高密度互連積層多層板工藝課件

高密度互連積層多層板工藝現(xiàn)代印制電路原理和工藝第12章高密度互連積層多層板工藝現(xiàn)代印制電路原理和工藝第12章www1第12章高密度互連積層多層板工藝概述

1積層多層板用材料

2積層多層板的關鍵工藝

3積層多層板盲孔的制造技術

4積層多層板工藝制程的實例分析

5第12章高密度互連積層多層板工藝概述1積層多層板用材料212.1概述電子產(chǎn)品“輕、薄、短、小”及多功能化的發(fā)展特別是半導體芯片的高集成化與I/O數(shù)的迅速增加高密度安裝技術的飛快進步

迫切要求安裝基板－PCB成為具有高密度、高精度、高可靠及低成本要求的，適應高密度互連（HDI）結構的新型PCB產(chǎn)品，而積層多層板（BMU）的出現(xiàn)，完全滿足了這些發(fā)展和科技進步的需要。

12.1概述電子產(chǎn)品“輕、薄、短、小”及多功能化的發(fā)展www3高密度互連積層多層板具有以下基本特征：1）微導通孔（包括盲孔、埋孔）的孔徑≤φ0.1mm；孔環(huán)≤0.25mm；2）微導通孔的孔密度≥600孔/in2；3）導線寬/間距≤0.10mm；4）布線密度（設通道網(wǎng)格為0.05in）超過117in/in2。高密度互連積層多層板具有以下基本特征：www.themega41）按積層多層板的介質材料種類分為：·用感光性材料制造積層多層板；·用非感光性材料制造積層多層板。12.1.1積層多層板的類型12.1.1積層多層板的類型www.themegaller52）按照微導通孔形成工藝分類主要有：·光致法成孔積層多層板；·等離子體成孔積層多層板；·激光成孔積層多層板；·化學法成孔積層多層板；·射流噴砂法成孔積層多層板。2）按照微導通孔形成工藝分類主要有：www.themegal63）按電氣互聯(lián)方式分為：·電鍍法的微導通孔互連的積層多層板；·導電膠塞孔法的微導通孔互連積層多層板。3）按電氣互聯(lián)方式分為：www.themegallery.c712.1.2高密度趨向1.配線密度以2001年發(fā)表的關于半導體的路線圖可知，半導體芯片尺寸約為15mm～25mm，I/O針數(shù)高達3000針以上，2010年將達近萬針水平，MUP的針數(shù)為2000針以上。為此，搭載封裝的PCB必須具有微導通孔，且實現(xiàn)微細間距和線路圖形等的高密度配線。12.1.2高密度趨向www.themegallery.c8項目I級II級線寬（μm）線間距（μm）導體厚度（μm）導通孔徑（μm）焊盤直徑（μm）層間間隙（μm）全板厚度（μm）層數(shù)（層）100～50100～5020～15150～80400～20080～401000～5006～1650～1050～1015～1080～20200～6050～20800～2006～20＋表12-1PCB配線規(guī)則項目I級II級線寬（μm）100～5050～10表12-1P92.電性能高密度配線和高密度安裝配線的傳輸特性非常重要。對于特殊的信號線要求正確的特性阻抗值在高頻傳送時必須考慮趨膚效應，趨膚效應按照傳導度1／e衰減直至表面深度δ＝2/twμ2.電性能10圖12-1PCB中傳輸電路的形成圖12-1PCB中傳輸電路的形成www.themegall1112.2積層多層板用材料12.2.1積層多層板用材料的發(fā)展及趨勢積層多層板用材料制造技術，總是圍繞著滿足BUM對它的“四高一低”的要求發(fā)展進步。“四高”的要求是：高密度布線的要求、高速化和高頻化的要求、高導通的要求和高絕緣可靠性的要求?！耙坏汀钡囊笫牵旱统杀镜囊?。12.2積層多層板用材料12.2.1積層多層板用材料的發(fā)展12圖12-2積層多層板用基板材料的發(fā)展示意圖圖12-2積層多層板用基板材料的發(fā)展示意圖www.them13積層多層板所使用的原材料大部分為環(huán)氧樹脂材料，主要有三種材料類型：感光性樹脂非感光性熱固性樹脂涂樹脂銅箔材料（ResinCoatedCopper，簡稱RCC）積層多層板所使用的原材料大部分為環(huán)氧樹脂材料，主要有三種材料14感光性樹脂材料的主要類型有液態(tài)型和干膜型制造商名稱級別樹脂形狀樹脂層形成法標準厚度(μm)孔加工法顯影液樹脂粗化法日本化成BF-8500環(huán)氧系感光膜真空層壓55/25/100UV曝光準水系高錳酸系ShipleyMULTIPOSIT-9500環(huán)氧系感光液涂覆等UV曝光高錳酸系感光性樹脂材料的主要類型有液態(tài)型和干膜型制造商名稱級別樹脂形1512.2.3非感光性熱固性樹脂材料其樹脂類型多為環(huán)氧樹脂，固化后樹脂絕緣層厚度一般為40～60μm。制造商名稱級別樹脂形狀樹脂層形成孔加工樹脂粗化日本化成GXA-679P環(huán)氧系非感光性膜真空積層激光味之素ABD-SH(35)環(huán)氧系非感光性膜真空積層激光高錳酸系味之素ABF-SH9K(30)環(huán)氧系非感光性膜真空積層激光高錳酸系12.2.3非感光性熱固性樹脂材料制造商名稱級別樹脂形狀樹1613.2.3涂樹脂銅箔材料積層板用的涂樹脂銅箔是由表面經(jīng)過粗化層、耐熱層、防氧化層處理的銅箔，在粗化面涂布B階絕緣樹脂組成13.2.3涂樹脂銅箔材料www.themegallery17積層多層板芯板的制造孔加工絕緣層的粘結電鍍和圖形制作多層間的連接PCB的表面處理12.3積層多層板的關鍵工藝積層多層板芯板的制造12.3積層多層板的關鍵工藝www.t1812.3.1積層多層板芯板的制造絕大部分的積層多層板是采用有芯板的方法來制造，也就是說，在常規(guī)的印制板的一面或雙面各積層上n層（目前一般n＝2～4）而形成很高密度的印制板，而用來積上n層的單、雙面板或多層板的各種類型的基板稱為積層多層板的芯板。12.3.1積層多層板芯板的制造www.themegall19圖12-4積層多層板印制板結構圖12-4積層多層板印制板結構www.themegalle2012.3.2孔加工

積層板的導通孔加工方法有采用激光加工非感光性的熱固性樹脂層涂樹脂銅箔層的激光導通孔法和采用UV光通過掩膜曝光與顯影的光致導通孔法

12.3.2孔加工2113.3.3絕緣層的粘結積層板中有銅箔的粘結，積層絕緣層與芯材等上面的導體層和絕緣層的粘結，樹脂層上導體的粘結等。

樹脂與樹脂的粘結在多數(shù)情況下是相同體系的相互粘合，只要表面干凈是不會有粘結問題的。以銅為主體的金屬與樹脂的粘結則有粘結性問題。13.3.3絕緣層的粘結www.themegallery.2213.2.4電鍍和圖形制作積層板的電鍍工藝有使用銅箔的全板電鍍法和圖形電鍍法不使用銅箔的全板電鍍半加成法和全加成法大多數(shù)采用涂樹脂銅箔的全板電鍍法，該法鍍層厚度均一13.2.4電鍍和圖形制作www.themegallery2313.3.5多層間的連接積層法中導體層重疊，采用導通孔進行連接13.3.5多層間的連接www.themegall2413.3.6PCB的表面處理成品積層板的表面處理時對于元器件的焊接，線粘接和BGA的凸塊連接都很重要，表面處理包括助焊劑、HASL等焊料涂層、Ni/Au鍍層等，根據(jù)用途加以選擇13.3.6PCB的表面處理www.themegaller2512.4積層多層板盲孔的制造技術12.4.1盲孔的形成（1）傳統(tǒng)的機械鉆孔工藝已不能滿足微小孔的生產(chǎn)，對于鉆頭深度控制的突破性構思是電場傳感器的應用，這樣控制的深度為5μm，可以達到制造盲孔的要求。將這一構思與傳統(tǒng)鉆孔工藝相結合，解決了Z軸方向深度控制問題，但微小孔（小于0.3mm）的形成，問題依然存在。12.4積層多層板盲孔的制造技術12.4.1盲孔的形成w26（2）現(xiàn)代的激光蝕孔技術在埋、盲孔制作方面有著獨特的優(yōu)勢，激光鉆孔之所以能除去被加工部分的材料，主要靠光熱燒蝕和光化學燒蝕。PCB鉆孔用的激光器主要有FR激發(fā)的氣體CO2激光器和UV固態(tài)Nd：YAG激光器兩種。（2）現(xiàn)代的激光蝕孔技術在埋、盲孔制作方面有著獨特的優(yōu)勢，激27（3）等離子蝕孔首先是在覆銅板上的銅箔上蝕刻出窗孔，露出下面的介質層然后放置在等離子的真空腔中，通入介質氣體，在超高頻射頻電源作用下氣體被電離成活性很強的自由基，與高分子反應起到蝕孔的作用。（3）等離子蝕孔28（4）噴砂成孔法首先是在“芯板”上涂覆上絕緣介質樹脂，經(jīng)烘干、固化、再貼上抗噴砂干膜，經(jīng)曝光、顯影后露出噴砂“窗口”接著采用噴砂泵（或射流泵），噴射出射流化的碳化硅微粒而噴削掉裸露的介質樹脂，形成導通孔，然后除去抗噴砂干膜再經(jīng)過鍍覆孔，電鍍和形成層間互連的導電圖形，依此反復制成積層多層板。（4）噴砂成孔法2912.4.2化學蝕刻法12.4.2化學蝕刻法www.themegallery.c3012.4.3工藝過程1.濃硫酸的作用與影響因為RCC材料不含玻璃纖維，加熱的濃硫酸在較強的噴射壓力下能較快去除環(huán)氧介質，而又省掉去玻璃頭的工序。12.4.3工藝過程www.themegallery.co31圖12-8濃硫酸蝕刻后盲孔的顯微剖面圖（無機械噴淋條件）圖12-8濃硫酸蝕刻后盲孔的顯微剖面圖www.themeg322.化學鍍銅含盲孔的印制板生產(chǎn)過程需要重點控制的另一個工序為化學鍍銅。盲孔孔徑小，化學鍍銅溶液難以進孔，因此實現(xiàn)盲孔的金屬化使層與層之間連通便成為至關重要的工作。材料類型銅箔厚度樹脂厚度板厚孔徑比(盲孔)RCC材料18μm50μm100μm0.34:10.5:12.化學鍍銅材料類型銅箔厚度樹脂厚度板厚孔徑比(盲孔)RC333.多層盲孔多層盲孔的制作有幾種流程，以1/2/3層盲孔為例（樹脂厚度為70μm）。方法（1）：加工完的內(nèi)層板（3、4）→外壓涂樹脂銅箔（2，5）→盲孔圖形轉移腐蝕銅箔，形成裸窗口→濃硫酸噴射除去環(huán)氧介質（70μm）形成盲孔→孔金屬化→電鍍銅加厚→黑化→壓涂樹脂銅箔→形成盲孔3.多層盲孔3412.5積層多層板工藝制程的實例分析ALIVIH（任意層內(nèi)導通孔技術）和B2IT（埋入凸塊互連技術）兩種工藝方法均不采用“芯板”用導電膠的方法實現(xiàn)導通，達到甚高密度的互連結構，可以在布線層的任意層位置來形成內(nèi)層導通孔的、信號傳輸線路短的積層多層板。12.5積層多層板工藝制程的實例分析www.themega35ALIVH（AnyLayerInnerViaHole）積層多層板工藝ALIVH工藝方法就是采用芳胺纖維無紡布和浸漬高耐熱性環(huán)氧樹脂半固化片，使用紫外激光（Nd：YAG或脈沖震蕩的CO2激光）進行微導通孔的加工，微導通孔內(nèi)再充填導電膠的工藝方法制造積層多層板。ALIVH（AnyLayerInnerViaHol36圖12-9積層四層板工藝流程圖12-9積層四層板工藝流程www.themegaller371.工藝要點：（1）介質絕緣材料的選擇必須滿足基板的功能特性要求，具有高的Tg，低的介電常數(shù)。（2）選擇與環(huán)氧樹脂特性相匹配的導電膠。（3）合理的制作模板網(wǎng)孔尺寸和形狀，確保堵塞的導電膠能形成凸出的半圓形狀。（4）合理選擇導電膠中金屬顆粒以及最佳化樹脂體系，以確保形成一種具有低粘度的導電膠對高密度導通孔進行堵塞與實際為“零”收縮材料。（5）提高表面的平整度，選擇好的研磨工藝1.工藝要點：382.實現(xiàn)此種工藝必須解決的技術問題

（1）層間的連接材料選擇導電膠，它是不含溶劑而由銅粉、環(huán)氧樹脂和固化劑混合而成。

（2）內(nèi)通孔的加工工藝采用脈沖振動型二氧化碳CO2激光加工而成（3）半固化片是無紡布在耐高溫環(huán)氧樹脂中浸漬而成的基板材料。2.實現(xiàn)此種工藝必須解決的技術問題www.themegal393.與常規(guī)多層板加工程序比較(1)制造工序減少一半（生產(chǎn)六層板工序而言），既適用于多品種小批量也適用于量產(chǎn)化的大生產(chǎn)。(2)組合簡單，因為它的組合全部都由銅箔形成，可制作更高密度電路圖形，而且表面平整性好，有助于裝聯(lián)性能的提高。3.與常規(guī)多層板加工程序比較www.themegaller40技術規(guī)格基本尺寸基板厚度(mm)內(nèi)通孔直徑(μm)焊盤直徑(μm)導體最小間寬(μm)導體最小間隙(μm)四層0.40；六層0.651503606090表12-11ALIVH技術規(guī)格技術規(guī)格基本尺寸基板厚度(mm)四層0.40；六層0.65表41

ALIVH基本規(guī)格和特性根據(jù)所采用器件的特性和封裝技術，使用的基材具有低熱膨脹系數(shù)、低介電常數(shù)、耐高溫、高剛性和輕量等特征，ALIVH的介電常數(shù)、密度和熱膨脹系數(shù)小，玻璃化溫度高。ALIVH基本規(guī)格和特性www.themegallery.42基于標準型ALIVH結構的設計特征:·從ALIVH結構分析全層設有IVH（內(nèi)層導通孔）構造，導通孔設置層無限制；·從ALIVH結構分析全層均一規(guī)格，無其它不同的導通孔種類，與鄰近層導通孔的位置無限制；·導通孔上的焊盤可與元器件安裝焊盤共用。基于標準型ALIVH結構的設計特征:www.themegal43甚高密度ALIVH-B制造工藝隨著電子設備的小型化、輕量化、高性能化，對各種各式封裝板的要求也就越加嚴格。平整度要更高，表面絕緣層厚度更薄。就連基板本身的熱膨脹系數(shù)也要接近裸芯片的技術要求，使封裝元器件的可靠性有了保證。這就是21世紀開發(fā)與研制的新工藝—ALIVH－FB。甚高密度ALIVH-B制造工藝www.them44圖12-12ALIVH－FB制造工藝流程示意圖圖12-12ALIVH－FB制造工藝流程示意圖www.th45ThankYou!ThankYou!www.themegallery.co464712.5.2B2it（BuriedBumpInterconnectionTechnology）積層多層板工藝B2it技術是把印制電路技術與厚膜技術結合起來的一種甚高密度化互連技術，它比ALIVH技術更進一步，不僅不需要印制電路過程的孔化、電鍍銅等，而且也不需要數(shù)控鉆孔、激光蝕孔或其它成孔方法（如光致成孔、等離子體成孔、噴沙成孔等），因此高密度互連積層電路采用B2it技術是印制電路技術的一個重大變革，使印制電路的生產(chǎn)過程簡化，獲得很高密度，明顯降低成本，可用于生產(chǎn)MCM的基板和芯片級（CSP）組裝上。12.5.2B2it（BuriedBumpInterc48該工藝就是采用一種嵌入式凸塊而形成的很高密度的互連技術，而與傳統(tǒng)的互連技術是采用金屬化孔來實現(xiàn)的不同，其主要區(qū)別它是通過導電膠形成導電凸塊穿透半固化片連接兩面銅箔的表面來實現(xiàn)的一種新穎的工藝方法。其工藝流程如圖12-13所示。該工藝就是采用一種嵌入式凸塊而形成的很高密度的互連技術，而與491.主要工藝說明這種類型積層板的結構類型制造難度較高，需認真地進行結構分析，從結構的特性，找出帶有規(guī)律性的經(jīng)驗，以便更好的掌握制作技巧。（1）根據(jù)結構的特點，必須對所使用的原材料進行篩選，特別是提高電氣互連用的導電膠和帶有所要求的玻璃布制造網(wǎng)格尺寸的半固化片。（2）根據(jù)結構特點，要選擇的導電膠的樹脂材料的玻璃化溫度必須高于半固化片玻璃化溫度的30～50℃，目的便于穿透已軟化的樹脂層。（3）在確保導電凸塊與銅箔表面牢固結合的同時，要求導電凸塊的高度要均勻一致，嚴格地控制高度公差在規(guī)定的工藝范圍內(nèi)。1.主要工藝說明50（4）嚴格選擇導電膠的種類，確保導電膠粘度的均勻性和最佳的觸變性，使網(wǎng)印的導電膠不流動、不偏移和不傾斜。（5）通過精密的模板，導電膠網(wǎng)印在經(jīng)過處理的銅箔表面，經(jīng)烘干后形成導電凸塊，并嚴格控制導電凸塊的直徑在φ0.20～0.30mm之間，呈自然圓錐形，以順利地穿透軟化半固片層，與另一面已處理過的銅箔表面準確的、緊密的結合。導電凸塊高度控制的工藝方法就是根據(jù)半固化片的厚度經(jīng)熱壓后的變化狀態(tài)，通過工藝試驗來確定適當?shù)膶щ娡箟K的高度，然后進行模板材料厚度的選擇，以達到高度的均一性，確保經(jīng)熱壓后能全部均勻的與銅箔表面牢固接觸，形成可靠的3層互連結構。（4）嚴格選擇導電膠的種類，確保導電膠粘度的均勻性和最佳的觸51（6）此種類型結構的印制板，層間互連是通過加壓、加熱迫使導電凸塊穿過半固化片樹脂層。關鍵是控制半固化片玻璃轉化溫度，使軟化的樹脂層有利于導電凸塊的順利穿過，并確保導電凸塊對樹脂具有相應的穿透硬度，而不變形。通常要通過工藝試驗來確定兩者溫度的差值，根據(jù)資料提供的溫度相差為30～50℃。溫度控制過低，樹脂層軟化未達到工藝要求，就會產(chǎn)生相當?shù)淖枇?，阻礙導電凸塊的穿透；如控制的溫度過高，就會造成樹脂流動，使導電凸塊歪斜和崩塌。所以，從工藝的角度，就必須嚴格控制樹脂的軟化溫度，當溫度和導電凸塊外形調整到最佳時，導電凸塊就能很容易地穿過半固化片的玻璃纖維布編織的網(wǎng)眼并露出尖端與銅箔實現(xiàn)了可靠的互連，然后再升高到固化所需的溫度和壓力下進行層壓工序。（6）此種類型結構的印制板，層間互連是通過加壓、加熱迫使導電522.原材料的選擇（1）半固化片的選擇半固化片選擇的原則就是樹脂玻璃的轉化溫度與導電膠樹脂的玻璃化溫度的差別，并確保相匹配。在進行層壓時，使導電凸塊能順利的通過已被軟化的半固化片的網(wǎng)眼與表面銅箔牢固接觸，但凸塊必須均勻地全部與銅箔表面形成粘結。也就說當半固化片處于熔融狀態(tài)時，而導電凸塊內(nèi)所含的樹脂必須處于固化狀態(tài)，才能順利地穿透到達另一面銅箔表面上。2.原材料的選擇53（2）導電膠的選擇導電膠主要是起到層間電氣互連作用，是此種類型結構的主要原材料。因為導電膠是由具有導電性能的銅粉或銀粉、粘結材料（多數(shù)采用Tg改性環(huán)氧樹脂）、固化劑等原材料組成。所形成的導電凸塊固化后互連電阻應小于1mΩ，具有高的導電性和熱的傳導性，而且具有一定合適的粘度，確保與金屬材料（顆粒）均勻調合，使其固化后的電阻值符合設計技術要求。（2）導電膠的選擇54（3）導電材料的選擇導電膠的組成主要是起導電作用的銅粉或銀粉，無論采用任何導電材料，必須按照所需要的導電材料所形成的顆粒尺寸大小進行選擇，主要依據(jù)就是所用的導電材料的顆粒尺寸應小于玻璃布網(wǎng)目邊長的1/2、1/3較為適宜。（4）樹脂的要求為滿足安裝高速元器件的要求，就必須選擇具有低介電常數(shù)的樹脂，如改型BT樹脂、PPE（聚苯撐醚）樹脂、改性聚酰亞胺或聚四氟乙烯等。（3）導電材料的選擇553.B2it結構的高密度互連積層印制板的類型具有B2it結構類型的高密度互連積層印制板可分為全B2it結構與混合式B2it等兩種構型的高密度互連積層印制板?；旌鲜紹2it技術可以認為是把B2it技術與傳統(tǒng)的印制板技術結合制成的印制板，如圖12-14所示?；旌鲜紹2it板的制造過程是各自預先制備雙面或四面等B2it板和傳統(tǒng)板，然后經(jīng)對位層壓而成。這種各式各樣的混合B2it板比起純B2it板具有改善散熱（傳導熱）的貫通孔結構，比起傳統(tǒng)的多層板又具有顯著增加布線自由度和隨意布設內(nèi)部導通孔的優(yōu)點，從而達到更高密度特性，并滿足單芯片模塊（SCMs）和多芯片模塊（MCMs）的高密度安裝要求。3.B2it結構的高密度互連積層印制板的類型www.the56圖12-14四種B2it印制板的結構圖12-14四種B2it印制板的結構www.themega574.可靠性試驗結果分析B2it積層多層板制作的工藝關鍵就是要選用合適的導電膠材料，印制成均勻一致、高度差極小的導電凸塊和層壓時工藝參數(shù)的控制。這三方面都必須采取相應的工藝對策，才能生產(chǎn)出高質量的達到高密度互連結構的積層板。通過研制和生產(chǎn)的積層多層板的試樣進行可靠性測試結果見下表12-14。4.可靠性試驗結果分析www.themegallery.c58測試項目測試條件標準要求參考標準結果1導體剝離強度十字頭速度500mm/min1.4kN/mJSIC-5012良好2溫濕度循環(huán)20～65℃,90～98%,240h5×107ΩJSIC-5012良好3熱沖擊-65℃（30min）～125℃（30min）100周期互連電阻最大變化量達10％JSIC-5012良好4熱油260℃(10s)～20℃(20s)100周期互連電阻最大變化量達10％JSIC-5012良好5高溫影響100℃，0.3A1000h互連電阻最大變化量達10％JSIC-5012良好6焊盤剝落經(jīng)焊接腳座后垂直拉開10N/mm2－良好7彎曲有±10%尖端彎曲導線架1000周期互連電阻最大變化量達10％－良好8腐蝕性氣體H2S0.1ppm,SO20.5PPM12V500h互連電阻最大變化量達10％－良好表12-14B2it積層多層板可靠性測試結果測試項目測試條件標準要求參考標準結果1導體剝離強度十字頭速度59從上述可靠性測試數(shù)據(jù)表明，研制與生產(chǎn)B2it積層多層板的關鍵就是選擇合適的導電膠材料，印制導電凸塊和高密度結構互連層壓的有效控制。為此，在擬定研制與生產(chǎn)工藝方案時，必須分析高密度互連結構的工藝特性，選擇適合該結構的所需原材料的物理化學性能極為重要。特別指明的就是印制導電凸塊的工藝方法和工藝對策，制作高質量的模板非常重要，因為要達到嚴格控制導電凸塊高度的均一性的目的，過高過低都會產(chǎn)生不利于結構的可靠性，特別是高度差異過大，必將獲得低水平的層壓結構，甚至會造成失敗，所以選擇合適的導電膠和印制工藝方法及相應的工藝設備是B2it工藝的關鍵。從上述可靠性測試數(shù)據(jù)表明，研制與生產(chǎn)B2it積層多層板的關鍵60圖12－10ALIVH設計規(guī)格特征示意圖圖12－10ALIVH設計規(guī)格特征示意圖www.theme61AddyourcompanysloganThankYou!AddyourcompanysloganThankY62高密度互連積層多層板工藝現(xiàn)代印制電路原理和工藝第12章高密度互連積層多層板工藝現(xiàn)代印制電路原理和工藝第12章www63第12章高密度互連積層多層板工藝概述

1積層多層板用材料

2積層多層板的關鍵工藝

3積層多層板盲孔的制造技術

4積層多層板工藝制程的實例分析

5第12章高密度互連積層多層板工藝概述1積層多層板用材料6412.1概述電子產(chǎn)品“輕、薄、短、小”及多功能化的發(fā)展特別是半導體芯片的高集成化與I/O數(shù)的迅速增加高密度安裝技術的飛快進步

迫切要求安裝基板－PCB成為具有高密度、高精度、高可靠及低成本要求的，適應高密度互連（HDI）結構的新型PCB產(chǎn)品，而積層多層板（BMU）的出現(xiàn)，完全滿足了這些發(fā)展和科技進步的需要。

12.1概述電子產(chǎn)品“輕、薄、短、小”及多功能化的發(fā)展www65高密度互連積層多層板具有以下基本特征：1）微導通孔（包括盲孔、埋孔）的孔徑≤φ0.1mm；孔環(huán)≤0.25mm；2）微導通孔的孔密度≥600孔/in2；3）導線寬/間距≤0.10mm；4）布線密度（設通道網(wǎng)格為0.05in）超過117in/in2。高密度互連積層多層板具有以下基本特征：www.themega661）按積層多層板的介質材料種類分為：·用感光性材料制造積層多層板；·用非感光性材料制造積層多層板。12.1.1積層多層板的類型12.1.1積層多層板的類型www.themegaller672）按照微導通孔形成工藝分類主要有：·光致法成孔積層多層板；·等離子體成孔積層多層板；·激光成孔積層多層板；·化學法成孔積層多層板；·射流噴砂法成孔積層多層板。2）按照微導通孔形成工藝分類主要有：www.themegal683）按電氣互聯(lián)方式分為：·電鍍法的微導通孔互連的積層多層板；·導電膠塞孔法的微導通孔互連積層多層板。3）按電氣互聯(lián)方式分為：www.themegallery.c6912.1.2高密度趨向1.配線密度以2001年發(fā)表的關于半導體的路線圖可知，半導體芯片尺寸約為15mm～25mm，I/O針數(shù)高達3000針以上，2010年將達近萬針水平，MUP的針數(shù)為2000針以上。為此，搭載封裝的PCB必須具有微導通孔，且實現(xiàn)微細間距和線路圖形等的高密度配線。12.1.2高密度趨向www.themegallery.c70項目I級II級線寬（μm）線間距（μm）導體厚度（μm）導通孔徑（μm）焊盤直徑（μm）層間間隙（μm）全板厚度（μm）層數(shù)（層）100～50100～5020～15150～80400～20080～401000～5006～1650～1050～1015～1080～20200～6050～20800～2006～20＋表12-1PCB配線規(guī)則項目I級II級線寬（μm）100～5050～10表12-1P712.電性能高密度配線和高密度安裝配線的傳輸特性非常重要。對于特殊的信號線要求正確的特性阻抗值在高頻傳送時必須考慮趨膚效應，趨膚效應按照傳導度1／e衰減直至表面深度δ＝2/twμ2.電性能72圖12-1PCB中傳輸電路的形成圖12-1PCB中傳輸電路的形成www.themegall7312.2積層多層板用材料12.2.1積層多層板用材料的發(fā)展及趨勢積層多層板用材料制造技術，總是圍繞著滿足BUM對它的“四高一低”的要求發(fā)展進步?！八母摺钡囊笫牵焊呙芏炔季€的要求、高速化和高頻化的要求、高導通的要求和高絕緣可靠性的要求?！耙坏汀钡囊笫牵旱统杀镜囊?。12.2積層多層板用材料12.2.1積層多層板用材料的發(fā)展74圖12-2積層多層板用基板材料的發(fā)展示意圖圖12-2積層多層板用基板材料的發(fā)展示意圖www.them75積層多層板所使用的原材料大部分為環(huán)氧樹脂材料，主要有三種材料類型：感光性樹脂非感光性熱固性樹脂涂樹脂銅箔材料（ResinCoatedCopper，簡稱RCC）積層多層板所使用的原材料大部分為環(huán)氧樹脂材料，主要有三種材料76感光性樹脂材料的主要類型有液態(tài)型和干膜型制造商名稱級別樹脂形狀樹脂層形成法標準厚度(μm)孔加工法顯影液樹脂粗化法日本化成BF-8500環(huán)氧系感光膜真空層壓55/25/100UV曝光準水系高錳酸系ShipleyMULTIPOSIT-9500環(huán)氧系感光液涂覆等UV曝光高錳酸系感光性樹脂材料的主要類型有液態(tài)型和干膜型制造商名稱級別樹脂形7712.2.3非感光性熱固性樹脂材料其樹脂類型多為環(huán)氧樹脂，固化后樹脂絕緣層厚度一般為40～60μm。制造商名稱級別樹脂形狀樹脂層形成孔加工樹脂粗化日本化成GXA-679P環(huán)氧系非感光性膜真空積層激光味之素ABD-SH(35)環(huán)氧系非感光性膜真空積層激光高錳酸系味之素ABF-SH9K(30)環(huán)氧系非感光性膜真空積層激光高錳酸系12.2.3非感光性熱固性樹脂材料制造商名稱級別樹脂形狀樹7813.2.3涂樹脂銅箔材料積層板用的涂樹脂銅箔是由表面經(jīng)過粗化層、耐熱層、防氧化層處理的銅箔，在粗化面涂布B階絕緣樹脂組成13.2.3涂樹脂銅箔材料www.themegallery79積層多層板芯板的制造孔加工絕緣層的粘結電鍍和圖形制作多層間的連接PCB的表面處理12.3積層多層板的關鍵工藝積層多層板芯板的制造12.3積層多層板的關鍵工藝www.t8012.3.1積層多層板芯板的制造絕大部分的積層多層板是采用有芯板的方法來制造，也就是說，在常規(guī)的印制板的一面或雙面各積層上n層（目前一般n＝2～4）而形成很高密度的印制板，而用來積上n層的單、雙面板或多層板的各種類型的基板稱為積層多層板的芯板。12.3.1積層多層板芯板的制造www.themegall81圖12-4積層多層板印制板結構圖12-4積層多層板印制板結構www.themegalle8212.3.2孔加工

積層板的導通孔加工方法有采用激光加工非感光性的熱固性樹脂層涂樹脂銅箔層的激光導通孔法和采用UV光通過掩膜曝光與顯影的光致導通孔法

12.3.2孔加工8313.3.3絕緣層的粘結積層板中有銅箔的粘結，積層絕緣層與芯材等上面的導體層和絕緣層的粘結，樹脂層上導體的粘結等。

樹脂與樹脂的粘結在多數(shù)情況下是相同體系的相互粘合，只要表面干凈是不會有粘結問題的。以銅為主體的金屬與樹脂的粘結則有粘結性問題。13.3.3絕緣層的粘結www.themegallery.8413.2.4電鍍和圖形制作積層板的電鍍工藝有使用銅箔的全板電鍍法和圖形電鍍法不使用銅箔的全板電鍍半加成法和全加成法大多數(shù)采用涂樹脂銅箔的全板電鍍法，該法鍍層厚度均一13.2.4電鍍和圖形制作www.themegallery8513.3.5多層間的連接積層法中導體層重疊，采用導通孔進行連接13.3.5多層間的連接www.themegall8613.3.6PCB的表面處理成品積層板的表面處理時對于元器件的焊接，線粘接和BGA的凸塊連接都很重要，表面處理包括助焊劑、HASL等焊料涂層、Ni/Au鍍層等，根據(jù)用途加以選擇13.3.6PCB的表面處理www.themegaller8712.4積層多層板盲孔的制造技術12.4.1盲孔的形成（1）傳統(tǒng)的機械鉆孔工藝已不能滿足微小孔的生產(chǎn)，對于鉆頭深度控制的突破性構思是電場傳感器的應用，這樣控制的深度為5μm，可以達到制造盲孔的要求。將這一構思與傳統(tǒng)鉆孔工藝相結合，解決了Z軸方向深度控制問題，但微小孔（小于0.3mm）的形成，問題依然存在。12.4積層多層板盲孔的制造技術12.4.1盲孔的形成w88（2）現(xiàn)代的激光蝕孔技術在埋、盲孔制作方面有著獨特的優(yōu)勢，激光鉆孔之所以能除去被加工部分的材料，主要靠光熱燒蝕和光化學燒蝕。PCB鉆孔用的激光器主要有FR激發(fā)的氣體CO2激光器和UV固態(tài)Nd：YAG激光器兩種。（2）現(xiàn)代的激光蝕孔技術在埋、盲孔制作方面有著獨特的優(yōu)勢，激89（3）等離子蝕孔首先是在覆銅板上的銅箔上蝕刻出窗孔，露出下面的介質層然后放置在等離子的真空腔中，通入介質氣體，在超高頻射頻電源作用下氣體被電離成活性很強的自由基，與高分子反應起到蝕孔的作用。（3）等離子蝕孔90（4）噴砂成孔法首先是在“芯板”上涂覆上絕緣介質樹脂，經(jīng)烘干、固化、再貼上抗噴砂干膜，經(jīng)曝光、顯影后露出噴砂“窗口”接著采用噴砂泵（或射流泵），噴射出射流化的碳化硅微粒而噴削掉裸露的介質樹脂，形成導通孔，然后除去抗噴砂干膜再經(jīng)過鍍覆孔，電鍍和形成層間互連的導電圖形，依此反復制成積層多層板。（4）噴砂成孔法9112.4.2化學蝕刻法12.4.2化學蝕刻法www.themegallery.c9212.4.3工藝過程1.濃硫酸的作用與影響因為RCC材料不含玻璃纖維，加熱的濃硫酸在較強的噴射壓力下能較快去除環(huán)氧介質，而又省掉去玻璃頭的工序。12.4.3工藝過程www.themegallery.co93圖12-8濃硫酸蝕刻后盲孔的顯微剖面圖（無機械噴淋條件）圖12-8濃硫酸蝕刻后盲孔的顯微剖面圖www.themeg942.化學鍍銅含盲孔的印制板生產(chǎn)過程需要重點控制的另一個工序為化學鍍銅。盲孔孔徑小，化學鍍銅溶液難以進孔，因此實現(xiàn)盲孔的金屬化使層與層之間連通便成為至關重要的工作。材料類型銅箔厚度樹脂厚度板厚孔徑比(盲孔)RCC材料18μm50μm100μm0.34:10.5:12.化學鍍銅材料類型銅箔厚度樹脂厚度板厚孔徑比(盲孔)RC953.多層盲孔多層盲孔的制作有幾種流程，以1/2/3層盲孔為例（樹脂厚度為70μm）。方法（1）：加工完的內(nèi)層板（3、4）→外壓涂樹脂銅箔（2，5）→盲孔圖形轉移腐蝕銅箔，形成裸窗口→濃硫酸噴射除去環(huán)氧介質（70μm）形成盲孔→孔金屬化→電鍍銅加厚→黑化→壓涂樹脂銅箔→形成盲孔3.多層盲孔9612.5積層多層板工藝制程的實例分析ALIVIH（任意層內(nèi)導通孔技術）和B2IT（埋入凸塊互連技術）兩種工藝方法均不采用“芯板”用導電膠的方法實現(xiàn)導通，達到甚高密度的互連結構，可以在布線層的任意層位置來形成內(nèi)層導通孔的、信號傳輸線路短的積層多層板。12.5積層多層板工藝制程的實例分析www.themega97ALIVH（AnyLayerInnerViaHole）積層多層板工藝ALIVH工藝方法就是采用芳胺纖維無紡布和浸漬高耐熱性環(huán)氧樹脂半固化片，使用紫外激光（Nd：YAG或脈沖震蕩的CO2激光）進行微導通孔的加工，微導通孔內(nèi)再充填導電膠的工藝方法制造積層多層板。ALIVH（AnyLayerInnerViaHol98圖12-9積層四層板工藝流程圖12-9積層四層板工藝流程www.themegaller991.工藝要點：（1）介質絕緣材料的選擇必須滿足基板的功能特性要求，具有高的Tg，低的介電常數(shù)。（2）選擇與環(huán)氧樹脂特性相匹配的導電膠。（3）合理的制作模板網(wǎng)孔尺寸和形狀，確保堵塞的導電膠能形成凸出的半圓形狀。（4）合理選擇導電膠中金屬顆粒以及最佳化樹脂體系，以確保形成一種具有低粘度的導電膠對高密度導通孔進行堵塞與實際為“零”收縮材料。（5）提高表面的平整度，選擇好的研磨工藝1.工藝要點：1002.實現(xiàn)此種工藝必須解決的技術問題

（1）層間的連接材料選擇導電膠，它是不含溶劑而由銅粉、環(huán)氧樹脂和固化劑混合而成。

（2）內(nèi)通孔的加工工藝采用脈沖振動型二氧化碳CO2激光加工而成（3）半固化片是無紡布在耐高溫環(huán)氧樹脂中浸漬而成的基板材料。2.實現(xiàn)此種工藝必須解決的技術問題www.themegal1013.與常規(guī)多層板加工程序比較(1)制造工序減少一半（生產(chǎn)六層板工序而言），既適用于多品種小批量也適用于量產(chǎn)化的大生產(chǎn)。(2)組合簡單，因為它的組合全部都由銅箔形成，可制作更高密度電路圖形，而且表面平整性好，有助于裝聯(lián)性能的提高。3.與常規(guī)多層板加工程序比較www.themegaller102技術規(guī)格基本尺寸基板厚度(mm)內(nèi)通孔直徑(μm)焊盤直徑(μm)導體最小間寬(μm)導體最小間隙(μm)四層0.40；六層0.651503606090表12-11ALIVH技術規(guī)格技術規(guī)格基本尺寸基板厚度(mm)四層0.40；六層0.65表103

ALIVH基本規(guī)格和特性根據(jù)所采用器件的特性和封裝技術，使用的基材具有低熱膨脹系數(shù)、低介電常數(shù)、耐高溫、高剛性和輕量等特征，ALIVH的介電常數(shù)、密度和熱膨脹系數(shù)小，玻璃化溫度高。ALIVH基本規(guī)格和特性www.themegallery.104基于標準型ALIVH結構的設計特征:·從ALIVH結構分析全層設有IVH（內(nèi)層導通孔）構造，導通孔設置層無限制；·從ALIVH結構分析全層均一規(guī)格，無其它不同的導通孔種類，與鄰近層導通孔的位置無限制；·導通孔上的焊盤可與元器件安裝焊盤共用。基于標準型ALIVH結構的設計特征:www.themegal105甚高密度ALIVH-B制造工藝隨著電子設備的小型化、輕量化、高性能化，對各種各式封裝板的要求也就越加嚴格。平整度要更高，表面絕緣層厚度更薄。就連基板本身的熱膨脹系數(shù)也要接近裸芯片的技術要求，使封裝元器件的可靠性有了保證。這就是21世紀開發(fā)與研制的新工藝—ALIVH－FB。甚高密度ALIVH-B制造工藝www.them106圖12-12ALIVH－FB制造工藝流程示意圖圖12-12ALIVH－FB制造工藝流程示意圖www.th107ThankYou!ThankYou!www.themegallery.co10810912.5.2B2it（BuriedBumpInterconnectionTechnology）積層多層板工藝B2it技術是把印制電路技術與厚膜技術結合起來的一種甚高密度化互連技術，它比ALIVH技術更進一步，不僅不需要印制電路過程的孔化、電鍍銅等，而且也不需要數(shù)控鉆孔、激光蝕孔或其它成孔方法（如光致成孔、等離子體成孔、噴沙成孔等），因此高密度互連積層電路采用B2it技術是印制電路技術的一個重大變革，使印制電路的生產(chǎn)過程簡化，獲得很高密度，明顯降低成本，可用于生產(chǎn)MCM的基板和芯片級（CSP）組裝上。12.5.2B2it（BuriedBumpInterc110該工藝就是采用一種嵌入式凸塊而形成的很高密度的互連技術，而與傳統(tǒng)的互連技術是采用金屬化孔來實現(xiàn)的不同，其主要區(qū)別它是通過導電膠形成導電凸塊穿透半固化片連接兩面銅箔的表面來實現(xiàn)的一種新穎的工藝方法。其工藝流程如圖12-13所示。該工藝就是采用一種嵌入式凸塊而形成的很高密度的互連技術，而與1111.主要工藝說明這種類型積層板的結構類型制造難度較高，需認真地進行結構分析，從結構的特性，找出帶有規(guī)律性的經(jīng)驗，以便更好的掌握制作技巧。（1）根據(jù)結構的特點，必須對所使用的原材料進行篩選，特別是提高電氣互連用的導電膠和帶有所要求的玻璃布制造網(wǎng)格尺寸的半固化片。（2）根據(jù)結構特點，要選擇的導電膠的樹脂材料的玻璃化溫度必須高于半固化片玻璃化溫度的30～50℃，目的便于穿透已軟化的樹脂層。（3）在確保導電凸塊與銅箔表面牢固結合的同時，要求導電凸塊的高度要均勻一致，嚴格地控制高度公差在規(guī)定的工藝范圍內(nèi)。1.主要工藝說明112（4）嚴格選擇導電膠的種類，確保導電膠粘度的均勻性和最佳的觸變性，使網(wǎng)印的導電膠不流動、不偏移和不傾斜。（5）通過精密的模板，導電膠網(wǎng)印在經(jīng)過處理的銅箔表面，經(jīng)烘干后形成導電凸塊，并嚴格控制導電凸塊的直徑在φ0.20～0.30mm之間，呈自然圓錐形，以順利地穿透軟化半固片層，與另一面已處理過的銅箔表面準確的、緊密的結合。導電凸塊高度控制的工藝方法就是根據(jù)半固化片的厚度經(jīng)熱壓后的變化狀態(tài)，通過工藝試驗來確定適當?shù)膶щ娡箟K的高度，然后進行模板材料厚度的選擇，以達到高度的均一性，確保經(jīng)熱壓后能全部均勻的與銅箔表面牢固接觸，形成可靠的3層互連結構。（4）嚴格選擇導電膠的種類，確保導電膠粘度的均勻性和最佳的觸113（6）此種類型結構的印制板，層間互連是通過加壓、加熱迫使導電凸塊穿過半固化片樹脂層。關鍵是控制半固化片玻璃轉化溫度，使軟化的樹脂層有利于導電凸塊的順利穿過，并確保導電凸塊對樹脂具有相應的穿透硬度，而不變形。通常要通過工藝試驗來確定兩者溫度的差值，根據(jù)資料提供的溫度相差為30～50℃。溫度控制過低，樹脂層軟化未達到工藝要求，就會產(chǎn)生相當?shù)淖枇Γ璧K導電凸塊的穿透；如控制的溫度過高，就會造成樹脂流動，使導電凸塊歪斜和崩塌。所以，從工藝的角度，就必須嚴格控制樹脂的軟化溫度，當溫度和導電凸塊外形調整到最佳時，導電凸塊就能很容易地穿過半固化片的玻璃纖維布編織的網(wǎng)眼并露出尖端與銅箔實現(xiàn)了可靠的互連，然后再升高到固化所需的溫度和壓力下進行層壓工序。（6）此種類型結構的印制板，層間互連是通過加壓、加熱迫使導電1142.原材料的選擇（1）半固化片的選擇半固化片選擇的原則就是樹脂玻璃的轉化溫度與導電膠樹脂的玻璃化溫度的差別，并確保相匹配。在進行層壓時，使導電凸塊能順利的通過已被軟化的半固化片的網(wǎng)眼與表面銅箔牢固接觸，但凸塊必須均勻地全部與銅箔表面形成粘結。也就說當半固化片處于熔融狀態(tài)時，而導電凸塊內(nèi)所含的樹脂必須處于固化狀態(tài)，才