超高密度組裝PWB技術

隨著電子機器的高速高性能和超小型化，封裝技術獲得長足發(fā)展。芯片尺寸封裝CSP和BGA封裝也已實用化。由于這些封裝技術的進步，對于印刷電路板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，有興趣的朋友可以多了解一下。

技術特點

在以往的組裝PWB 基礎上，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。它具備以下獨到的特點：

（1） 高密度布線

由于精細打孔加工和配準工藝技術的進步導致凸緣直徑可以縮小，從面確保足夠多的布線通道。在此基礎上，利用全添加工藝可使布線精細化大幅度改善布線密度。

（2） 高性能絕緣樹脂

對應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。

（3） 由于全添加工藝技術實用化，即使是微細的線間距也可形成矩形斷面的布線線條。因為線的寬度對布線疏密不產(chǎn)生影響，即使是微細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層結構的基板為基礎，在其上和下兩面各可以再組裝上一層，形成1-4-1結構的斷面。這種4層結構基板，以下簡稱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構。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，然后對板芯外層的兩面進行布線，對于已形成的4層板芯進行組裝層加工：在4層板芯的兩個外側(cè)面上，重疊帶銅箔樹脂片進行熱壓結合，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，在此基礎上，涂上電鍍光致抗蝕樹脂，通過掩膜曝光形成永久性保護層圖形，最后，在其表面上進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現(xiàn)一次組裝層的全部過程，經(jīng)過多次重復上述工藝過程，可在4層板芯基礎上制造出多層化PWB。以上僅是簡單地介紹出超高密度組裝基板的制造工藝過程， 其中最關鍵的技術是微細打孔和布線，將在下面詳細介紹。

關鍵技術

（1） 設計基準

有關超高密度組裝基板的設計基準，如表1所示。其中，DV Multi-HY型PWB主要用于移動電話、手機、數(shù)字化攝影機和數(shù)碼相機等領域；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） 微細打孔加工

以往的組合基板，當進行打孔加工時都是使用二氧化碳激光器，但是，利用這種激光器打孔時，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工作，諸如像優(yōu)化激光脈沖或峰值輸出，結合激光的基本波長配合各種有機材料的吸收波長等改進措施，可實現(xiàn)高效率且保障打孔質(zhì)量穩(wěn)定的打孔工藝。但是，也應該看到二氧化碳激光器的局限性：雖然它能實現(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化，必將啟用波長更短的YAG激光器。因為，使用YAG激光器可對直徑為Φ50μm。以下的細小孔進行加工。此外，YAG激光器具備銅和樹脂所吸收的光譜，它能進行一般打孔和打穿通孔。充分發(fā)揮YAG激光器這一獨到特性的應用早已很普遍，日本在這里公司把它用于對樹脂材料進行微細打孔，試圖克服其加工速度低的缺點。

有關兩種激光器性能的比較，請參閱表2。另外，二氧化碳激光器用于對樹脂打孔時，存在比較嚴重的缺點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激光器對樹脂進行打孔時，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激光器對樹脂進行打孔。

（3） 微細布線

在微細布線領域里，作為關鍵性的技術是新開發(fā)的全添加工藝技術。然而，以往的PWB生產(chǎn)工藝都是采用工藝非常簡便的削減法形成布線索圖形，即對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，首先對于包括打孔區(qū)域所在的基板材料全面進行催化劑處理，隨后形成電鍍興致抗蝕層。在此基礎上，僅對裸露催化劑部分進行非電解式鍍銅，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：

▲矩形斷面

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

▲ 布線導體寬度不影響布局

利用削減工藝時，由于布線疏密程度不同而直接影響蝕刻性能，結果導致布線導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體斷面積。特別是，對于布線里的電流密度有嚴格的均勻一致性要求時，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)點是便于電性能改善。例如，在微細化加工過程中，布線導體寬L和布線導體間距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法降低布線導體的電阻，阻抗控制是很容易實現(xiàn)的。

① 關于電鍍光致抗蝕層

電鍍光至抗蝕材料對于微細布線是不可缺少的重要材料，世界各個半導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：●對于L/S=20/20μm的布線有分辨能力；●布線導體高度允許在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，應當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，旨在實現(xiàn)最大涂敷厚度高達20μm。為適應旋轉(zhuǎn)涂敷工藝要求，對電鍍光致抗蝕樹脂的粘度、表面張力和延展性進行改進，使旋轉(zhuǎn)涂敷精度達到±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^采用的玻璃掩膜進行曝光，具備很好的掩蔽能力；●利用分步重復式投影曝光設備— 主要為提高精度而采用分步重復式投影曝光設備，可達到±6μm對準精度。利用以對那種總括曝光法，只能達到±20μm的對準精度。正是由于使用這套曝光系統(tǒng)，實現(xiàn)高精度配準，對于通孔凸緣小直徑化作出貢獻。

③ 非電解鍍銅

對以往的非電解式鍍銅工藝，進行一系列改進：在使非電解式鍍銅晶界進一步微細化的同時，對電鍍設備的各部分如像循環(huán)系統(tǒng)等進行全面改進。此外，通常在進行非電解式鍍銅工藝之前需要用高錳酸進行預處理，以便令鍍銅表面粗糙化；在這里對這一預處理條件進行優(yōu)化，使鍍銅層的粘附性大增，實測結果可達到0.8Kg/c。

（4） 微細焊料凸點

超高密度組裝PWB的應用，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，它表面上設置的焊盤必須相應的微型化。利用以往的金屬掩膜形成如此微細的焊盤，相當困難。為此，在這里專門開發(fā)出一種形成微細焊料凸點的MAS-A，可使焊料供應量穩(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，對該掩膜的焊料凸點形成部分開出窗口。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，實際證實完全適應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交界面不會受到焊料膏的污染而且充分為窄間距焊盤供應焊料膏。由于可提高T-Mask厚度的精確度，為焊盤供應的焊膏理也獲得嚴格控制。更重要的是利用T-Kask形成Sn-Ag之類的無鉛焊料凸點，獲得令人滿意的結果。

小結

超高密度組裝PWB技術是最新的實用技術，完全適合裝配CSP封裝結構的LSI電路，應該給予高度重視。