hdi微孔技術(shù)研究程

1、HDI微孔技術(shù)研究一、HDI微孔的主要鉆孔工藝及相關(guān)概念二、HDI板的介質(zhì)材料三、高密度基板孔的金屬化技術(shù)四、HDI的電子測試技術(shù)五、HDI相關(guān)理論介紹六、參考文件及專用名詞1一、HDI微孔的主要鉆孔工藝及相關(guān)概念微孔定義 IPC-2315 & IPC-4104（JPCA定義為積層導(dǎo)通孔）規(guī)定為直徑0.15mm埋、肓導(dǎo)通孔，而標(biāo)的連接盤（target pab）（JPCA定義為導(dǎo)通孔連接盤底部的連接盤）規(guī)定為直徑0.35mm的連接盤。HDI定義 HDI（JPCA定義為積層PCB）是具有已減少的幾何形狀圖形的基板，一般將每平方英寸互連線達到160英寸幻數(shù)（magical number），部分定義為

2、每平方英寸達到110英寸。有利于縮小尺寸、減輕重量和增加電氣性能。燒蝕門檻值（ablation threshold） 調(diào)整能量密度擴大光束直徑或減弱輸出能量，使之介于處理的介質(zhì)材料門檻值和銅的門檻值之間，從面保證鉆孔過程控制在目標(biāo)導(dǎo)體層上。HDI微孔的主要工藝 主要有四種工藝：激光導(dǎo)通孔、干法/濕法蝕刻導(dǎo)通孔、光致導(dǎo)通孔、導(dǎo)電油墨形成導(dǎo)通孔和電路。一、激光導(dǎo)通孔 激光鉆孔主要有CO2激光和UV-YAG激光，與機械鉆孔的差異是用聚焦光束制造出2比用傳統(tǒng)方法更小的孔。激光鉆孔去掉介質(zhì)的機理分光熱切除（ablation）和光化學(xué)切除。 光熱燒蝕（切除）：激光波長在500納米到10600納米之間。吸收

3、的能量加熱材料，導(dǎo)致它融化并被蒸發(fā)掉?？妆谝滋蓟?，在鍍孔前需用去污工藝進行清除。光化學(xué)燒蝕（切除）：激光波長低于400納米。高能量的光子可以打破有機材料的分子長鏈，其能量高于原分子能量，強制性從孔中彈出形成粉未，不會造成成孔四周熱損傷。1、激光鉆孔的激光類型（用于PCB與封裝行業(yè)）A。UV二極管激勵的UV：YAG，其中三次諧波的Nd：YAG波長355納米。在PCB鉆孔中應(yīng)用最多。B。RF（radio frequency）激發(fā)的CO2激光,為降低熱損傷，應(yīng)縮短脈沖時間，需外界對光束進行調(diào)制。激光源密封，無需外界供給氣體。C。橫向受激光氣氛TEA（transverse excited atmosp

4、heric） CO2激光，脈沖持續(xù)時間根據(jù)不同氣體混合調(diào)整，需外界供給氣體。常規(guī)維護需更換電極和光學(xué)元件，成本高。D。準(zhǔn)分子（Excimer）同TEA CO2激光相似，使用氣體為二聚物，主要用于密度很高的模塊和封裝中微孔加工。32、成孔技術(shù)A。直接成孔：直接加工板材的銅和介質(zhì)，常用于通孔加工，目前僅有UV：YAG激光采用。較大的孔采用光學(xué)方法放大激光束，或?qū)⒐馐鲌A周運動挖孔（trepanning）或螺旋孔（spiralling）。B。兩步工藝成孔：第一步用UV：YAG激光去掉表面銅和部分介質(zhì)，第二步用低能量密度的UV：YAG激光或CO2激光完成。二、干法/濕法蝕刻導(dǎo)通孔 最普通的干法蝕刻工藝

5、是利用高頻氣體等離子體來進行蝕刻。 普通的熱的KOH的濕法蝕刻工藝已經(jīng)用于聚酰亞胺膜中。三、光致導(dǎo)通孔 一般為半加成法或全加成法. 首先將專用配方的光敏樹脂體系涂覆于次復(fù)合結(jié)構(gòu)(subcomposite)上,然后通過照相底版首分接觸光致材料于UV光中進行曝光,曝光后便產(chǎn)生了大量的導(dǎo)通孔.常用材料:Enthone-OMI Envision PDD-9015光敏介質(zhì)層材料與Ormet油墨, Dupont PDDF-100光敏干膜.四、干法金屬化(導(dǎo)電油墨/絕緣層再配置) 導(dǎo)電膠用來填充微孔,在層與層之間起導(dǎo)電通路作用. 表面金屬化既可以通過向介質(zhì)材料表面層壓銅箔來實現(xiàn),也可以通過化學(xué)沉積來實現(xiàn).4

6、二、HDI板的介質(zhì)層材料覆銅箔介質(zhì)層材料 一般選擇薄型的106或1080玻璃布增強材料(厚布在使用激光時難于汽化),樹脂嚴(yán)格接近于70%的1片或2片的層壓板.激光鉆孔使用敷形掩膜(conformal mask),采用UV的Nd: YAG或CO2激光的直接聚焦光束,來進行導(dǎo)通孔的蝕孔.以上材料一般適于用等離子體或激光蝕孔等方法來制作導(dǎo)通孔.1 . 涂樹脂銅箔 與FR-4性能相似,無E 玻璃布增強材料,在剝強度,熱性能上都是優(yōu)良.一般分兩種類型:一次形成的涂樹脂箔和兩次形成的涂樹脂銅箔.一次形成的涂樹脂箔是為了使用流動和填充的要求而設(shè)計的單一的B-階樹脂層.兩次形成的涂樹脂銅箔在靠近銅箔處是一層C

7、-階樹脂層,接著是一層用于流動和填充的B-階樹脂層. 介質(zhì)層厚度變范圍為25m 76m . 常用銅箔為1/2oz(25m )和3/8oz(13.35m ). 材料性能資料參考IPC-4104規(guī)范圖表12,13,19,20,21,22)2 . 非編織的非玻璃布增強的層壓板 從機械角度材料可以分為增強的和非增強的層壓板和預(yù)浸材料. 一般增強材料有較好的尺寸穩(wěn)定性及低的熱膨脹系數(shù)(CTE),非增強材料具有低有介電常數(shù)(Dk),并可以光致成像. 例如:Thermount及Thermount RTTM岐壓板及預(yù)浸材料.5非覆銅箔介質(zhì)層材料 日本目前70%使用的是非覆銅箔材料.1 . 光致介質(zhì)層材料 材料

8、包括:環(huán)氧樹脂,環(huán)氧混合材料,聚降冰片烯(pohynorborene),聚酰亞胺等. 可采用液體狀或干膜狀,負(fù)片或正片成像,溶劑型或水溶型顯影. 材料性能資料參考IPC-4104規(guī)范圖表1,2,3,4,5,6,7,8,9,10及16. 常用材料: Dupont VialuxTM81光致干膜與Cibas ProbelecTM81/7081相同; Envision PDD-9015光致液態(tài)介質(zhì)絕緣材料; MacDermid MACuVia C光致態(tài)介質(zhì)材料; Shipley Multiposit 9500(液態(tài)介質(zhì)材料);Morton DynaVia 2000TM光致干膜.2 . 非光致成像非增強

9、的介質(zhì)材料 可用激光鉆孔、等離子體蝕孔/機械A(chǔ)jinonomoto ABF 干膜，Tamura TBR-25A-3熱固型油墨，Taiyo HBI-200BC熱固型油墨，MACuVia-L液態(tài)介質(zhì)材料，Enthone方法等形成微孔。主要材料有：Osada -OMI Envision液態(tài)介質(zhì)材料等。6導(dǎo)通孔堵塞材料（用于網(wǎng)印方法） 在選擇堵塞材料時需考慮是否易于網(wǎng)印、是否易于研磨（決定平整度）、與孔壁及在制板表面的粘結(jié)力。Noda Screen 平面堵孔（flat plug）工藝中用于永久性堵塞通孔最常用材料包括雙固化（UV固化+熱固化）環(huán)氧樹脂、光致介質(zhì)材料、導(dǎo)電膠、單固化（熱固化）環(huán)氧樹脂、阻

10、焊印料及涂樹脂銅箔（RCF）。1、雙固化（UV固化+熱固化）環(huán)氧樹脂 Noda Screen Co，Ltd（日本）使用SAN-EI Kagaku Corp.(日本)Epoxy Resin PHP-900導(dǎo)通孔堵塞油墨實施平面堵孔工藝.2、光致介質(zhì)材料 MacDermid的MaCuViaTMFill使用針塞（bed-of-nails）或波紋板（dimple plate）采用一次或兩次涂覆樹脂，可將孔堵滿。3、導(dǎo)電膠 產(chǎn)品有Dupont的BiooViaPlug；CB100（由銀、銅及環(huán)氯樹脂制成的網(wǎng)印膠）。4、單固化（熱固化）環(huán)氧樹脂 試用產(chǎn)品有： SAN-EI Kagaku Corp.PHP-9

11、00（用于IR）；Taiyo等。5、涂樹脂銅箔（RCF） 僅用于孔徑與芯板厚度為低厚徑比的板上。7三、高密度基板孔的金屬化技術(shù) 傳統(tǒng)化學(xué)沉銅工藝中,Pd上催化劑,甲醛作還原劑,則在孔壁等處沉上一薄層銅,但沉銅副產(chǎn)物-氫氣氣泡會導(dǎo)致空洞和沉銅層偏薄,微孔中更易產(chǎn)生. 常用替代化學(xué)銅的工藝有:1.鈀基工藝 鈀基直接金屬化工藝?yán)梅稚⒌拟Z顆粒來使非導(dǎo)電表導(dǎo)電.,以便可以直接鍍銅. 流程: 清潔/調(diào)整微蝕預(yù)浸產(chǎn)生導(dǎo)電層加速后浸2.碳基工藝 使用碳顆?？摄~電鍍到非導(dǎo)體表面上,一種工藝是使用碳黑,一種直徑為1000X10-10的不定形物質(zhì),為各向同性導(dǎo)電;另一種是使用高度晶體結(jié)構(gòu)的合成石墨直徑約為1000

12、0X10-10,為各向異性導(dǎo)電,其中石墨覆蓋層比碳黑覆蓋層的電阻更低.石墨基工藝 利用石墨顆粒穩(wěn)定的分散來涂覆到PWB基材表面上. 流程: 清潔/調(diào)整石墨固定劑空氣刀/干燥微蝕 調(diào)整溶液在樹脂和玻璃表面上產(chǎn)生正電荷,吸附帶負(fù)電荷的石墨顆粒從而覆于PWB的表面上,石墨顆粒與調(diào)整劑的反應(yīng)的結(jié)果引起粘結(jié)劑分子與調(diào)整劑表面上的活性氫基的耦合.,從而在樹脂與玻璃上提供了一個穩(wěn)定的石墨膜.未與調(diào)整劑反應(yīng)的多余石墨必須在干燥前除去.此時采用安裝空氣刀，再用酸性固定劑中和粘結(jié)劑表面的活性基團來去除多余的石墨，并沉淀下來，再通過噴淋沖洗將沉淀清洗掉。 8干燥去除殘留于涂覆層上的水，并使耦合充分。微蝕是去除銅表面

13、、有效焊盤及互連面多余的石墨，在非金屬面上留下導(dǎo)電且連續(xù)的石墨涂層。碳黑基工藝 流程: 清潔劑碳黑空氣刀/干燥清潔劑碳黑空氣刀/干燥微蝕 通常用兩次經(jīng)過碳黑溶液以獲得充分的導(dǎo)電性能。3.導(dǎo)電聚合物 流程: 溶劑調(diào)整高錳酸鹽清洗催化劑固定干燥 高錳酸鹽與樹脂反應(yīng)的二氧化錳殘留于樹脂與玻璃布表面，是氧化劑。催化劑為吡咯、噻吩衍生物的單體。在催化反應(yīng)中，板被含單體的溶液潤濕。溶液中的酸迅速發(fā)生氧化聚合反應(yīng)，在有酸存在時，二氧化錳作為單體氧化劑，形成了一層導(dǎo)聚合物膜。要求貼膜前擦板。4.電鍍銅 當(dāng)厚徑比達到1:1時,必須將電鍍工藝由傳統(tǒng)的DC電鍍改為周期脈沖反向電鍍(PPR).5.直接金屬化6.去沾(

14、鉆)污工藝(改進的溶劑溶脹系統(tǒng)的高錳酸鹽去鉆污)注解：成功的孔金屬化需要的三個互相關(guān)聯(lián)的條件：優(yōu)化的去鉆污、能夠使銅沉積高導(dǎo)電性涂層和用于電鍍的革新技術(shù)。9四、HDI的電子測試技術(shù)HDI測試設(shè)備的ET設(shè)備基本要求：1、24mil（50-100m）精細(xì)節(jié)距的能力（線或陣列）；2、盤沒有損傷（非接觸或柔軟接觸）；3、適用歐姆定律測試（100%電測試）或類似測試；4、10歐姆的連通性測試，10兆歐絕緣性測試（250V）；5、無夾具（低的NRE成本）；6、批量生產(chǎn)能力：每小時大于2平方米或每秒測試200到400個點。7、高頻測試能力：控制阻抗和串?dāng)_。 以上要求采用傳統(tǒng)的針床測試設(shè)備及移動探針測試設(shè)備都

15、不能滿足要求，以下為正在開發(fā)及新的電測試技術(shù)：1、電子束（E-beam）測試設(shè)備，開發(fā)中，衍生的兩種技術(shù)“電壓比較（voltage contrast）法”和“開關(guān)網(wǎng)格電位”（switch grid potential）法較好。2、電子束開關(guān)網(wǎng)格電位法 測試區(qū)域被劃分成2“X2”的小片，電子束用來掃描整個表面并對準(zhǔn)標(biāo)靶。當(dāng)不同電子束在同一盤的電位轉(zhuǎn)換速度與電容的關(guān)系來確定開路及短路。用于超精細(xì)節(jié)距（小于25微米）測試，缺點是開路門檻值較低（將近10兆歐），要求高的真空系統(tǒng)。10 3、等離子體放電測試設(shè)備（Plasma Discharge Tester） 采用在一個基板上的兩個位置激發(fā)局部等離子體

16、，使接觸兩個相應(yīng)的測試點。無夾具等離子體放電探頭測試設(shè)備可以測試精細(xì)節(jié)距（250微料以下）。4、控制電子遷移（Controlled Electron Migration） 控制電子遷移是利用光電效應(yīng)激發(fā)被測試基板線條上網(wǎng)格上的電子，在高頻激光束的脈沖下電子被發(fā)射和測量?？蛇M行超細(xì)節(jié)距（75微米）測試。控制電子遷移測試開路的門檻值較低（1千歐）。11五、HDI相關(guān)理論介紹線延線延時間TD: ( ns : nanosecond 毫微米)說明信號的傳遞速度與互連長度相關(guān)TD=Lr (12in/ns)=82ns/in L r HDI基材的低介電常數(shù)有利于減少線延.在常規(guī)的FR4板中,玻璃纖維的介電常數(shù)

17、大約為6.2,環(huán)氧樹脂介電常數(shù)大約為3.5,根據(jù)玻璃和環(huán)氧混合的原則,FR4的介電常數(shù)在4.0和5.2之間變化.附表:常用HDI介質(zhì)的介電常數(shù)材料介電常數(shù)材料介電常數(shù)光致成像介質(zhì)環(huán)氧樹脂3.8環(huán)氧樹脂RCC3.5環(huán)氧丙烯酸酯3.8FR4(玻玻布)4.15.2)環(huán)氧芳香族酰亞胺(Alivh)3.5Dupont聚酰亞胺薄膜3.4膨脹性PTFE Gore-Tex Microlam(聚四氟乙烯)3.3Drclad (IBM)(玻璃布)4.1雙馬來酰胺三嗪樹脂(BT)(玻璃布)4.1氰酸酯(E-glass)3.812六、參考文件及專用名詞參考書籍1.高密度互連積層多層板雜志 200032.IPC-231

18、5 & IPC-41043.HDI:high density interconnection,高密度互聯(lián)專用名詞1.ITRI : Interconnection Technology Research Institute2.盤嵌盤: :pad-within-pad3.微導(dǎo)通孔:microvia4.連接盤:target pad5.BGA : Ball-Grid Array6.CSP : Chip Scale Packaging7.SLC : Surface Laminar Circuit8.自動布線程序列 : Auto-routers9.環(huán)氧樹脂微導(dǎo)通孔工藝品 : Plasma Etched Redistribution Layers10.銅蒸汽激光