超高密度組裝PWB技術(shù)

隨著電子機(jī)器的高速高性能和超小型化，封裝技術(shù)獲得長(zhǎng)足發(fā)展。芯片尺寸封裝CSP和BGA封裝也已實(shí)用化。由于這些封裝技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)于印刷電路板PWB也提出新要求。

這里介紹超高密度組裝印刷線路板的生產(chǎn)工藝技術(shù)，有興趣的朋友可以多了解一下。

技術(shù)特點(diǎn)

在以往的組裝PWB 基礎(chǔ)上，經(jīng)常見到以用于窄焊盤的全添加工藝開發(fā)出超高密度組裝PWB新產(chǎn)品。它具備以下獨(dú)到的特點(diǎn)：

（1） 高密度布線

由于精細(xì)打孔加工和配準(zhǔn)工藝技術(shù)的進(jìn)步導(dǎo)致凸緣直徑可以縮小，從面確保足夠多的布線通道。在此基礎(chǔ)上，利用全添加工藝可使布線精細(xì)化大幅度改善布線密度。

（2） 高性能絕緣樹脂

對(duì)應(yīng)高密度組裝的絕緣樹脂材料具有高Tg化和高彈性模數(shù)的寶貴特性，因而抗斷裂能力大為加強(qiáng)。

（3） 由于全添加工藝技術(shù)實(shí)用化，即使是微細(xì)的線間距也可形成矩形斷面的布線線條。因?yàn)榫€的寬度對(duì)布線疏密不產(chǎn)生影響，即使是微細(xì)的布線也能確保線路所要求的低直流電阻，使抗阻控制變得很容易。

制造工藝

超高密度組裝基板的制造工藝流程是以4層結(jié)構(gòu)的基板為基礎(chǔ)，在其上和下兩面各可以再組裝上一層，形成1-4-1結(jié)構(gòu)的斷面。這種4層結(jié)構(gòu)基板，以下簡(jiǎn)稱4層板芯。不難看出，利用4層板芯組裝成6層PWB是很容易的，組裝多層化PWB也是可實(shí)現(xiàn)的。

4層板芯，顧名思義，它是4層銅布板通過層疊熱壓而形成的結(jié)構(gòu)。通過鉆孔加工和電鍍工藝，形成隱埋通孔，用于4層板芯內(nèi)部電氣連接。

在隱埋通孔BVH內(nèi)部充填樹脂，然后對(duì)板芯外層的兩面進(jìn)行布線，對(duì)于已形成的4層板芯進(jìn)行組裝層加工：在4層板芯的兩個(gè)外側(cè)面上，重疊帶銅箔樹脂片進(jìn)行熱壓結(jié)合，隨后將多余的銅少蝕刻掉，在4層板芯的組裝樹脂層上，利用激光打孔，然后，在樹脂表面和激光打出的孔里注入催化劑，通過旋轉(zhuǎn)使之均勻分布，在此基礎(chǔ)上，涂上電鍍光致抗蝕樹脂，通過掩膜曝光形成永久性保護(hù)層圖形，最后，在其表面上進(jìn)行非電解式鍍銅工藝加工，形成所求的布線圖形，以上所述的工藝流程是實(shí)現(xiàn)一次組裝層的全部過程，經(jīng)過多次重復(fù)上述工藝過程，可在4層板芯基礎(chǔ)上制造出多層化PWB。以上僅是簡(jiǎn)單地介紹出超高密度組裝基板的制造工藝過程， 其中最關(guān)鍵的技術(shù)是微細(xì)打孔和布線，將在下面詳細(xì)介紹。

關(guān)鍵技術(shù)

（1） 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)

有關(guān)超高密度組裝基板的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，如表1所示。其中，DV Multi-HY型PWB主要用于移動(dòng)電話、手機(jī)、數(shù)字化攝影機(jī)和數(shù)碼相機(jī)等領(lǐng)域；DV Mulkti-Mo型PWB主要用于裝配BGA和CSP封裝的LSI電路，因此多為8層PWB，需要兩次組裝工藝才能制成所需要的PWB；關(guān)于超高密度BU型PWB，主要用于裝配那些多引線BGA和CSP封裝的LSI電路，它代表PWB的發(fā)展方向。

（2） 微細(xì)打孔加工

以往的組合基板，當(dāng)進(jìn)行打孔加工時(shí)都是使用二氧化碳激光器，但是，利用這種激光器打孔時(shí)，最重要的研究課題是打孔的質(zhì)量不穩(wěn)定。在這里公司在二氧化碳激光器方面曾作過許多改進(jìn)工作，諸如像優(yōu)化激光脈沖或峰值輸出，結(jié)合激光的基本波長(zhǎng)配合各種有機(jī)材料的吸收波長(zhǎng)等改進(jìn)措施，可實(shí)現(xiàn)高效率且保障打孔質(zhì)量穩(wěn)定的打孔工藝。但是，也應(yīng)該看到二氧化碳激光器的局限性：雖然它能實(shí)現(xiàn)高速加工，但在考慮打孔形狀的條件下，它所能加工的打孔直徑限于Φ70μm。

由于今后的超高密度組裝基板打孔加工直徑微細(xì)化，必將啟用波長(zhǎng)更短的YAG激光器。因?yàn)?，使用YAG激光器可對(duì)直徑為Φ50μm。以下的細(xì)小孔進(jìn)行加工。此外，YAG激光器具備銅和樹脂所吸收的光譜，它能進(jìn)行一般打孔和打穿通孔。充分發(fā)揮YAG激光器這一獨(dú)到特性的應(yīng)用早已很普遍，日本在這里公司把它用于對(duì)樹脂材料進(jìn)行微細(xì)打孔，試圖克服其加工速度低的缺點(diǎn)。

有關(guān)兩種激光器性能的比較，請(qǐng)參閱表2。另外，二氧化碳激光器用于對(duì)樹脂打孔時(shí)，存在比較嚴(yán)重的缺點(diǎn)是在打孔的底部容易出現(xiàn)殘留樹脂，它是造成布線連接可靠性下降的原因。然而，利用YAG激光器對(duì)樹脂進(jìn)行打孔時(shí)，在孔底不容易出現(xiàn)樹脂殘留，可保證布線間連接的可靠性。例如，利用YAG激光器對(duì)樹脂進(jìn)行打孔。

（3） 微細(xì)布線

在微細(xì)布線領(lǐng)域里，作為關(guān)鍵性的技術(shù)是新開發(fā)的全添加工藝技術(shù)。然而，以往的PWB生產(chǎn)工藝都是采用工藝非常簡(jiǎn)便的削減法形成布線索圖形，即對(duì)布線圖形以外的多余銅箔部分一律蝕刻掉而保留所要的布線圖形部分。在全添加法里，首先對(duì)于包括打孔區(qū)域所在的基板材料全面進(jìn)行催化劑處理，隨后形成電鍍興致抗蝕層。在此基礎(chǔ)上，僅對(duì)裸露催化劑部分進(jìn)行非電解式鍍銅，于是形成所要求的布線圖形。由于采用全添加法工藝，將獲得如下特點(diǎn)：

▲矩形斷面

利用削減法蝕刻布線的線條時(shí)，由于在線條導(dǎo)體側(cè)壁形成下坡，給布線導(dǎo)體設(shè)計(jì)帶來限制。例如，當(dāng)要求布線導(dǎo)體條寬與布線導(dǎo)體間距分別是L/S=25/25而且導(dǎo)體厚也為20μm時(shí)，用削減法幾乎是不可能的。因?yàn)槲g刻寬25μm且間距也是25μm的布線導(dǎo)體時(shí)，除非布線導(dǎo)體厚度控制在10μm以下，否則是蝕刻不出來的。然而，用全添加法工藝時(shí)，制造出上述要求的布線導(dǎo)體是游刃有余的。能制造出矩形布線導(dǎo)體斷面結(jié)構(gòu)是全添加法工藝的獨(dú)到特點(diǎn)之一。

▲ 布線導(dǎo)體寬度不影響布局

利用削減工藝時(shí)，由于布線疏密程度不同而直接影響蝕刻性能，結(jié)果導(dǎo)致布線導(dǎo)體斷面形狀千奇百怪。但是，若利用全添加法工藝，不管布線緊密或疏松都能獲得所要求的布線導(dǎo)體斷面積。特別是，對(duì)于布線里的電流密度有嚴(yán)格的均勻一致性要求時(shí)，利用全添加法是非常有利的。

▲ 優(yōu)良電性能

全添加法工藝同以往的削減法相比，最大的優(yōu)點(diǎn)是便于電性能改善。例如，在微細(xì)化加工過程中，布線導(dǎo)體寬L和布線導(dǎo)體間距S分別都是25μm的情況下，用削減工藝根本無法增加布線導(dǎo)體的橫斷面積，然而用全添加法卻非常容易。這就意味著全添加法工藝可以設(shè)法降低布線導(dǎo)體的電阻，阻抗控制是很容易實(shí)現(xiàn)的。

① 關(guān)于電鍍光致抗蝕層

電鍍光至抗蝕材料對(duì)于微細(xì)布線是不可缺少的重要材料，世界各個(gè)半導(dǎo)體廠家都給予高度重視。在這里也不例外，它所開發(fā)的電鍍光致抗蝕材料具備如下特點(diǎn)：●對(duì)于L/S=20/20μm的布線有分辨能力；●布線導(dǎo)體高度允許在10μm以上；●作為非電解式鍍銅光致抗蝕材料，具備耐藥液浸蝕性；●曝光后成為永久性材料，適合用作基體材料；●可均勻地涂敷性能。

作為電鍍光致抗蝕劑材料，應(yīng)當(dāng)具有高分辨能力的感光性而且需有耐電鍍液化氣的侵蝕性。在全添加法工藝中，由光致抗蝕材料厚度決定出布線導(dǎo)體的厚度。例如，在這里開發(fā)的電鍍光致抗蝕樹脂，采用旋轉(zhuǎn)涂敷法，旨在實(shí)現(xiàn)最大涂敷厚度高達(dá)20μm。為適應(yīng)旋轉(zhuǎn)涂敷工藝要求，對(duì)電鍍光致抗蝕樹脂的粘度、表面張力和延展性進(jìn)行改進(jìn)，使旋轉(zhuǎn)涂敷精度達(dá)到±3μm。

② 曝光系統(tǒng)

與電鍍抗蝕樹脂配套使用的曝光系統(tǒng)，也是在這里自行開發(fā)的?！裢ㄟ^采用的玻璃掩膜進(jìn)行曝光，具備很好的掩蔽能力；●利用分步重復(fù)式投影曝光設(shè)備— 主要為提高精度而采用分步重復(fù)式投影曝光設(shè)備，可達(dá)到±6μm對(duì)準(zhǔn)精度。利用以對(duì)那種總括曝光法，只能達(dá)到±20μm的對(duì)準(zhǔn)精度。正是由于使用這套曝光系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高精度配準(zhǔn)，對(duì)于通孔凸緣小直徑化作出貢獻(xiàn)。

③ 非電解鍍銅

對(duì)以往的非電解式鍍銅工藝，進(jìn)行一系列改進(jìn)：在使非電解式鍍銅晶界進(jìn)一步微細(xì)化的同時(shí)，對(duì)電鍍?cè)O(shè)備的各部分如像循環(huán)系統(tǒng)等進(jìn)行全面改進(jìn)。此外，通常在進(jìn)行非電解式鍍銅工藝之前需要用高錳酸進(jìn)行預(yù)處理，以便令鍍銅表面粗糙化；在這里對(duì)這一預(yù)處理?xiàng)l件進(jìn)行優(yōu)化，使鍍銅層的粘附性大增，實(shí)測(cè)結(jié)果可達(dá)到0.8Kg/c。

（4） 微細(xì)焊料凸點(diǎn)

超高密度組裝PWB的應(yīng)用，如前所述，是專門為裝配多引線BGA和CSP封裝LSI電路而開發(fā)的，因此，它表面上設(shè)置的焊盤必須相應(yīng)的微型化。利用以往的金屬掩膜形成如此微細(xì)的焊盤，相當(dāng)困難。為此，在這里專門開發(fā)出一種形成微細(xì)焊料凸點(diǎn)的MAS-A，可使焊料供應(yīng)量穩(wěn)定而且便于作業(yè)。

所謂MAS-A法是在PWB表面上形成均勻厚度的T-掩膜，對(duì)該掩膜的焊料凸點(diǎn)形成部分開出窗口。開窗口的方法可用激光打孔或用光刻法開孔，定位精度很高，實(shí)際證實(shí)完全適應(yīng)200μm以下封裝引線間距的需求。這種新型T-Mask與PWB表面緊密接觸，確保T-Mask同PWB交界面不會(huì)受到焊料膏的污染而且充分為窄間距焊盤供應(yīng)焊料膏。由于可提高T-Mask厚度的精確度，為焊盤供應(yīng)的焊膏理也獲得嚴(yán)格控制。更重要的是利用T-Kask形成Sn-Ag之類的無鉛焊料凸點(diǎn)，獲得令人滿意的結(jié)果。

小結(jié)

超高密度組裝PWB技術(shù)是最新的實(shí)用技術(shù)，完全適合裝配CSP封裝結(jié)構(gòu)的LSI電路，應(yīng)該給予高度重視。