13〇 之間的距離D2縮小（其對應著管道側邊之間距離D4之減垆） ，欲電鍍零件900與擋板丨30之間的距離⑴宜小於或等於\ 1247824

AT __________B7 五、發明説明（4 ) 英吋，其以小於或等於〇 5英吋較佳。 藉由修改圖1之系統（Technic Inc. ΜΡ 300)可產生圖2之 系統，其方法如下··（1)省略管狀之垂直溶液喷灑器，並以 位於電鍍至中底端之孔丨丨丨取代，故溶液自欲電鍍零件底部 而非側邊處以紊流方式在周圍流至零件頂部；（2)增加溶液 流速，（3)將擋板移至較靠近欲電鍍之零件（陰極）；運用 夠狹窄之固定夾，以便適當的固定零件，同時允許零件在 擋板之間移動；與（5)在電鍍/零件固定夾具第一次洗滌及乾 燥處執行雙重洗滌及乾燥之製程，電鍍之零件及夾具之下 半部依序洗條及乾燥。 本發明欲利用一或多個水平喷灑器丨丨〇 ,其具有孔/入口 1 U ’位於電鍍室120尾端且至少部分由頂端管道122及底端 管道121所形成，以便導引流體經過第一管道及朝向第二管 道’故流體流向相對於圖2及2A中管道之間間隙13 1定位之 令件9 0 0 ’其產生較蒼亂之流體流動及對應較快之沉殿速度 。為產生所需之紊流，頂端及底端管道之間的距離D 5 (間隙 寬度13 1)宜為工作件900高度D6之20%。 基本上圖2之擋板130形成狹窄之頂端及底端電鍍管道 (121及122)’欲電鍍之零件移動經過管道，且零件9⑽一邊 緣902位於頂端電鍍管道丨22中，相對邊緣9〇1位於底端電鍍 管道121中。由於擋板130為電氣絕緣，工作件9〇〇與陽極14〇 之間的電流須經過頂端及底端擔板之間的空隙1 3丨。管道 120中零件900之定位及移動係藉由夾子17〇夾住零件9〇〇並 移動夾子1 7 0而加以完成。 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Λ4規格(210X 297公釐) 1247824 A7 _一 —__B7 五、發明説明（5 ) 圖3A顯示圖U統所運用之零件夾子i7qa之原始設計， 圖3B顯示圖.2系統所運用之較佳失子17〇。夾子之設計已經 過改良，纟允許擒板肖夾子所固定工作件之間的距離D2因 夾子170之厚度D5縮小而降為〇5英吋或更小。 本發明欲藉由移動擔板所形成之狹窄管道中工作件而保 濩電鍍系統之工作件/陰極，而非利用擋板遮蓋陽極，其係 移動擋板至較Λ近陽極之位置而非欲電鍍之零件，使沉澱 之金屬均勻分佈在工作件表面上。因此，擋板丨3 〇與陽極丨4〇 之間的距離D3大於欲電鍍零件9〇〇與擋板13〇之間的距離 D2 〇 運用圖2系統之方法ι〇〇〇(參見圖4)可包含下列步驟··步 驟1010，將欲電鍍之工作件9〇〇浸入定量之電鍍溶液8〇〇中 :步驟1020,將欲電鍍之工作件9〇〇至少部分置於頂端電鍍 管道122與底端電鍍管道12丨中，頂端及底端電鍍管道包括 非導電性側邊（擋板130)，且管道12 1及122係相互間隔開相 對配置，其間之間隙形成一對溶液流出凹槽1 3丨，凹槽i 3 ! 该約位於電鍍之工作件9〇〇中心上方；步驟ι〇3〇，在工作件 900與一或多個陽極ι4〇之間產生電流，其通過溶液流出凹 槽131 ;步驟1〇4〇，沿著電鍍管道121及122長度移動欲電鍵 之工作件900，以便在一或多個内部熱散佈器（91 1，921)上 形成電沉澱層。工作件900之表面（910，920)在操作過程中 須平行於擋板130。 前述方法令包括一或多個下列步驟：步驟丨〇〇5 ,將工作 件接合至電鍍過程中用以固定及移動工作件之機架；步驟 ____ -9- 本紙張足度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇 X 297公發) " 一 1247824 五、發明説明（6 1 050，電鍍後執行第一次洗滌及乾燥循環，其中機架至少 ★。卩位在工作件仍潮濕時已洗滌及乾燥；與步驟1 〇6〇，在 第次洗滌及乾燥循環後實施第二次洗滌及乾燥循環，其 中工作件自内室1 50處移開並已洗滌及乾燥。由於來自夾子 可犯污染之洗滌水無法沉澱及/或污染工作件，此一雙步驟 製程中機架先行乾燥使工作件之乾燥無斑點存在。 下列步驟亦適用於前述方法中·· a)利用清水洗滌工作件/ 零件及夾子；b)僅使夾子乾燥且無須考量污染；c)以相當 潔淨之水洗滌零件，同時保持夾子乾燥；d)將零件乾燥。 此乾燥方法防止在乾燥過程中來自夾子之污染洗滌水喷濺 在零件上，造成熱散佈器污染。 、 此方法各種變更包含運用寬度等於或小於1英吋之管道 ，及/或調整管道之間凹槽131之寬度，以便在工作件9〇〇上 產生最佳或至少較均勻之電鍍。 在較佳具體實施例中，水平喷灑器uo之尺寸可在管道中 提供紊亂之流動，吾人須留意足量之排放使電鍍室不會溢 流。當任何電鍍流體不會噴濺至上述電鍍室上方夾子時， 其不易在夾子浸入部位上方產生紊亂之流動。上述洗務_ 乾燥之方法適用於嗔滅在夾子上之任何溶液。 當表面噴濺最少時，電鍍室120宜允許在工作件上產生奮 流，這點通常藉由設計具有一連串已.知直徑孔之完整排1 加以達成（水平噴灑器1 1 0)，這些排放孔能夠將流體導向夹 子所固定之零件。電鍍溶液加壓經過閥控制器到達排放孔 ，此閥經過調整產生最大之流動，且不會在電鍵溶液表面 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CMS) A4規格(mox⑼7公釐) 1247824 A7 B7 五、發明説明（7 ) 上造成噴濺。排放孔與零件之間的距離，排放孔之直徑以 及經過排放.孔之流速皆經過設定使工作件處之紊流速度最 大，同時在電鑛溶液表面上之喷濺最少。 擔板1 2 0包括非導電性材料之薄層，其中一凹槽允許溶液 流動，且凹槽位於欲電鍍之零件中心。凹槽之長度應等於 陽極之長度，來自陽極之電流受到限制，且凹槽之高度係 设定以便在電鍵元件上產生最佳之金屬分佈。實驗顯示約 、之凹槽允許足夠之電流在一側邊上電鍍四方形熱散佈 器1 。此範例中擋板移動至含有電鍍零件夾子之i/2，，。 在較佳具體實施例中，溶液流速使紊流區域非常明確， 這點對工作件表面處充滿著電鍍電解液甚為重要，其須增 加金屬沉澱速率。利用上述之電鍍室，當由氨基磺酸鹽之 電解液沉澱鎳金屬時，沉澱速率超過2微米/分鐘。 ,系統100特別適用於金屬電解液，其設計用以沉澱下列金 屬之電艘溶液800 :鎳，金，銀，錫，銅，鉛，銦，鉍或這 些金屬之合金。 系統100適用於包括一或多個銅熱散佈器之工作件9〇〇 , 八。又冲用以自半導體裝置處移除或排放熱。紹，链碎合金 ’柯瓦鐵鎳鈷合金42或其合金可取代銅。 較佳系統及/或方法之運用使沉澱速率至少為2微米/分 4里，且金屬係均勻分佈，使電鍍之工作件表面上沉澱金屬 之厚度變化小於1微米。電鍍約4微米鎳之31阳〇1方形熱散 佈裔fe例在零件上之薄膜均勻厚度為3 5至4 5微米，在非最 佳遮蔽方法時相同零件之最低點厚度一般為3微米，最高點 •----- ...__ —___ - 11 - t a 297公發)_ 1247824 一 A7 B7 五、發明説明（) 〇 厚度為6微米。 因此，本發明已揭示較佳電鍍系統之特定具體實施例及 其應用。然而，除了已揭示項目外，技藝中技術之各種變 更皆在本發明之概念中，故本發明除了所附申請專利範圍 外並未加以限定。此外，在專利說明書及申請專利範圍之 敘述中，所有的術語皆係本文所述之最大可能慣例。特別 是術語’’包括”應表示非排除性之元件、成分或步驟，參考 之元件、成分或步驟，或與未完全參考之元件、成分或步 驟組合。 主要元件符號說明 11 溶液喷灑器 12 電鍍室 13 絕緣擋板 14 陽極 15 内室 16 外室 15A 流體入口 16A 流體出口 80 電鍍溶液 90 零件 91，92 邊緣 100 電鍍系統 110 水平喷灑器 111 孔/入口 120 電鍍室 121 底端管道 122 頂端管道 130 擋板 131 空隙 140 陽極 170 夾子 170 A 零件夾子 800 電鍍溶液 900 工作件 901,902 邊緣 910, 920 表面 911,921 内部熱散佈器 D1，D2，D3，D4，D5，D6 距離 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

12餐髮未 A8 B8 丨3788號專利申請案 別立專利範圍替換本(94年6月)戠 09110 申請專利範圍 1· 一種電鍍内部熱散佈器系統，其包括： 一加長之頂端及底端管道； -電鍍溶液喷麗器’其包括一連串之入口，且入口之 方位將流經入口之電鑛溶液導引至頂端及底端管道之 一並朝向另一管道； 一陽極；及 一平面狀之陰極，其包括第一導電性表面，第二導電 性表面以及-周邊，第—及第二導電性表面相互平行且 位於陰極之相對側邊上；其中 喷灑器與陰極周邊之間的距離至少與第一或第二導 電性表面之間的距離相同。 2.根據中請專利錢第！項之系統，其中該喷麓器將流經 入口之電鍍溶液導引朝向一平面中之陰極，且該平面與 陰極係共平面。· 3·根據申請專利範圍第2項之系統，其中該·· 頂端及底端管道皆包括兩平坦且平行之非導電性側 邊，其與陰極平行：與 陰極在非導電性側邊之間至少部份位於頂端及底端 管道中。 4·根據申請專利範圍第3項之系統，其中該： 頂端及底端管道相對配置且相互間隔開，其間之間隙 形成一對溶液流出凹槽；與 管道可防止陰極與陽極之間的流動，其不同於經由流 出凹槽。 5·根據申请專利範圍第4項之系統，其中該流出凹槽約平 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) J247824 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 行於陰極之中心線。 6.拫據申请專利範圍第5項之系絲 钟其π —、兹办 、4 ’其中該陰極包括電介 上。 熱政佈器位於電介體基版 7·根據申请專利範圍第1項之系έ 、省之a认七雄 貝之·糸、、先，其中該頂端及底端管 道之見度小於或專於1英时。 8·根據申請專利範圍第1項之系 和番4f收、—- 矛、、先，其中該喷灑器係水平 配置’並將流經入口之雷錄交 向頂端管道。“鍍-…至底端管道中及朝 9. :據：:青專利範圍第!項之系統，其中該頂端及底端管 道之寬度小於或等於0 · 5英忖。 10. 根據申請專利範圍第w之系統，其中該頂端及底端管 道之寬度小於或等於〇.5英时，且另包括複數個零件固 定夾子’夾子係電氣連接至電源且位於頂端或底端管道 中0 π·根據申請專利範圍第i項之系統，其另包括複數個陽極 ’該陽極位於頂端及底端管道㈣，且沿著頂端及底端 管道長度配置。 12·根據申請專利範圍第1項之系統，其中該頂端及底端管 道以一間距分隔開，且至少一頂端及底端管道係可移動 而改變該間距。 13·根據申請專利範圍第1項之系統，其中該電鍍零件與一 管道壁部之間的最短距離小於該管道壁部與一陽極之 間的最短距離。 -2 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公 1247824 申請專利範園 14. ·一種電鍍内部熱散佈器系統，其包括：· 一陽極’一平面狀之陰極，一喷灑器及複數個電氣絕 緣擋板；其中 擋板皆位於陽極與陰極之間，但不位於喷灑器與陰極 之間’並與兩參考平面之一共平面，該參考平面與陰梃 平行；與 喷灑器沿著一平面將電鍍流體導引朝向陰極之邊緣 ，該平面與陰極共平面。 15· —種内部熱散佈器電鍍工作件之方法，其步驟包括： 將欲電鍍之工作件浸入一定量之電鍍溶液中； 將欲電鍍之工作件至少部份置於頂端電鍍管道及底 端電鍍管道中，該頂端及底端電鍍管道包括非導電性側 邊，且相對配置並相互間隔開，其間的間隙形成一對溶 液流出凹槽，該凹槽約位於欲電鍍之工作件中心上方； 使電流在工作件與一或多個陽極之間流動，且電流僅 在經過溶液流出凹槽之後流入頂端及底端管道；與 沿著電錢管道之長度移動欲電錄之工作件，以便在工 作件表面上形成一或多個内部熱散佈器，且該工作件 平行於擋板。 16.根據申請專利範圍第】5項之方法，其步驟另包括： 將工作件接合至—機架，該機 定並移動工作件； “在魏過程中用以固 :鍍後執行第一次洗滌及乾燥循環 濕時機架至少-部位已洗膝及乾燥；與 乍件仍期 I紙張尺度適财關家標準 裝 訂 •3- 1247824 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 第一次洗滌及乾燥循環後實施第二次洗滌及乾燥循 環，其中工作件已洗滌及乾燥。 17.根據申請專利範圍第16項之方法，其中水用於第一次及 第二次洗滌循環，且第二次洗滌循環所用之水純淨度優 於第一次洗滌循環所用之水。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)