101

2023.10

T P CA L I N E

‧電鍍銅50年的滄桑(2)

‧封裝載板用下世代乾膜光阻之研究與設計

‧高性能運算發展將帶動伺服器散熱邁向

沉浸式冷卻技術

特

別

企

劃

‧高密度互連技術的碳足跡：

直接金屬化製程與化學鍍銅製程

‧低地球軌道衛星發展趨勢與

對PCB技術需求

fiffffl 技術新知

投稿專線:+886-3-3815659

E-mail:service@tpca.org.tw

1998年7月創刊發行

編者的話／Editor’s Desk

Circuit board Quarterly

101

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白蓉生

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李長明、林武宗、陳河旭

張元銘、董定宇、汪光夏

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梁又文、林勝賢、江澤修

張景山、呂政明、游月霞

呂智群、章 坤、辛柏霖

莊玉明、賴有忠、吳元超

游新基、林序庭、姚志金

楊賢增、天滿正一郎、陳柏棋

林文彬、陳文盛、沈慶芳

彭裕民、周光春、嚴瑞雄

俞金爐、高國倫、陳俊英

吳禮淦、賴家強

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陽浩天、李冬玲、邱馨加

葉雲智、黃聖雯、張致遠

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曾筠晴、陳首安

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台灣電路板協會(TPCA)

局版臺省誌字第1151號

(337002)桃園市大園區高鐵北路

二段147號

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‧本刊圖文非經本會及作者同意不得轉載

‧本刊物作者發表之內容，為個人發表及研究上

的意見，不代表本會立場。

TPCA WEB

現在的世界政經局勢如同氣候變遷，處處有驚

無喜、時時要防備可能發生的災難。10月8

日哈瑪斯陸、海、空同時啟動對以色列的突襲，

是繼去年初俄羅斯發起對烏克蘭戰爭後又一影響

世界經濟的重大事件。很多學者研究戰爭到底對

經濟有何影響，但因樣本數沒有太多，所以統計

數字只可做參考，但對於發生戰爭的國家贏或輸

的任一方，其經濟損失是可看見的；參與戰爭的

國家數量越多，影響的規模與持續的時間將更大、

更久，在目前景氣低迷尚未看到復甦跡象的當下，

會再產生多大的衝擊我們要持續關注。

本期季刊之主題為『高階製程與新技術的介

紹」，多篇文章從不同角度談這兩個主題，不管

電子產品如何應用與發展，電路板材料與製程都

必須配合演進，並且要考慮另一個需求趨勢--節

能、減碳、減廢--產業永續最重要的議題：

1.高階製程與新技術的主要需求產品在IC載板、伺

服器、智慧型手機等主板，以及一些須高可靠度

需求的產品，如車電、航太、通信等應用；高階

製程在高層數、細線、小孔、薄型化的需求下，

製程的變異掌控勢必要極小化才可達到對應的可

靠度要求。例如薄型化的絕緣層厚度如何維持絕

緣特性、高縱橫比小孔如何在鑽孔及導體化製程

做到好的品質規格；本期文章『電鍍銅50年的滄

桑(2)』、『封裝載板用下世代乾膜光阻之研究與

設計』、『高性能運算發展將帶動伺服器散熱邁

向沉浸式冷卻技術』等讀者可以仔細閱讀。

2.節能、減碳、減廢是產業供應鏈共同面對的議

題，如何在製程中減少電和水的使用，同時不會

衝擊產品品質；材料方面如銅箔、絕緣材及防焊

等，它們在製作時往往需要高耗能(電與熱等)；

電路板報廢後除金屬銅外，其它很難回收再用、

通常是焚燒一途。如何改變這種高碳排的生態，

其實產業早已投入相關的研究，但要到實際可行

仍需要時間與必要的驗證。本期的『高密度互連

技術的碳足跡：直接金屬化製程與化學鍍銅製

程』、『台廠PCB碳排概況與製程材料減碳技術』

可資參考及了解業界的努力與成果。

上半年的市場狀況顯然相當不理想，不管是

製造或者材料、設備都是2位數的萎縮，何時可以

擺脫景氣衰退的困境似乎無法預料，因為除了經

濟的下行，更大的黑犀牛--地域政治的動盪不穩加

劇，會帶來未知的變數。

自從5G的出現，其高速處理速度、低延

遲、高頻寬和龐大的儲存容量為行動裝

置帶來新的功能，也為科技創新注入新的養

分，加速了生成式AI的問世與應用，在短短

的時間內，AI已掀起人類文明的新變革，正

在改變你我的生活。然AI人工智慧（Artificial

intelligence）是否能幫助人類對應氣候風險，

實現淨零永續的未來？ 答案是肯定的。相信

AI的發展，加上材料與技術的進步，淨零的難

題將有機會獲得解決。

隨全球5G及AI技術快速發展，對高運算

力需求大幅提升，雖帶動AI伺服器市場，但全

球資料中心運行的可靠度與能耗課題，是雲端

服務在淨零碳排的重要挑戰，為此浸沒式冷卻

(immersion cooling)應運而生，以解決高效散

熱、節能減碳與高可靠度等問題。另一方面，

今年也台灣PCB產業低碳轉型的元年，在TPCA

發布策略報告書後，PCB業者已多具備ESG思

維，應用智慧製造能力，掌握關鍵排放熱點，

發行人的話

理事長

台灣電路板協會

積極尋找自主減碳的解方。在政策的支持下，

研究與學術單位也朝向低碳材料與減碳技術進

行研發，為鞏固PCB產業在全球供應鏈競爭力

而努力。這些趨勢在在顯示，全球科技列車

上，正承載著高階低碳的資源在快速行駛中，

期許台灣PCB產業鏈都已搭上列車，並能順利

抵達淨零的終點。

時序即將邁入2023尾聲，大環境雖有因

通膨升息、庫存去化與地緣政治等許多挑戰，

將預見今年全球PCB產值將面臨巨幅的衰退，

然，此刻也是休養生息的最佳時刻，可以靜下

心來思考長期發展策略、進行企業體質優化或

改造。無論景氣繁榮或低迷，「電路板季刊」

以貼近趨勢脈動為使命，期望成為PCB產業經

營策略規劃的寶典，本期季刊以「PCB技術新

知」為主題，以最具深度、前瞻性、與即時性

的文章，在新科技與低碳技術都有多篇精采文

章，期盼在此刻為廣大讀者帶來知識的養分，

做好準備、蓄勢待發!

行駛中的高階低碳列車

你上車了嗎？

目錄／Contents 專業技術

10 電鍍銅50年的滄桑(2) TPCA資深技術顧問 白蓉生

32 封裝載板用下世代乾膜光阻之研究與設計 長興材料工業股份有限公司 光阻材料事業部 周阜民

特別

企劃

特別

企劃

特別

企劃

特別

企劃

40 高性能運算發展將帶動伺服器散熱邁向沉浸式冷卻技術

工業技術研究院 材料與化工研究所 江晨光、鄭志龍

46 高密度互連技術的碳足跡：直接金屬化製程與化學鍍銅製程

台灣麥德美股份有限公司總經理 楊勝雄

54 WECC最新動態 TPCA市場資訊部 彙整

56 台灣電路板協會攜手 外貿協會及電電公會訪問墨西哥 TPCA市場資訊部 彙整

62 前進泰國 打造PCB韌性供應鏈 TPCA市場資訊部 彙整

國際視野

67 IC載板的國產化機會視窗即將關閉 上海申銀萬國證券研究所電子首席 楊海晏

大陸面面觀

25 34 63

98

97 129 130

公益報報

126 財務資訊公告 TPCF 彙整

127 TPCF公益小黑板 數字1、2、3...... TPCF 彙整

129 PCB企業集小愛成大愛 用愛照亮慢飛孩子的未來 TPCF 彙整

130 TPCA Show—深圳展&亞太電子製造論壇 TPCA會員服務部 彙整

會務報導

132 新南向臺灣形象展 泰國 TPCA會員服務部 彙整

133 久違了 TPCA健康盃保齡球聯誼賽 圓滿落幕 TPCA會員服務部 彙整

134 TPCA先進趨勢研討會-AI引領PCB高速運算新世代 TPCA會員服務部 彙整

135 6-8月活動花絮 TPCA會員服務部 彙整

產業脈動

72 2023.Q2台灣PCB產銷調查及營運報告分析 工研院 產科國際所

90 全球軟板產業掃描與發展動態 工研院 產科國際所

100 低地球軌道衛星發展趨勢與對PCB技術需求 國家太空中心元件組組長 鄭竣吉

115 2022年全球電路板產值約970億美元! N.T. Information Ltd Dr. Hayao Nakahara (中原捷雄博士)

106 台廠PCB碳排概況與製程材料減碳技術 鄞盟松 Daniel Yin1、顏銘翬 Ming-Huei Yen3

李文欽 W. C. Lee2、吳明宗Ming-Tzung Wu2、黃耀正 Yao-Jheng Huang3、邱秋燕 Chiuyen Chiu3、鄭志龍 Jyh-Long Jeng3

工研院( ITRI)材料與化工研究所 1.技術總監、2.研究員、3.經理

特別

企劃

30 µm

15 µm

60 µm

Range (Cu thick [µm])

5

4

3

2

1

0 Unit A Unit B Unit A Unit B Unit A Unit B Unit A Unit B Unit A Unit B Unit A Unit B Unit A Unit B Unit A Unit B Unit A Unit B Unit A Unit B Unit A Unit B

Test

1

Test

2

Test

3

Test

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Test

5

Test

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Test

7

Test

8

Test

9

Test

10

Test

11

高電流密度之盲孔填銅 (>3 A/dm2

) >3 A/dm2 之高電流密度下，鍍銅之絕佳

分佈力

InPro® SAP3

在高電流密度下

具有絕佳均勻性之

IC載板填銅製程

InPro® SAP3 為適用於非溶解性陽極之垂直輸送連續鍍銅設備 (VCP) 的盲孔 (BMV)

填銅製程，此新世代製程可依據載板設計，達到每單位內銅厚分佈之最佳境界。

即使採用高電流密度，仍可得到高均勻性銅厚，增加 IC 載板的產量。在寬廣的

操作範圍中，皆有非常均勻的填銅表現，確保細線路產品之量產穩定與可靠。

銅厚均勻性絕佳

> 3

可用電流密度

在 3 A/dm2 鍍銅時，每個單位

載板內微米級銅厚分佈

A/dm2

< 2 μm

阿托科技股份有限公司 | 桃園市桃園區經國路15號5樓 | TEL: +886 (0)3 356 2468 atotech.com

97 129 130

公益報報

126 財務資訊公告 TPCF 彙整

127 TPCF公益小黑板 數字1、2、3...... TPCF 彙整

129 PCB企業集小愛成大愛 用愛照亮慢飛孩子的未來 TPCF 彙整

130 TPCA Show—深圳展&亞太電子製造論壇 TPCA會員服務部 彙整

會務報導

132 新南向臺灣形象展 泰國 TPCA會員服務部 彙整

133 久違了 TPCA健康盃保齡球聯誼賽 圓滿落幕 TPCA會員服務部 彙整

134 TPCA先進趨勢研討會-AI引領PCB高速運算新世代 TPCA會員服務部 彙整

135 6-8月活動花絮 TPCA會員服務部 彙整

產業脈動

72 2023.Q2台灣PCB產銷調查及營運報告分析 工研院 產科國際所

90 全球軟板產業掃描與發展動態 工研院 產科國際所

100 低地球軌道衛星發展趨勢與對PCB技術需求 國家太空中心元件組組長 鄭竣吉

115 2022年全球電路板產值約970億美元! N.T. Information Ltd Dr. Hayao Nakahara (中原捷雄博士)

106 台廠PCB碳排概況與製程材料減碳技術 鄞盟松 Daniel Yin1、顏銘翬 Ming-Huei Yen3

李文欽 W. C. Lee2、吳明宗Ming-Tzung Wu2、黃耀正 Yao-Jheng Huang3、邱秋燕 Chiuyen Chiu3、鄭志龍 Jyh-Long Jeng3

工研院( ITRI)材料與化工研究所 1.技術總監、2.研究員、3.經理

特別

企劃

97 129 130

公益報報

126 財務資訊公告 TPCF 彙整

127 TPCF公益小黑板 數字1、2、3...... TPCF 彙整

129 PCB企業集小愛成大愛 用愛照亮慢飛孩子的未來 TPCF 彙整

130 TPCA Show—深圳展&亞太電子製造論壇 TPCA會員服務部 彙整

會務報導

132 新南向臺灣形象展 泰國 TPCA會員服務部 彙整

133 久違了 TPCA健康盃保齡球聯誼賽 圓滿落幕 TPCA會員服務部 彙整

134 TPCA先進趨勢研討會-AI引領PCB高速運算新世代 TPCA會員服務部 彙整

135 6-8月活動花絮 TPCA會員服務部 彙整

產業脈動

72 2023.Q2台灣PCB產銷調查及營運報告分析 工研院 產科國際所

90 全球軟板產業掃描與發展動態 工研院 產科國際所

100 低地球軌道衛星發展趨勢與對PCB技術需求 國家太空中心元件組組長 鄭竣吉

115 2022年全球電路板產值約970億美元! N.T. Information Ltd Dr. Hayao Nakahara (中原捷雄博士)

106 台廠PCB碳排概況與製程材料減碳技術 鄞盟松 Daniel Yin1、顏銘翬 Ming-Huei Yen3

李文欽 W. C. Lee2、吳明宗Ming-Tzung Wu2、黃耀正 Yao-Jheng Huang3、邱秋燕 Chiuyen Chiu3、鄭志龍 Jyh-Long Jeng3

工研院( ITRI)材料與化工研究所 1.技術總監、2.研究員、3.經理

特別

企劃

廣告目錄 Advertisement Contents

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07

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30

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39

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137-139

140

TPCA Show 2024 三展聯合 台北 ·泰國 ·深圳

阿托科技股份有限公司

PCBShop採購指南

TPCA企業訓練平台

吉爾泰國際有限公司

由田新技股份有限公司

威士頓精密工業股份有限公司

深圳市杰普特光電股份有限公司

志聖工業股份有限公司

台灣上村股份有限公司

廣州市泰立機電設備有限公司

蘇州維嘉科技股份有限公司

珠海鎮東有限公司

日遠科技股份有限公司

超特國際股份有限公司

訊助企業股份有限公司

東莞宇宙電路板設備有限公司

競銘機械股份有限公司

協進事業有限公司

TPCA季刊廣告

101

封面

晟豐精密機械有限公司

封底

昱辰科技股份有限公司

封面裏

新武股份有限公司

封底裏

協進事業有限公司

65 特別頁

台灣吉德門

國際股份有限公司

66 特別頁

TPCA Show 深圳2024

白蓉生

TPCA 資深技術顧問

電鍍銅50年的滄桑(2)

一、前言

本季刊前期(100期)是以酸性電鍍銅的三種有機添加劑為主題，細說其對鍍銅的

功能與反應原理。本期將另從鍍銅糟液的電場(Electric Field)與流場(Fluent Field)以

及銅結晶與銅陽極四個主題，再加入最近資料重新整理，使電鍍銅能有系統與條理的

成為專業文章。所謂電場是指常規鍍銅在陰極表面DC電流的強度分佈，與定時反脈衝

(PPR)不斷變化電流的分佈，以及瞬間變化DC強度的千層派鍍法等。流場是指全面或

局部槽液攪拌而產生的各種對流(Convection)。由於PCB產品不斷進步且難度增加，出

現了高縱比(Aspect Ratio, 15:1)的小徑深通孔，與小徑深盲孔(AR比0.8以上)，此等全

新需求早己超過常規鍍銅的範疇，必須費盡心力使用各手法去解決持續出現的難題。

二、電鍍銅的電場

2.1 常規DC直流鍍銅的電場

圖1與圖2說明一般金屬製品採DC鍍銅者，其鍍槽中

電力線的分佈情形，也就是把抽象電場予以具體化的示

意圖。圖3與圖4為電路板通

孔採DC鍍銅的電場分佈，以

及鍍銅技術不佳所產生的狗

骨(Dog Bone)切片圖，圖5

為盲孔鍍銅填銅的電場示意

圖。傳統DC鍍銅雖尚可用電

力線來表示其抽象電場，但

到了PPR定時反脈衝鍍銅則

很難顯示其電場了。

10 專業技術 電鍍銅50年的滄桑(2)

2.2 正反脈衝與直流兩種供電之電鍍銅

反脈衝電流瞬間升起所耗用的時間(Rise Time)必須為零，才會使得波形呈現垂直

陡直，這只是理論值而已。此等整流器的波形對銅層延伸率影響極大，脈衝的不良波

形會使整平劑裂解，進而在晶界(Grain Boundary；簡稱GB)中形成缺陷。

反脈衝整流器的品牌非常關鍵且很難買到良好品牌的精機，對鍍銅品質影響極

大。某些新機有時尚好但老化後就會變得很差，如此就很難取得良好品質的鍍銅了。

2.3 週期性反脈衝(PPR)鍍銅

右上圖即為PPR電流對時間積分所成面積，可用以代表電量的示意圖。其正反電

流瞬間上升與下降的垂

直線只是理論而已，實

際整流器是做不到的。

右下圖已將脈衝波的上

升時間與下降時間考慮

在內的斜線，是較接近

真象的圖示。左下4個

及上圖加套的黑白圖，

是學者們所想像脈衝波

形9種中的5種，真實量

產根本不可能出現。

電路板季刊 2023.10 專業技術 11

2.4 反脈衝整流器的波型對鍍銅的影響

不管PPR的正脈衝或反脈衝；其等波型不僅上升時間很短，而且電流強度又都

很高(如數百安培)。因而一旦無法控制好正脈衝的上衝或反脈衝的下衝，進而常出現

如左上圖過大的

overshot時，則

鍍銅會出現左下

圖的柱狀不良結

構。右上者為

並未出現過度

overshot的良好

脈衝，右下即其

良好的多面體結

構。讀者須知前

兩節所介紹脈衝

的理想波型實務

上根本不存在，

本節才是真正的

實在波型。

2.5 變化DC的千層派式鍍銅

上兩圖為筆者2016年拆解TPCA所購i-Phone7手機所見的畫面，是台積電進入封

裝後，全球首採四層再佈線RDL的切片圖。為蘋果手機Application Processor(等同

電腦的CPU)IC模塊全新載板的切片，蘋果前6代均採2+2+2的載板進行封裝，但到了

iphone7卻淘汰了6層載

板而改用更薄更好的4層

RDL。奇怪的是其第1層

銅線與鍍銅感光盲孔，竟

然採用罕見的千層派式鍍

銅。想必是為減少晶片與

RDL之間較大CTE所做。

下三圖為筆者最近所做逆

向工程，利用工具顯微鏡

STM-7所切片日本首屈一

指I公司的超大載板，見到

其BT核心板深通孔的左右

孔銅，也明顯呈現了千層

派鍍銅。想當然也是為了

超大載板多次強熱強拉而

可靠度更好的手法。

12 專業技術 電鍍銅50年的滄桑(2)

3.2 垂直掛鍍強力攪拌所用的噴流器Eductor

槽液強力攪拌所用的噴流器Eductor，其結構與工作原理利用右上圖加以說明。

係利用噴嘴流速大處其壓力變小的物理，吸引四周較大壓力槽液組成5倍強流所噴出的

畫面。左下即

為流速慢處壓

力大，而流速

快處壓力反而

變小的柏努力

原理圖說。右

下圖為柏努力

原理所實際用

途的文氏管。

三、電鍍銅的流場

3.1 深盲孔的流場

深通孔與深盲孔鍍銅

所消耗的銅離子，必須採

強力攪拌輸送進到盲孔內

做為補充。此種後勤所用

的攪拌(如過濾循環)，其

實就是對流(Convection)

擴散(Diffusion)與遷移

(Migration)等三種質

傳方式。下圖說明陰

極膜與電雙層中銅離

子登陸成銅金屬的模

式，出現了擴散電流

(id)與遷移電流(im)兩

種驅動力！其實為提

高質傳加而大的攪拌

只能增強對流而已。

電路板季刊 2023.10 專業技術 13

3.4 噴流器Educator的商品與安裝

噴流器一般商品都用高強度塑料去製作，日本商品甚至用到陶瓷材質，以延長小

口噴嘴的壽命。左下兩圖即為不同的商品。至於噴流器的安裝則有兩種方式；右上兩

圖是安裝在陰極兩外側的附

近，其噴流效果雖較好但安裝

工程與長期保固卻較困難。右

下兩圖是安裝在鍍槽兩槽壁陽

極籃的夾縫處，施工較容易但

距離陰極較遠噴流效果較差。

3.3 超深通孔鍍銅與質傳的關係

右上圖1說明柏努力定律在文氏

管的工作圖。右下圖為筆者所設計並

有專利，對厚大板超深通孔的特殊鍍

槽，是專為單片厚大板超深通孔縱橫

比達20:1以上鍍銅所用。其原理是在

槽底中央加設矮隔牆，將重達8kg的

厚大板坐在隔牆上，設定DC電源後

先從右半槽底一排漏洞向下抽水，於

是即出現右板面流速大壓力小的流

場，如此可讓深孔順利穿流而鍍銅更

好。注意此時右板面

強對流會使其Cl吸附

增多，進而可使PEG

發揮壓抑鍍銅更好的

效果。工作中還須定

時換用左抽讓兩邊面

鍍面銅都更均勻。

14 專業技術 電鍍銅50年的滄桑(2)

3.5 噴流器亦可安裝於槽底

某些困難大板專用的單槽鍍銅，如深盲孔的填孔或極深通孔的鍍銅，某些案例是

在陰極正下方槽底兩外側安裝噴流器，於是對著厚板兩面密集向上噴射所產生高速衝

流下，即可出現流速大處壓力小的狀態，有助於深盲孔深通孔內部槽液的交流交換與

質傳(Mass Transfer)(見右兩圖)。左圖是在陰極正下方只裝一排噴流器的畫面。

3.6 厚大板高縱橫比超深通孔鍍銅專用單槽

板厚超過5cm大系統厚大板(600mmx600mm以上)，其成千上萬的深通孔其孔徑

已降到10mil以下，甚至有些深通孔AR比還超過20:1，或深盲孔與細高銅柱等鍍銅都

越來越困難。左下圖在厚大板兩側近距離架設多具噴流器的管路系統，又加上厚大板

快速往復移動，將出現柏努力效應而使深通孔有機會穿流交換，進而達良好的質傳與

均厚孔銅。下中圖是把噴流系統安裝在槽底陰極兩近距外側的做法。兩者都要量多裝

一些Eductor並降低其噴壓，使產生噴壓小流量大而質傳更好的效果。右下圖說明噴流

所產生『逼薄陰極膜』現象，進而得以加速深孔內部的鍍銅，比起老式的空氣攪拌不但

更好，而且空氣攪拌也不能用，以防添加劑遭到氧化裂解。

電路板季刊 2023.10 專業技術 15

3.7 對流式的流場與鍍銅厚薄的關係

板面沖刷強烈的流場區其Cl分佈較多，而

且添加量最多達200ppm長鏈狀大分子的PEG，

會被強對流沖捲成球狀(右上圖)，以及被弱對

流沖成蛋捲式的棒狀(右中圖)，兩者均可搭建

氯橋去抑制鍍銅(右下彩圖)。然而盲孔底部的

弱對流區，在大分子PEG的動作慢與弱對流處

Cl不易分佈下，使得盲底壓抑鍍銅就不容易發

生了。然而小分子MSP(R-SH)卻只需少許Cl即可與Cu+

組成錯離子去登陸Cu0

完成鍍銅(見

右下圖)。

左圖說明

在有無氯

橋 與 C u +2

與Cu+

電位

差大小等

兩條件對

鍍銅的重

要性。

3.8 槽液流場對大分子載運劑PEG的效應

由前100期對添加劑的細說可知，載運劑

PEG是利用其分子中氧原子抓牢Cu+

而降低其登陸

的機會，所出現抑鍍扣分的行為。三種助劑中載

運劑添加量最多達200ppm(光澤劑約1-2ppm，整

平劑也約1-2ppm)，而此大分子長鏈狀PEG的載

運劑，受到流場沖刷推擠而呈現捲曲狀，再搭氯

橋吸附在銅面(右中圖)上，其間出現了許多縫隙，

而可讓光澤劑有機會進去加

分助鍍，甚至出現超大結晶

的銅粒(左下圖)。由於鍍銅技

術必須考慮流場的效應，於

是除了早先加入分子量8K的

大PEG外目前也需加入一些

1-2K的小PEG，以方便進入

通孔而令孔銅更加均勻。

16 專業技術 電鍍銅50年的滄桑(2)

3.10 槽液流場與板面O2氧氣分佈對鍍銅的影響

日籍電鍍銅專家Kazuo Kondo博士曾於2003後數年中，對高縱橫比的深通孔或深

盲孔，業界仍能順利鍍銅填銅的事實，提出了＂加速劑累積機制＂(Accelerator

Accumulation)的理論。說明在

槽液攪拌的流場中，會將氧氣O2

大部分分佈吸著於待鍍的板面

上，至於深通孔或深盲孔中卻很

難吸著到O2。於是即出現了深孔

內的Cu+

未遭氧化反使得鍍銅變

好。右二圖即出自Kondo博士

2005 年 JES 期刊中的論文。

Kondo博士曾領銜主編一本現代

化電鍍銅的全新名著＂Copper

E l e c t r o d e p o s i t i o n f o r

Nanofabrication of Electronics

Devices＂(2013出版)，對現行

晶圓、RDL、TSV與PCB等盲孔

通孔鍍銅，都有經典級的陳述。

3.9 流場對三種助劑與氯離子就通孔鍍銅盲孔填銅的影響

由於板面強流場的猛沖猛刷，致使抓住Cu+

的長鏈狀載運劑被沖成捲曲，再搭配

板面已充足分佈的氯橋，使得兩面面銅被抑制而不易增厚。但盲底或通孔中心等對流

很弱處，由於大分子載運劑動作遲緩不易進駐，然而小分子光澤劑反倒動作快先行佔

領，於是盲底聚集許多光澤劑向上鍍銅，又在較少抑鍍下即可快速填

銅。至於原本帶正電的整平劑也在氯橋協助下，多半佔據盲口與通口

的高電流區進行抑鍍。三種助劑均需氯離子的參與才得以發功。

電路板季刊 2023.10 專業技術 17

3.11 極深盲孔與細高銅柱的SAM填銅法

水溶液中的有機物會自我組合

成為短鍊狀薄膜(S e l f-A s s e m b l e d

Monolayer)，而鍍銅槽液中最容易組成

SAM者就是MPS的硫醇基(-SH)。圖1說

明小分子潤濕劑利用其疏水端，先將死

角處汙物包圍成微胞，然後再用親水端

的力量將污物移到水體中，此即簡單易

懂的另類SAM。圖2為SAM短鍊薄膜的

組合過程。圖3說明深盲底部與細高銅柱

底部兩者的向上填銅。在對流、擴散、

與遷移都無計可施下，SAM即可上演填

銅特技了。圖4說明多種SAM中只

有紅圈者對深盲填銅才會有用。

四、鍍銅結晶

4.1 鍍銅結晶之老化韌化與再結晶

一般金屬都會隨著冷作加工後於溫度環境留置中，其結晶粒度會逐漸變大。右圖

為金屬廣用的原理圖，下半圖可見到冷加工後的回復，與新晶粒後續的再結晶與晶粒

長大，電鍍銅即等同冷加工之後的新晶粒。右

列上半圖即為一般金屬或鍍銅會於強熱中所出

現的展性(即電路板業另指的延伸率)上升，與

抗拉強度下降的兩條曲線。左下圖為經歷不同

溫度中三種電鍍銅結晶變化的面貌，是取材自

元智大學何政恩教授2017年的論文。也就是

小電流起步鍍銅會呈現較小晶粒，常規較大電

流則鍍成較大晶粒。隨著後續多次的加熱環境

中，原始晶粒均逐漸變大而晶界也逐漸變寬。

延伸率與抗拉強度變化可用右上圖加以說明。晶界變寬雜質變多

18 專業技術 電鍍銅50年的滄桑(2)

4.2 電鍍銅再結晶的案例(1)

除了PCB本業大量使用電鍍銅外，上游CCL業的銅箔也全出自大電流的電鍍銅。

下圖2為傳統1Oz銅箔原始箔材所做的切片，可清楚見到銅箔廠採1000ASF高電流與

採用明膠為加速劑，所鍍出明顯柱狀結晶的生箔，及稜面後續加鍍的銅瘤。圖1則為已

將銅箔壓合成多層板內寬厚線路的畫

面，其局部再結晶區域清晰可見。圖3

為通孔出現柱狀結晶的不良鍍銅，造

成孔口被噴錫強熱所脹裂的精彩圖像。

圖4為老舊鑽針摩擦強熱所造成局部孔

環的再結晶，與未再結晶兩者的比較。

4.3 電鍍銅再結晶的案例(2)

下兩圖均為5G自駕車用PCB的困難考試板，其26層板每條『盲通孔鍊』共有7處鍍

銅互連界面，而30層板則每條有10處互連界面。兩者各有50條互連孔鍊的考試板，經過

500次TCT的嚴格考試後，其電阻值的增加僅1.8%與2.3%而已。左上2000X圖即為其兩

處互連界面只被紅色化銅少許拉開而已。右上兩3000X圖為內核20層板深通孔的孔銅經

多次再結晶後，原本所共鍍的外來物(S,Cl,C,O,H等)

於再結晶中被擠入到變寬的晶界(GB)中，進而被多

次強熱所拉寬成局部微裂，但總體電阻仍低於5%。

電路板季刊 2023.10 專業技術 19

4.5 鍍銅結晶與添加劑的關係(1)

右上3D立體曲面圖，說明光澤劑與整平劑兩者添加量對鍍銅層延伸率的影響。其

A點為良好孿晶者延伸率超過20%

的畫面；B點是光澤劑與整平劑均

已減少，以致銅晶延伸率也隨之

下降到12%左右；C點是將光澤劑

下降0.3ml/l極低狀態，但整平劑

卻提高到15ml/l以上，導致所鍍細

碎銅晶的延伸率劇降到4%以下地

步。右下三圖即為高倍電鏡所攝取

的黑白畫面，左下圖為鍍銅切樣被

氯水微蝕的四種結晶畫面。

4.4 鍍銅結晶的變化

右上為酸性鍍銅與添加劑的關係，其中載運劑分子的大小與用量，需按深通孔與小

盲孔而有所不同。常規通孔的光

澤劑用量為10mg/l(1ppm)，載運

劑(分子量2K~10K，按孔型差異

而不同)約200ppm，至於整平劑

約1-2ppm。電流密度15ASF以下

為低，15~25ASF為中，25ASF

以上為高CCD，右下為孿晶成長

的示意圖，左下為TEM穿透式電

鏡所攝奈米孿晶軔化(Annealed)

後2萬倍所見到的雙晶或孿晶。

孿界 孿界

20 專業技術 電鍍銅50年的滄桑(2)

4.6 鍍銅結晶與添加劑的關係(2)

右上為前3.9節諸多細節的再一次簡要再說明，簡言之就是光澤劑主導銅晶垂直底

面向上生長，而載運劑則主導銅晶的平面生長。右下3D曲面圖說明光澤劑與整平劑，

兩者添加量對鍍銅層抗拉強度的影

響。下中三圖說明鍍銅層後續強熱退

火過程中銅晶在晶粒變大晶界(GB)

變寬動作中，以致所共鍍的雜質被擠

出到GB中，所呈現碳化物黑點的畫

面。左彩圖為TCT 500次所見到孔銅

應力點GB的切片微裂畫面。

4.7 鍍銅層結晶大小與應力

左下簡表為鍍銅各種參數與結晶大小的關連性。當

然這只是出槽不久的原始狀態。經過後續多次高溫韌化

(退火)後，其結構體中的晶粒都會出現位能降低而粒度

變大的必然現象，則不屬此原態性質。右上說明原態晶

粒小晶界多位能高者，顯示為容易拉斷的黑色曲線。後

續不同高溫退火而變得柔軟後就不容易拉斷的紅藍

曲線，可知退火溫度愈高其韌性也愈好。右下對比

圖說明原始鍍銅層兩種不同應力的差異，此等簡單

圖示遠比長篇大論更易悟懂與更易牢記。

電路板季刊 2023.10 專業技術 21

4.9 良好鍍銅多面體結構中的孿晶(1)

良好添加劑與正確鍍銅條件，可產生

良好延伸率Elongation(>20%)的多面體結

構，其最大功臣就是每顆晶粒Grain中的孿晶

Twin(又稱雙晶)。常規良好鍍銅每個晶粒(見

右上圖)大小約2-6µm，而每個晶粒中約含4-8

對的孿晶(Twin)。凡具備孿晶的鍍銅層其韌

性電性及耐熱可靠度均可達頂級標準。主要

原因是鍍銅層受到外力拉扯時，孿晶兩平行

面將會出現滑動而不致被拉斷。此種平行寬

帶的孿

晶畫面

只有高

倍電鏡

才能看

到，一

般光鏡

則無法

得見。

4.8 電鍍銅面心體(FCC)堆積結晶的三種面向

電鍍銅早已在PCB與Carrier業界與上游銅箔廠大量使用，且近10年來晶圓封裝改

用RDL的細線，與互連銅柱以及未來銅對銅的低溫熔接，更採用了極高階的鍍銅。於

是鍍銅不但愈來愈重要，而且對其物性與品質的要求也愈來愈嚴苛。右大圖即為電鍍

銅細分的三種面心體結構。由於111堆積最密表面能最高，因而擴散性也最好，成為低

溫熔接的希望。多年來封

裝一直想擺脫掉銲料互連

IMC老化(Cu3Sn)變脆易

斷的煩惱，早就想採用

銅對銅的直接熔接。其

作法是將已被CMP削平

的兩銅面密貼置於150℃

的真空中 1 小時，便其

在彼此擴散中完成熔接

(Welding)，不過目前量

產尚未成功。左上圖為正

方形FCC的原子堆積圖，

每個晶胞中有4個原子。

22 專業技術 電鍍銅50年的滄桑(2)

4.10 良好鍍銅多面體結構中的孿晶(2)

右上左圖的1號晶粒原本存在可滑動的界面，却因被粗黑的晶界GB所阻擋而無法

滑動(正如前節右中圖)，以致延伸率不佳。右下左圖藍色孿晶兩側的孿界面，由於滑

動而強度更好外，據大陸中科院金屬所盧柯院士的研究，其他導電性抗電遷移性也都

更好。良好鍍銅層每個晶粒

出現5處以上孿晶者其品質

就非常理想。左兩圖說明兩

種孿界附著力好壞的區別。

4.11 從載運劑的抑鍍與陰極電流密度兩條件整理出鍍銅結晶的趨勢(1)

德國學者Rene Winand於1998年Electroclem Acta的論文中，曾列表說明電鍍銅

結晶的趨勢；與

PEG 抑鍍強弱

以及陰極電流密

度大小兩條件有

關。從右圖可知

當兩條件均較弱

時，其鍍銅會出

現BR複製母材的

結晶，亦即遺傳

性Epitaxy結晶。

當兩條件逐漸增

強時，將會出現

其他FI,FT,UD等

不同結晶。事實

上此等深入研究

對量產良率的幫

助並不大。

電路板季刊 2023.10 專業技術 23

4.12 從載運劑的抑鍍與陰極電流密度兩條件整理出電鍍銅結晶的趨勢(2)

右大圖係取材自

2005年交通大學高玉

玲小姐的博士論文，經

筆者重加整理加入中文

而較易看懂。當然所列

之銅晶都是出槽不久的

原態鍍銅，與後續老化

再結晶者就無關了。其

實只是學者們從這兩個

角度去探討鍍銅的結晶

行為，若另有研究者

從其他參數去看銅結晶

時，又將是另外的故事

了。可想而知鍍銅結晶

雖然十分複雜，業者並

無必要徹底了解。商品

鍍銅只要可靠度夠好就

算到位了。

4.13 電鍍銅的遺傳性與再結晶

此處兩盲孔鍍銅

的不同切樣，是出自

Olympus其STM-6工具

顯微鏡的高倍取像，清

晰度則為切片師的手法

了。從上圖一次銅的不

良柱狀結晶來看，應與

其槽液的TOC太高嚴重

有機汙染有關。從下圖

更可見到一次銅與底銅

箔兩者均已局部產生再

結晶的畫面。亦可看出

上圖一次銅與底銅的明

顯遺傳性而下圖則無遺

傳性。盲孔鍍銅或填銅

只要出現複製性或遺傳

性就當然不會脫墊了。

24 專業技術 電鍍銅50年的滄桑(2)

4.15 鍍銅層高溫老化(退火) 再結晶後電性物性的改變

右中銅晶成長的經歷圖，說明電鍍銅在不同溫度中老化

(退火)成長的具體圖示。亦即第一階段室溫的晶粒移動填補空

缺；第二階高溫的晶粒重排；與第三階段高溫再結晶完成導電

更好的銅材。右下為再結晶的示意圖，右上為深通孔中心孔銅

與孔環的互連處，其再結晶的立體

畫面清晰可見。下黑白圖為教科書

級結晶系統的架構圖，下左為深通

孔罕見的千層派鍍銅，似乎未受再

結晶的影響。

4.14 通孔孔壁高低不平所造成的褶鍍Folding

上圖右黑白電鏡圖，可見到常規銅晶(2-6um)右側區所包夾的一條細碎銅晶，再把

鏡頭拉到左彩圖即可

得見正是常見的摺鍍

(Folding)。再從右下

四張3000X的切片圖

更清楚見到，孔壁底

材各種凸起點的兩側

都已出現摺鍍。這種

碎石狀的銅晶也會出

現在起步銅(左下圖)，

但良性起步銅除非另

有不良沙銅參與，其

本身是不開裂的。

千

層

派

鍍

銅

電路板季刊 2023.10 專業技術 25

4.16 鍍銅層常溫拉伸所呈現的機械變形

右上圖為所有金屬常溫拉伸(抗拉強度)試驗的歷程圖，也就是俗稱的應力應變

圖，也適用於鍍銅層。不過電路板業

卻用延伸率(Elongation)去表達銅材高

溫熱脹的拉伸行為。右下兩圖即為曲

線圖的“彈性區＂與“塑性區＂兩處

變形與恢復示的意圖。左下為更容易

悟懂與牢記的卡通圖，這方面是中國

文化缺少的。

五、鍍銅陽極

5.1 常規磷銅陽極與非溶解鈦網陽極

傳統電鍍銅是在鈦籃中加入可溶銅球掛在槽液中，以直徑20-40mm的含磷銅球為

主。此法已廣用於PCB領域40年，成本低於改用氧化銅粉的非溶解陽極，且設備簡單

管理容易。常規陽極面積應為陰極的兩倍，故需逐日補充銅球。其含磷量之重量比約

0.2-0.4%，所得鍍銅層延伸率平均在15%以上。非溶陽極具有陰陽極距離逼近與距離

穩定的好處，距離的逼近可使槽液電阻下降，而得以採用較高CD快速鍍銅。

26 專業技術 電鍍銅50年的滄桑(2)

5.2 磷銅球陽極用於傳統掛鍍銅之參數與優缺

參

數

鍍槽兩側的銅球與中央陰極距離須在 10cm 以上，常用參數為 CCD 25ASF，槽液

銅含量約 20g/l，酸銅比為 10:l 深孔則增加為 15:l，槽溫 18-25℃。陰陽極面積比

須 1:2 左右，以減少陽極鈍化並降低氧氣；CCD 不宜低於 5ASF 避免雜質共鍍。

優

點

鍍層多半呈非均向結晶而物性優異，適於高品級通孔與深通孔之掛鍍銅。可溶陽極

有機污染較少延伸率良好。深通孔還可利用 PPR 供電而使銅厚均勻 ( 但成本較貴

延伸率稍差 )。可溶陽級成本低、槽體設備便宜、維修容易。

缺

點

鍍速較慢，多槽產線又大又長，且銅槽液體積龐大動則七噸以上，不但佔用場地且

大量槽液活性碳處理很困難，不利於盲孔填銅與小徑通孔塞銅等高新產品。

5.3 常用於自走式垂直掛鍍銅外型穩定的DSA非溶陽極

網狀DSA(Dimensional Stable Anode)非溶解陽極之基材為鈦網，為防止槽液操作

中的氧氣與氯離子對其造成強烈攻擊起見，此等DSA網狀陽極表面共做了三層處理：

（1）Ti Face處理—在高溫惰性環境中，用高純度鈦粉噴焊在鈦板鈦網表面上，以取

得到最佳粗糙度與最大表面積。比早先只能對鈦金屬採用某些特殊蝕刻粗化法，

在增大表面積上顯得更為有效。

（2）DSA黑色表層處理—在已粗化的鈦網上，另行塗佈上一層黑色氧化銥(IrO2)為

主，氧化鉭(TaO2)為輔的陶瓷導電皮膜(導電不佳者會成為水分子被電解的基

地)。所取得的電子經由整流器送往陰極，以供銅離子與氫離子還原之所需。

（3）Synergy Topcoat —此為氧化銥表面另再塗佈極薄的保護層，令其所產生的氧氣

比可溶陽極更低，能大幅降低對DSA與添加劑的傷害，進而減少槽液的有機汙

染，使得成本也得以減輕。

電路板季刊 2023.10 專業技術 27

5.4 非溶解鈦網陽極老化的真相

陽極鈦網為免遭強活性初生態氧[O]或O2氧氣，以及硫酸銅結晶的破壞起見，其外

表需要披覆導電性陶瓷黑色塗料IrO2的保護。老舊鈦網遭到破壞之微觀機理，利用三

個示意圖說明如下。

5.5 鈦網陽極可外加隔膜以阻止O2進入槽液對添加劑的攻擊

PCB or Carrier鍍銅採用特殊隔膜(Membrane or

Diaphragm)去包覆鈦網陽極，可減少電解水所產生的

氧氣進入主槽液對添加劑的破壞。對舊鈦網而言至少

可節省一半的光澤劑成本。但對新鈦網卻只能節省成

本約10％，且外加隔膜亦可延長鈦網的壽命。 其他領

域如氣體制造、電池、食品、製藥等電解加工，也都

常用隔膜保護陽極，是化工業重要的技術。下中與下

右的白色隔膜即取自車用電池的物料。

鋰電池的隔膜

28 專業技術 電鍍銅50年的滄桑(2)

5.6 智慧型手機中的RDL已採用電鍍銅

最下為i-Phone12最重要PoP模塊的

DRAM與A14的切片畫面，可見到RDL

與左右散出區的三圈電鍍銅柱。左列兩

3000X的四層RDL，是先採濺射鈦銅後才

去做的電鍍銅。右中圖呈現散出外圍三

圈困難的電鍍銅柱與錫銀銅合金銲球，

右上兩圖為銅柱與銲球的3000X畫面。

5.7 5G時代高難度三代同堂電鍍銅的舉例

右側大全圖為晶圓電測Probe Card所用的特殊超

級載板，此困難載板的下側是為了加強剛性所設計的超

厚四層板，其通孔縱橫

比高達25/1鍍銅非常困

難。此超厚板採特殊高

溫錫膏互連的上緣為12

層載板，而再用銲球往

上互連四層者是RDL。

左下3000X的四層RDL

其L1獨立銅墊還需電鍍

鎳金皮膜，整體架構非

常複雜。

電路板季刊 2023.10 專業技術 29

周阜民

長興材料工業股份有限公司 光阻材料事業部

封裝載板用下世代乾膜

光阻之研究與設計

摘要

隨著第五世代(5G)毫米波世代來臨和人工智慧的廣泛應用，不僅對於消費性電子

產品的功能需求增加，在車用與醫療設備上更是提供有別於以往的感受與對待。然而

需要達到此理想，將優異的設計理念應用在硬體上，對於電子產品的反應速度與精準

性要求更加嚴苛，欲達到此需求，乾膜光阻在此亦扮演不可或缺的一環，須能符合微

細線路與製程應用要求。

超高解析和密著且抗化性佳之乾膜光阻是為目前微細線路製作上之基本，亦因多

元的終端設計需求反饋至初始製程而有其變化性，因此對於乾膜光阻的設計除密著解

析能力外，對於製程應用的匹配性亦為考量因素。於此，以現階段既有超高解析產品

於平滑表面可達獨立線路4µm和線路解析4.5µm能力，如何針對高解析乾膜光阻之設

計更有效率且具有選擇性，提高產品適用性進而提高製造良率。

簡介

第五世代行動通訊(5G)所具備的優勢，頻寬增大、高速運算、傳輸速率和低延遲

等，帶動的週邊效應不僅在消費性電子應用，其他如物聯網、智慧製造、醫療和雲端

運算，除了積體電路設計持續提升，於相對應之封裝載板亦須能夠對應。以目前覆晶

載板和無核載板為達高速傳輸使用特定低介電常數與低損耗因子材質基板，為求成本

與穩定性以半加成法或改良半加成法工藝，其前處理一般為化學銅或無特殊複雜前處

理，甚至以濺鍍銅方式形成，且量產最細線路可達L/S 8/8 µm與6/8µm。

對於上述封裝載板之製程過程，乾膜光阻所需面對的挑戰甚多，基材表面粗糙度

較為光滑為求控制訊號傳輸時不至於損耗，對此考驗光阻對此光滑表面密著性; 此外曝

光均勻性考驗光阻的解析能力，包含曝光設備與基材狀況皆可能影響。隨後經顯影所

得光阻線路形狀取決於後續電鍍銅線路形狀，此則具備顯影後光阻乾淨無殘留和酸性

32 專業技術 封裝載板用下世代乾膜光阻之研究與設計

電鍍抗化性能力，不至產生阻鍍或剝離狀況發生，最後的去膜完全與不殘留得以有保

有乾淨表面。

乾膜光阻基本組成以高分子聚合物、功能性單體、光起始劑等成份為主，如何針

對線路與製程應用需求設計切入要點，減少嘗試與錯誤的次數，提高結果目標的達成

效率，並同時探討於配方面與設備參數對於密著與解析的影響。

乾膜光阻所需具備能力與對應材料

由於光阻的密著與解析能力為最基本指標，而影響此基本指標之元素(圖1)，高

分子聚合物除提供光阻顯影時之功能外，其分子量之設計影響線路形成之占比範圍，

分子量過大造成分子半徑過大而影響細線路的形成，過小則對於成膜性恐有影響，然

而高分子聚合物中所使用的單體，依據所需功能選取種類與含量比例而設計。再者，

高分子聚合物所呈現之酸價與整體親疏水性狀況，亦與乾膜光阻解析有相關，若乾膜

光阻整體較為疏水，顯影時能減少光阻的膨潤情形，則可得到較佳之解析。

此外，高分子聚合物對乾膜光阻密著是否有貢獻?高分子聚合物中所選擇單體，

其所擁有之官能基若能提供氫鍵作用力或凡得瓦爾力等，進而與基材表面間形成暫時

作用力，對於密著的影響是為正向，例如使用含有羥基之壓克力單體，可提供孤對電

子與銅面間形成暫時作用力致使光阻顯影後得以附著並抵抗相關製程之攻擊，並於最

後得以完全去除不留於板面上。

功能性單體/寡聚物於配方中一般占比僅次於高分子聚合物，所扮演的角色則為

曝光後提供更高強度的鍵結密度，同樣針對光阻設計方向選擇預期希望得到之特性而

定。例如為求良好之柔韌性質，加入更多具有柔軟長鏈之官能基單體或寡聚物，經過

交聯鍵結後形成具有柔軟段與剛硬段之材質進而提供較佳的韌性功能。然為求柔韌特

性需加入具有柔韌特性之元素，不過此些元素多較高親水性需做適當選擇。

光起始劑則為主要觸發此反應機制之初始，光起始劑效率好壞取決於接收能量後

產生有效自由基決定，光起始劑在直接或間接吸收能量後，起始劑分子從基態躍遷到

激發單線態，經系統間竄躍至激發三線態，在激發單線態或三線態經歷分子化學作用

後，產生能夠引發不飽和雙鍵單體聚合的自由基。起始劑亦影響光阻進行聚合時之側

壁形狀，進而影響密著與解析能力，不同曝光波長相對於不同類型光起始劑亦表現出

差異的吸收能力，因而導致光阻聚合程度差異而影響密著或解析結果，因此通常搭配

不同種類光起始劑得到更好的結果。

此外，對於不同曝光波長的應用，光起始劑恐無法有效地吸收能量，因此需要搭

配增感劑使用，進而提升光聚合反應效率與不同曝光設備之適用性。同樣地，增感劑

雖不參與反應但仍會因不同波長下能量吸收與傳遞轉換效率的情形造成光起始劑對於

光阻各方面表面影響。

依據上述所得，乾膜光阻中的成份影響密著解析能力甚大，倘若將各成份的能力

發揮到極致理應可得完美之超高解析光阻產品。實則不然，乾膜光阻為達超高解析目

標需考量整體疏水性，不致因顯影膨潤而解析變差，但若過於疏水則導致顯影過慢亦

電路板季刊 2023.10 專業技術 33

可能使光阻聚合後過於硬脆而影響操作性；此外，又須提供足夠與基材間的作用力致

使良好密著，卻又影響整體疏水性，光起始劑的使用，顧及曝光速度須為客戶所能接

受，且曝光時間長短亦會影響密著與解析情形。因此對於配方中所使用/選擇組成皆為

取得平衡，在適當的操作參數下得以表現出產品最佳能力，也因此如何快速達到目標

和操作參數的調整格外重要。

圖1.影響乾膜光阻特性之元素

密著提升

以目前高解析應用於設備面上皆已較為純熟，包含高階曝光設備，低接觸顯影，

濕式製程設備有別於一般線路的提升，在在對於高密著解析線路更能達到需求。此

外，(1)文獻提及光阻經曝光後進行烘烤，對於密著提升的影響亦有詳述，曝光後自由基

形成致使反應開始，因為所施以的光在通過光阻表面到底部的同時，光阻表面已開始

聚合，如此導致光至底部更加困難，在固定時間內施以熱的元素加速自由基傳遞與反

應，使得光阻底部交聯更加完全因而得到更好的密著(圖2)。

然而，曝光後烘烤的目的為光阻交聯聚合時，於光阻底部能夠更有效的交聯鍵結

提升交聯密度，若是就配方面同樣須提升底部鍵結密度，於曝光時讓所提供的能量仍

夠有效的傳遞至光阻底部，於此光起始劑系統的選擇對於延長/傳遞自由基效率的比例

搭配格外重要。

圖2.有無曝光後烘烤對於密著之影響(PEB 70℃ 1min) (L/S 5µm)

34 專業技術 封裝載板用下世代乾膜光阻之研究與設計

解析提升

於同一配方上藉由更高階等級曝光機當然可得到更佳的解析結果但卻也有其極

限，主要仍是因為前述所提及與高分子聚合物分子量和搭配使用之功能性單體經曝光

後所得整體之親疏水性有關(2)，因顯影時造成光阻膨潤使光阻線寬變寬影響解析，另外

因起始劑效率導致曝光時間過長導致光散射與折射影響解析，對於曝光與非曝光區域

經顯影後有明確的界線，如此對解析的提升才有幫助。

然而曝光時光所通過的路徑皆可能因介質而影響傳遞，對於承載光阻之承載膜對

於細線路要求更加，高階承載膜提供更高穿透度與低粗糙度致使光路徑更加平行且降

低散射與折射的影響，進而得到更加筆直之光阻線路側壁，對於後續電鍍製程更加有

利。

圖3.不同承載膜影響

高解析乾膜光阻設計開發探討

高解析乾膜光阻所需具備元素為高分子聚合物之適當分子量與可提供暫時作用力

之官能基，影響特性之親疏水性適中功能性單體，與高效率之光起始劑與增感劑，其

他添加劑則依據功能所需而調整。

高分子聚合物之分子半徑(3)取決於分子量大小與單體組成排列，對於L/S 5/5µm線

路大小，若分子半徑大於2.5µm則可能導致解析不良，因此高分子聚合物分子量的大

小除解析考量外，仍須考量後續塗佈加工問題。

依據文獻指出，針對光阻本身結構之親疏水性量測方式以石英晶體微天平(Quartz

Crystal Microbalance, QCM)(4)系統進行(圖

4)，將曝光後之光阻至於石英晶體微天平上

放入顯影液中，量測光阻於顯影液中經膨潤

後之細微變化用以推算此材料之親疏水性，

並依據其膨潤速度推算可得解析能力(5)。

針對乾膜光阻親疏水性研究，在此以

理論計算之I/O value (Inorganic / organic

vale)作為判斷依據(6,7)，針對已定義之化合 圖4.石英晶體微天平測定方法

電路板季刊 2023.10 專業技術 35

物之官能基結構加以組合計算得出各組合下之比值(圖5)，再加以驗證不同配方之能力

可得出差異。如同表1所示，經驗證比較兩者具有相同曝光速度與顯影時間，但由於配

方UDF3100F整體架構較為LIP600F疏水，於同膜厚下可得較佳之解析密著能力。

圖5.乾膜光阻整體架構親疏水性探討

表1.親/疏水性差異影響

DF LIP630F UDF3127F

41sst 16 19 16 19

Photo speed mj/cm2

(h-line) 7 10 7 10

Adhesion ( m)

Resolution ( m)

28

28

21

21

22

22

19

19

Minimum developing time x 2 (sec) 38 38

此外對於光起始劑/增感劑系統而言，欲達到高解析，曝光速度仍有一定的限制，

曝光速度太快造成底部聚合不足，曝光速度太慢造成曝光區與非曝光區介面不明顯導

致解析不佳。光起始劑系統的選擇與搭配造成光阻側壁的形狀差異，由表2得知，兩者

因起始劑系統不同，造成光阻形狀的差異亦造成密著結果的差異。進而對於此兩系統

進行不同位置光阻轉換率的探討，可發現於光起始劑系統1之光阻上與下轉化率分別為

96.3% & 93.7%，而系統2則為89.6% & 65.4%，明顯得到光阻形狀的差異，顯示光起

始劑系統相對於光通過之路徑產生不同的反應轉換效率，進而影響光阻解析與密著能

力。

表2.光起始劑系統相對於轉化率比較

光起始劑組合 曝光能量

(16/41sst, mj/cm2

)

轉換率(%) (單體→高分子)

平均 (total) Top bottom

系統1 175 95.0 96.3 93.7

系統2 168 76.1 89.6 65.4

36 專業技術 封裝載板用下世代乾膜光阻之研究與設計

同樣於圖6可觀察到光阻上下寬之差異，即為上下轉換率有落差導致，因而造成密

著差異。

圖6.光起始劑系統組合對於光阻反應轉換率之於側壁與密著影響

高解析乾膜光阻與高深寬比封裝用乾膜

綜合上述基礎，對於高解析乾膜光阻設計元素的納入與功能平衡考量，可由下述

表3(a)得到，於厚度25µm乾膜光阻在適當的參數與設備操作下於平滑基材上可得密著

4µm和解析4.5µm，由SEM圖可看到光阻側壁筆直解析良好(圖7)。此外不僅是薄膜，

對於厚膜而言，所提供的光和能量皆較薄膜來的更加嚴苛，由表3(b)和圖8亦可得到深

寬比等於3的能力產品。

Table.3(a) IC載板高解析乾膜光阻

適用曝光設備 多波段 多波段 雷射直寫 雷射直寫

DF APR910 NIT8125 UDH5625 LDF725

乾膜厚度 25 µm 25 µm 25 µm 25 µm

曝光能量 mj/cm2

(i-line Projection)

175 250 60 60

密著 ( m)

解析 ( m)

4

4.5

4

4.5

5

5.5

6

6

撓折性 (mm) 8 8 8 8

最少顯影時間x 2 (sec) 42 56 42 42

曝光設備 投射式 投射式 雷射直寫(h-line) 雷射直寫(h-line)

圖7.APR910 (thk 25µm, substrate: wafer), (a) L/S 4/12µm, (b) L/S 4.5/4.5µm

電路板季刊 2023.10 專業技術 37

Table.3(b)先進封裝用乾膜光阻

產業 IC 載板

適用曝光設備 多波段 / h-line DI 雷射直寫 ( i & h-line )

DF BR42240 BR41120

乾膜厚度 240mm 120mm

曝光能量 mj/cm2

(i-line Projection) 220 600

圓孔解析 (Φ, m) 80 (via) 50 (via)

最少顯影時間x 2 (sec) 5min 16sec 2min 16sec

曝光設備 投射式 i – line (355nm)

圖8. BR42240 (thk. 240µm) via resolution 80µm

結論

乾膜光阻於載板與先進封裝之應用，所需面對的挑戰隨著5G世代所帶動之人工智

慧與相關應用，高科技下電子設備不管是在空間利用或功能應用上需求更加有效率且

高性價比，隨而於承接晶片之載板之線路與密度皆更細微與高，對於乾膜光阻無疑是

更大的考驗。在此以更有效率的歸類和方法達到產品應用需求，提升材料疏水性與搭

配光起始劑系統組合，以厚度25µm乾膜光阻可達密著解析能力為4 & 4.5µm，此外對

於銅柱凸塊應用之厚膜光阻，亦可達到深寬比等於3之能力。

參考文獻

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38 專業技術 封裝載板用下世代乾膜光阻之研究與設計

電路板季刊 2023.10 專業技術 39

江晨光、鄭志龍

工業技術研究院 材料與化工研究所

高性能運算發展

將帶動伺服器散熱

邁向沉浸式冷卻技術

沉浸式冷卻技術將勢不可擋

淨零碳排是全球趨勢，也是近年各國政府積極推動的目標，面對氣候異常，各國

皆以2050年達成零排放為目標。加上碳稅開徵，企業勢必要面對吃電怪獸-資料中心產

生的能源課題。但隨著人工智能、雲端運算…等需要龐大運算資源的技術開始起飛，

晶片的熱設計功率、資料中心用電皆開始提高，這產生新的熱管理難題。因為空氣熱

傳導緩慢，繼續使用舊有的氣冷式技術，將帶給資料中心龐大的額外耗電負擔，且晶

片過熱將無法發揮出最佳設計效能。結合沉浸式冷卻提高散熱效率，可為公司未來持

續性營運鋪平道路 。

沉浸式冷卻技術的核心理念是將運算設備完全浸入非導電的液體中，通過液體的

高密度、高導熱與高比熱性能來吸收和散發晶片運作的熱量，隨著這項技術的不斷發

展和成熟，我們有理由相信沉浸式冷卻技術，將成為未來數據中心和運算設施的重要

一環。

各種冷卻液技術說明

探討沉浸式冷卻就必須提及雙相式與單相式的技術。簡單來說，雙相沉浸式冷卻

液，需要使用低沸點的溶液，當晶片溫度高於液體沸點時，液體將迅速蒸發產生相變

化，從而引導熱能脫離晶片，蒸氣將再次於冷管處凝結降落，並移除熱量，完成整套

液體循環。大部分化學品蒸氣都有爆炸、點燃的風險，因此目前只有氟碳化合物被實

際應用在雙相冷卻技術。

單相冷卻液必須倚靠液體本身的熱容量完成熱能輸送，液體的黏度也較大，在設

備配置上，需要額外增加輸送液體的幫浦以及低溫冷源的水冷塔。但因為液體幾乎不

蒸發，機體設計不須密封，槽體結構更為簡單。這兩種沉浸式冷卻與氣冷式冷卻之差

異請參考表1。

40 專業技術 高性能運算發展將帶動伺服器散熱邁向沉浸式冷卻技術

氟烷基化合物未來發展

多氟烷基化合物 （Per-and polyfluoroalkyl substances,PFAS） 是非常穩定的化

學物質家族，由一萬多種相似結構的化學物質所組合而成，在歐盟化學局（European

Chemicals Agency, ECHA）有針對PFAS的化學結構做出定義；PFAS因其耐用性、

低沸點與不可燃的特性，在雙相沉浸式冷卻中一直佔據主導地位。

但是隨著環境保護的意識抬頭，PFAS這種原本不存在自然界物質開始受到關

注。過去PFAS被禁止使用主要是因為臭氧層破壞、高溫室效應潛勢（Global warming

potential, GWP），所以PFAS家族的部份物質已經被汰除使用。近期發現被排放在自

然環境的PFAS幾乎不可能降解，還會持續累積在生物、土壤與水源中，形成持久性有

機污染物 （persistent organic pollutants, POPs）。由於尚未充分研究PFAS的安全

性，其潛在的生物性危害引發環保人士的擔憂。

表1.各種冷卻技術比較

電路板季刊 2023.10 專業技術 41

2022年還有兩個重磅新聞使得雙相沉浸式冷卻技術面臨重大生產挑戰：（A）今

年歐洲化學局已經提出草案要終止PFAS在歐洲的生產與利用，受列管的化學物質達上

萬種，其中也包含低GWP的氟醚、氟酮物質，若草案順利通歐盟審查，最快在2025年

底就會產生影響。(5)（B）3M宣布於2025年終止生產PFAS相關產品，其因是越來越嚴

格的環境監管措施。(6)這迫使PFAS產品的供應量銳減，未來雙相冷卻液的需求量要與

其他應用競爭份額。且營運商使用上，要配合政府環境監察，化學品洩露將引發不必

要的訴訟成本。短期內找出完全取代PFAS的化學物質極具挑戰，因此沉浸式冷卻要持

續發展，仍必須避開氟相關產品。。

單相沉浸式冷卻技術現況

單相沉浸式冷卻液的實際節能效應在文獻中已經被廣泛地探討過，眼下冷卻液卻

有著其他數種課題需要處理：（a）散熱效能與防火性能權衡 （b） 液體壽命 （c）

液體與伺服器材料相容性；由於沉浸式冷卻屬於嶄新的應用領域，現況沒有任何專門

為沉浸式冷卻液打造的測試方法。目前量測冷卻液的方式，多半是冷卻液製造商參考

相關的ASTM或IEC方法調製而成，不同製造商採用的實驗條件很難統一，甚至一些關

於壽命的量測方法一直沒有被peer review，導致不同廠牌的數據彼此之間很難比較高

低優劣。因此研究產品安全、壽命、物質相容性的正確測試條件與最低限度的特性要

求，還有待更多實驗室與研究數據加入，以釐清測試條件與實際使用的相關程度。

（a）散熱效能與防火性能權衡

單相沉浸冷卻液的散熱效率可以參考輸送現象手冊的熱傳公式，依據機構設計，

適用的模型也不盡相同，但粗略來看，熱傳導公式Q=h．A．（△T），其中h=f （黏

度、比熱容、密度、熱傳導係數、流速）。由於晶片設計功率越來越大，要達成增加

散熱效率，只能優化函數中各項因子，黏度是相對容易調整的參數，所以單相沉浸式

冷卻液製造商轉往發展低黏度流體。只是非氟化合物的低黏度流體往往伴隨著較高的

起火風險，實際狀態可參考PAO系列化學品的黏度與閃火點關係。因此為提高熱通量

而採用低黏度、低閃點產品的營運商，則要備妥提供足夠的風險管理措施，以防火災

發生。

法規面來說，目前也沒有明確的安全性規範去限制供應商或營運商使用低閃火點

流體。考量消防安全，建築物內部使用化學品至少需符合各國的消防法規，例如台灣

區域可以參酌＂公共危險物品及可燃性高壓氣體製造儲存處理場所設置標準暨安全管

理辦法＂。

（b）液體壽命

沉浸式冷卻液實際應用的環境非常複雜，各種金屬、塑膠成分溶出會急遽增加油

品老化的速率。即使冷卻液供應商認為油品的生命週期達十年以上，比浸泡在其中的

運算設備還長，仍推薦定期監測油品特性是否改變。因為目前並沒有任一家冷卻液供

應商提供數年實機數據佐證可靠度，而營運商採用的設備、操作與保養方法也可能不

同於原廠設定。

42 專業技術 高性能運算發展將帶動伺服器散熱邁向沉浸式冷卻技術

圖1.高油酸值合成油冷卻液會產生銅溶解現象

表2.工業技術研究院-冷卻液量測平台

電路板季刊 2023.10 專業技術 43

當冷卻液進入老化期後，劣化速度可能會加速好幾倍，若不能即時監測，可能會

對運算設備產生危害，例如老化後的合成油具有較高的油酸值，會腐蝕銅箔、電路等

物質，如圖1。不同種油品劣化後在特性的表現會差異很大，因此建議先對油品進行加

速老化實驗後，再決定後續追蹤指標。目前提供冷卻液特性分析的服務性公司極少，

工業技術研究院材化所已設立冷卻液量測平台，相關服務項目參考表2。

冷卻液與伺服器材料相容性測試的推動，主要貢獻者便是OCP與intel兩者，冷卻

液的出廠基本特性要求與液體相容性測試數據，也製作成白皮書放在OCP的網站上

(7)，營運商可以初步參考這些公開數據來決定液體與伺服器材料種類的使用。常見於營

運商的問題便是何種冷卻液相容性最好?但實際上並沒有任何一種冷卻液有絕對的相容

性優勢，任何材料都有相對應較合適的冷卻液，所以後續測試就顯得重要。

正如之前所說，實際使用環境是非常複雜的情況，目前大多相容性實驗仍是單純

的一對一環境，也就是冷卻液與單一種硬件材料（塑膠、TIM、O-ring、金屬…等等）

進行兩周的浸泡試驗。但複雜環境下，冷卻液可能從A塑膠材料中萃取出塑化劑，並擴

散影響其他材料，或是溶解的金屬離子可能會讓軟性材料變硬或變脆。這些狀況都不

是在單一且短期的實驗條件中會發現的事情。營運商在設備與冷卻液採購前，最好先

測試過一輪，以減少營運風險。但建立測試環境所需的成本極高，目前工研院正推動

沉浸式冷卻測試實驗室，以提供高還原度設備情境為目的，未來將服務國內供應商進

行長期的產品可靠度測試。

參考文獻

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44 專業技術 高性能運算發展將帶動伺服器散熱邁向沉浸式冷卻技術

電路板季刊 2023.10 專業技術 45

楊勝雄

台灣麥德美股份有限公司 總經理

高密度互連技術

的碳足跡

直接金屬化製程與化學鍍銅製程

摘要

隨著電子產品供應鏈努力擺脫了疫情的衝擊並進入另一新常態，在我拜訪印刷電

路板業者或OEM 客戶群時，越來越明顯的趨勢，反而將以永續性和能源節約列為重

中之重的新常態。在過去的一年裡，我們看到印刷電路板業正面臨環境法規、停水停

電、以及期待供應鏈減少環境碳足跡的壓力與挑戰，更有客戶直接清清楚楚的表達對

於未來新技術的選擇“我們將以永續的前提做出決定＂。 現在，我的客戶已經開始詢

問印刷電路板製造中化學品製程的永續性比較。我最初的想法僅是從基礎開始例如：

能源耗用、用水量及化學品消耗量，這些是我可以很簡單且實際可以獲得並告知的數

據，而不必擔心電路板廠使用的能源類型，或者不同區域能源價格，更不用說日常波

動了。我們可以從有形的概念開始來探討，因此我決定從印刷電路板製造中更複雜的

過程之一開始， 一個高度資源密集型的濕製程，而這是每個電路板廠都會經歷的“主

要金屬化製程＂，最常見的是化學鍍銅。我希望能闡明我們作為化學品技術供應商關

注的具體細節，讓最終使用者或供應鏈中的其他人了解可能不清楚的細節。

敘論

從電路板製造業者的角度來看，特別是專門從事多層HDI的業者，在生產製造印

刷電路板過程中高度資源密集的生產流程仍是主要在金屬化的步驟。主要金屬化製

程，有時稱為「使孔導電」，在介電基板上沉積導電層，用於隨後的電解鍍銅，也就

是說使介電材料導電並進一步構建承載電流的銅路徑，所有具有多層的電路板都需經

過這樣的主要金屬化製程如：直接金屬化製程（DM）或化學鍍銅。直接金屬化製程

與傳統的化學鍍銅製程之間的主要區別在於，在正確清潔樹脂和銅板處理後，前者於

HDI介電材料上塗佈沉積一層導電的塗層，而後者則是通過化學還原反應從溶液中沉

46 專業技術 高密度互連技術的碳足跡：直接金屬化製程與化學鍍銅製程

積化學銅層。直接金屬化

製程的D M塗層通常是碳

或石墨晶種層使孔導電。

調節步驟在表面上產生均

勻的電荷。在槽液中，碳

材料靜電塗覆整個電路

板。銅箔或內層上不需要

的碳或石墨在電解鍍銅之

前被蝕刻掉，此稱為直接

金屬化。直接金屬化使用

三個化學步驟，這些步驟

本質上非常穩定。配方中

不需要金屬或螯合劑，這

使得化學成分更容易控

制，它雖然已經上市30多

年，但仍被認為是較新的技術。由於其技術能力具有操作簡易和較短的生產周期，它

被大量用於軟性電路板和低損耗材。這種電路板主要金屬化製程已經在台灣印刷電路

板業界可靠地進行了近二十幾年。化學鍍銅技術則是一個具有複雜化學槽的多步驟過

程，它含有不同的金屬來輸送鈀，還原鈀，然後還原鍍銅，所有這些都需要完成平整

覆蓋。化學鍍銅槽本身使用了還原劑和螯合劑，製造過程中需要密切關注所有的操作

參數才能成功的操作製程。儘管化學鍍銅系統很複雜，但它佔市場份額的80%甚至更

高，自1950年代以來一直是一個被廣泛使用且可行的製造過程。然而化學鍍銅金屬化

製程比直接金屬化具有更大的溫室氣體排放量及高耗能的碳足跡，原因有幾個：與直

接金屬化製程相比，化學銅製程更耗水和能源，所應用化學成分的種類和數量更多，

製程變化也更高，若從生產製造完成多層HDI電路板的角度來做比較，所有這些的影

響將變得更加關鍵及明顯。

當您比較這兩種技術時，直接金屬化的資源減少變得清晰。圖1顯示了直接金屬

化製程與化學銅兩種商業製程的比較。直接金屬化可以在one-pass模式下運行，但為

了提供最壞情況的對比資料，我採用double-pass作法，（在MacDermid Alpha中稱為

Black Hole/Shadow Double Pass）。

HDI —為什麼選擇直接金屬化？

在傳統的印刷電路多層板中(圖2)，一旦電路板內的所有內層經過壓合和鑽孔並

且電路板接近完成後，就要進行主要的金屬化步驟；微盲孔結構是多層HDI電路板中

的核心特徵，使得當今製造高密度電路板時，微盲孔基本上取代了連接多層的單一通

孔，並將單ㄧ個層直接連接到其相鄰層，但是與其他層分開製造。然而，為了完成實

現這一工程壯舉，電路板經歷的每一次增層都需要通過主要金屬化的步驟進行多次額

電路板季刊 2023.10 專業技術 47

外的流程操作。正是出於這個多次流程操作的原因，從品質可靠性的角度來看，不管

是化學銅或直接金屬化製程一直受到工程師在品質方面的檢驗。然而，因為電路板設

計中使用微孔設計的電路板數量相較與以往更高，並且將繼續增長，為了滿足任何電

子設計的需求，這些電子設計將因為可以從增加的電路密度中獲得更高的商業利益。

正如我們稍後將討論的那樣，永續性問題雖尚未得到業者們廣泛研究，但是可以想見

這一點將會變得更加重要。

隨著用HDI製造的印刷電路板數量的增加，通過某種形式的主要金屬化製程的電

路板數量將更快地增加，2021年Prismark (圖3) 估計微孔類型設計（HDI多層電路板

和封裝IC載板）的電路板表面積總量在 300 萬平方米範圍內，而對於所有多層板的製

造數量，則大約是 1600 萬平方米。然而，如果我們假設每個多層HDI電路板及IC載

板設計平均有五個增層步驟，那麼 2021 年這些 HDI 設計通過主要金屬化製程的面積

可能接近 1500 萬平方米。這是因為，雖然12層的多層電路板只需要通過ㄧ次化學鍍

銅流程即可完成其在12層增層技術結束時，連接各層的所有電鍍通孔。但任一單層的

HDI板都需要通過相同的化學鍍銅製程五次以上直到整個電路板製造結束。

這就引出了關於永續性和供應鏈的問題：我們是否可以採用類載板的mSAP的

HDI增層技術製造越來越多的印刷電路板，也同時可以滿足日益嚴格的碳減排目標，

並且同時達到降低成本，創造更高附加價值的目標？

48 專業技術 高密度互連技術的碳足跡：直接金屬化製程與化學鍍銅製程