封裝基板引工藝線電鍍金工藝設(shè)計(jì)

張良靜*，吳梅珠，高艷麗，郭永剛

（江南計(jì)算技術(shù)研究所，江蘇 無錫 214083）

封裝基板(也稱載板)是用于承載電子元器件的印制電路板，可為芯片提供電連接、保護(hù)、支撐、散熱、組裝等功效，以實(shí)現(xiàn)多引腳化，縮小封裝產(chǎn)品體積， 改善電性能及散熱性，超高密度或多芯片模塊化的目的。如圖1所示，先將裸芯片(Die)安裝到封裝基板上，再安裝到常規(guī)密度的大尺寸PCB 基板上。

IC 芯片互聯(lián)通常采用鍵合(Bonding)方式進(jìn)行，其中一種方法需要將金線打在芯片與封裝基板鍵合點(diǎn)(綁定盤)上形成電路連接，一般要求對封裝基板的鍵合點(diǎn)進(jìn)行電鍍金處理。而封裝基板與PCB 板的互聯(lián)通常采用球柵陣列(BGA)方式進(jìn)行，有時(shí)也要求對基板背面布置的二維球柵陣列進(jìn)行電鍍薄金處理。

電鍍金時(shí)需要將鍍金焊盤連成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)形成電流回路，因此必須設(shè)計(jì)電鍍工藝線將所有焊盤連接并引出至導(dǎo)電夾頭[1]，電鍍完畢，必須斷開工藝線。無論采用何種方式斷開，均會有一部分工藝線殘留，因此需要設(shè)計(jì)盡量少的鍍金引線并采用合適的方法將工藝線去除。本文分別對封裝基板內(nèi)埋鍵合點(diǎn)和球柵陣列電鍍金工藝線的設(shè)計(jì)及工藝實(shí)現(xiàn)流程進(jìn)行了研究，并分析了其工藝難點(diǎn)。

1 工藝線設(shè)計(jì)

圖2a為基板底層球柵陣列的初始CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造)數(shù)據(jù)，此類陣列排布的焊盤鍍金線可以通過CAM 工具Genesis2000 中的BGA Tie Line Generation功能自動生成，如圖2b所示，建立鍍金陣列(Array)，在有效圖形邊框外加一閉合框，使所有引線全部連通成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

圖3a為基板埋孔外層初始CAM 數(shù)據(jù)，由圖可見內(nèi)埋的鍵合點(diǎn)全部位于有效圖形內(nèi)部邊框線周圍，通過在廢料區(qū)鋪設(shè)銅皮并將工藝線全部引向銅皮使所有鍵合點(diǎn)連通成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，再從外圍銅皮4 個(gè)角各引一條線至有效圖形外的輔助框上，如圖3b所示。

2 工藝流程

2.1 球柵陣列鍍金流程

圖4所示為封裝基板球柵陣列鍍金制造流程。

首先通過圖形轉(zhuǎn)移蝕刻工藝形成外層圖形及鍍金工藝線圖形，接著用網(wǎng)印的阻焊膜覆蓋不需焊接的線路和過孔盤，起到保護(hù)和防焊作用，同時(shí)在阻焊層上設(shè)計(jì)斷線圖形，斷線圖形的位置與外層表面鍍金工藝線需要斷開的位置相對應(yīng)[2]，如圖5所示，這樣阻焊顯影時(shí)需要斷開的工藝線上方的阻焊膜將被顯掉，為后續(xù)蝕刻掉這一位置的工藝線做準(zhǔn)備。

為防止露出的工藝線在后續(xù)鍍金過程中被鍍上金，需要采用耐鍍金干膜將剛剛阻焊露出的鍍金工藝線先保護(hù)起來，即用耐鍍金干膜將斷線圖形完全覆蓋住，將需要鍍金的焊盤露出進(jìn)行鍍金處理，設(shè)計(jì)鍍金圖形菲林時(shí)將鍍金焊盤處設(shè)計(jì)成遮光區(qū)，其余位置包括 斷線圖形處設(shè)計(jì)成透光區(qū)，這樣曝光顯影后再鍍金時(shí)，鍍金焊盤表面鍍覆了金，工藝線有干膜保護(hù)沒有鍍上金，而金具有抗蝕性。褪除耐鍍金干膜后，再進(jìn)行堿性蝕刻時(shí)，鍍金工藝線斷線圖形部分被蝕刻掉，不會影響已鍍金焊盤及其他覆蓋阻焊的線路層。

圖4 封裝基板球柵陣列鍍金制造流程Figure 4 Manufacturing process of gold plating on BGA package substrate

2.2 內(nèi)埋鍵合點(diǎn)鍍金流程

圖6所示為封裝基板內(nèi)埋式鍵合點(diǎn)鍍金制造流程。

圖6 內(nèi)埋鍵合點(diǎn)鍍金制造流程Figure 6 Process of gold plating on embedded bonding pads

內(nèi)埋鍵合點(diǎn)鍍金工藝與球柵陣列鍍金工藝的差異在于要求將鍍金的鍵合點(diǎn)鍍金后經(jīng)壓合而埋置于基板內(nèi)部，需將鍵合點(diǎn)上部挖空形成臺階。具體為：首先通過圖形轉(zhuǎn)移蝕刻工藝形成埋孔外層圖形及鍍金工藝線圖形，接著采用常規(guī)鍍金工藝，即貼耐鍍金干膜 并通過曝光、顯影，使需要鍍金的焊盤露出，需要鍵合的區(qū)域在電鍍金后再褪除耐鍍金干膜，此時(shí)需從埋孔單元頂、底層分別盲銑，從頂層向底層盲銑是為了銑開與焊盤相連的鍍金工藝線，從底層向頂層盲銑則是為成品盲銑銑通槽做準(zhǔn)備，然后預(yù)先開盲槽的芯板與埋孔單元配套層壓，此時(shí)鍵合點(diǎn)已經(jīng)被埋入基板內(nèi)部， 通過成品盲銑將上方的芯板揭開即形成臺階，露出鍵合區(qū)域。

圖6所示為僅有一個(gè)臺階時(shí)的制造流程示意圖，基板存在多階臺階時(shí)(如圖7)的制造流程與此類似，僅需增加在不同位置的盲銑。

3 工藝難點(diǎn)

采用堿性蝕刻工藝去除球柵陣列鍍金工藝線的難點(diǎn)在于控制每次圖形曝光對位精度，因此阻焊斷線圖形設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到曝光設(shè)備的能力，一般要求阻焊開窗邊緣距外層圖形(Coverage)≥25 μm。

采用盲銑工藝去除內(nèi)埋鍵合焊盤鍍金工藝線的難點(diǎn)在于盲銑的深度公差控制，一般需要控制盲銑深度為0.10～0.15 mm。

4 結(jié)語

本文根據(jù)2 種封裝基板鍍金區(qū)域的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出專用的鍍金工藝線及相應(yīng)的鍍金工藝，可滿足封裝基板不同鍍金設(shè)計(jì)和制造需求。

[1]韓建波,張鵬.帶電插拔的金手指設(shè)計(jì)[J].電子工藝技術(shù),2003,24 (2): 71-72.

[2]淳華科技(昆山)有限公司.軟式印刷電路板電鍍金引線斷線刻蝕設(shè)計(jì)方法: CN,101841977 [P].2010-09-22.