HDI微孔技術(shù)研究程課件

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，而標的連接盤（targetpab）（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)（magicalnumber），部分定義為每平方英寸達到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（ablationthreshold）

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。吸收的能量加熱材料，導(dǎo)致它融化并被蒸發(fā)掉。孔壁易碳化，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（radiofrequency）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（transverseexcitedatmospheric）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。準分子（Excimer）同TEACO2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。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(conformalmask),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-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25μm~76μm.常用銅箔為1/2oz(25μm)和3/8oz(13.35μm).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ThermountRTTM岐壓板及預(yù)浸材料.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:DupontVialuxTM81光致干膜與Ciba`sProbelecTM81/7081相同;EnvisionPDD-9015光致液態(tài)介質(zhì)絕緣材料;MacDermidMACuVia–C光致態(tài)介質(zhì)材料;ShipleyMultiposit9500(液態(tài)介質(zhì)材料);MortonDynaVia2000TM光致干膜.2.非光致成像非增強的介質(zhì)材料可用激光鉆孔、等離子體蝕孔/機械A(chǔ)jinonomotoABF干膜，TamuraTBR-25A-3熱固型油墨，TaiyoHBI-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-OMIEnvision液態(tài)介質(zhì)材料等。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。NodaScreen平面堵孔（flatplug）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NodaScreenCo，Ltd（日本）使用SAN-EIKagakuCorp.(日本)EpoxyResinPHP-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（dimpleplate）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-EIKagakuCorp.PHP-900（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。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、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(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)。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、2~4mil（50-100μm）精細節(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：控制阻抗和串擾。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（voltagecontrast）法”和“開關(guān)網(wǎng)格電位”（switchgridpotential）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標靶。當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)。

3、等離子體放電測試設(shè)備（PlasmaDischargeTester）

采用在一個基板上的兩個位置激發(fā)局部等離子體，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)備可以測試精細節(jié)距（250微料以下）。4、控制電子遷移（ControlledElectronMigration）

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行超細節(jié)距（75微米）測試?？刂齐娮舆w移測試開路的門檻值較低（1千歐）。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……<印制電路信息>雜志2000…32.IPC-----2315&IPC---41043.HDI:highdensityinterconnection,高密度互聯(lián)專用名詞1.ITRI:InterconnectionTechnologyResearchInstitute2.盤嵌盤::pad-within-pad3.微導(dǎo)通孔:microvia4.連接盤:targetpad5.BGA:Ball-GridArray6.CSP:ChipScalePackaging7.SLC:SurfaceLaminarCircuit8.自動布線程序列:Auto-routers9.環(huán)氧樹脂微導(dǎo)通孔工藝品:PlasmaEtchedRedistributionLayers10.銅蒸汽激光:CopperVaporLaser11.Nd:YAG(Neodymiumdopedyttrium-aluminum-garnet)釹:釔鋁石榴石.YAG激光受激光介質(zhì)晶體。12.Nd:YLF(Neodymiumdopedyttrium-lithium-fluoride)釹:釔鋰氟化物.YLF激光受激光介質(zhì)晶體。13.DFM:DesignforManufacturability可制造性設(shè)計14.光化學(xué)燒蝕(photo-chemicalablation)有機物被除去,其中分子內(nèi)的鍵被高能量的光子擊斷.15.熱燒蝕切除(photo-thermalablation)由于受熱或氣化造成有機材料被除去的過程.16.遠心透鏡(Telecentriclens):一種特別設(shè)計的透鏡,其輸出光束永遠與工件表面垂直