任意層互連生產(chǎn)技術(shù)研究

金立奎

（珠海方正科技高密電子有限公司，廣東 珠海 519175）

1 引言

目前高端移動(dòng)電子設(shè)備大部分都配有觸控顯示屏，顯示屏的尺寸也從之前的2 in逐漸加大到了4 in ～6 in，顯示屏的加大造成了耗電量的成倍增加。為了增加電子產(chǎn)品的待機(jī)時(shí)間，廠商在設(shè)計(jì)時(shí)都最大限度減小線路板的尺寸，以加大了電池的容量；目前高端電子產(chǎn)品的線路板尺寸，已從之前與產(chǎn)品等大減小到產(chǎn)品尺寸的50%以下。線路板的功能增加而面積減小，必然使得HDI電路板的設(shè)計(jì)越來越多地向三階、四階及ELIC發(fā)展。HDI板功能增加有以下幾個(gè)趨勢(shì)：一是高階層，基本為三階HDI結(jié)構(gòu)，部分甚至需要四階的HDI結(jié)構(gòu)；二是縮小線寬間距，小的線寬間距50 μm/50 μm左右，更小的為40 μm/50 μm；三是減小盲孔尺寸，小的盲孔已達(dá)到50 μm左右；四是ELIC設(shè)計(jì)。隨著電子產(chǎn)品的持續(xù)發(fā)展，ELIC設(shè)計(jì)必然成為未來線路板采用的主流。

2 ELIC設(shè)計(jì)對(duì)減小板面積的原理

HDI板為了各層間的互通，通常采用通孔及盲孔進(jìn)行層間導(dǎo)通；但通孔占用板面積大且生產(chǎn)有局限性，不利于高密度設(shè)計(jì)；同樣的層數(shù)，ELIC設(shè)計(jì)比一般HDI層間導(dǎo)通方式多30%以上（圖1）。

圖1 一般HDI與ELIC盲孔層間導(dǎo)通設(shè)計(jì)示意圖

另外，一般的HDI板盲孔底層需要設(shè)PAD，層間導(dǎo)通所占用的板面積大，影響布線；而ELIC直接在盲孔上疊孔，比一般HDI約減少50%的層間導(dǎo)通占用面積（如圖2）。

圖2 一般盲孔與ELIC盲孔設(shè)計(jì)示意圖

3 任意層互連制作難點(diǎn)

任意層互連為了達(dá)到高密度、厚度薄及尺寸小等指標(biāo)，通常會(huì)采用厚度0.05 mm ～ 0.076 mm的基板，介層采用106、1037或1027等型號(hào)的薄PP；生產(chǎn)時(shí)采用逐層壓合及打孔進(jìn)行增層，主要會(huì)遇到下列問題：

（1）基板薄，生產(chǎn)過程中容易卡板及變形。

目前許多HDI制造工廠在生產(chǎn)薄基板盲孔時(shí)，通常采用先經(jīng)圖形轉(zhuǎn)移開窗，然后鐳射的作業(yè)流程；薄基板在圖形轉(zhuǎn)移壓膜時(shí)會(huì)造成卷板，蝕刻時(shí)對(duì)機(jī)臺(tái)的生產(chǎn)薄板要求高且容易卡板。

（2）介厚薄，阻抗無(wú)法滿足客戶要求。

為了滿足電子產(chǎn)品輕、薄化發(fā)展的趨勢(shì)，對(duì)線路板厚度的要求也越來越高；為了達(dá)到成品板厚，通常會(huì)選用薄的PP。介層厚度的降低造成阻抗減小，當(dāng)線寬距設(shè)計(jì)為50 μm/50 μm時(shí)，通過減小線寬來增加阻抗的傳統(tǒng)方法已無(wú)法滿足客戶的要求。

（3）對(duì)準(zhǔn)度難控制。

ELIC采用逐層打孔方式進(jìn)行任意層互連，多次的圖形轉(zhuǎn)移有激光造成層間對(duì)準(zhǔn)度變差，加上生產(chǎn)過程中板料的漲縮，造成開、短路不良。

（4）壓合次數(shù)多，漲縮管控困難。

ELIC采用逐層壓合的方式增層，基板薄且壓合次數(shù)多，同料號(hào)漲縮R值大且成品尺寸難以管控。

4 如何生產(chǎn)ELIC

（1）采用水平棕化+DLD工藝生產(chǎn)基板層盲孔，減少基板變形及卡板，提升生產(chǎn)良率。

受垂直黑化掛架能力的限制，激光DLD生產(chǎn)前使用水平棕化線對(duì)基板進(jìn)行表面處理（因水平棕化線需對(duì)待壓合的板子表面進(jìn)行粗化處理，所以一般的生產(chǎn)線都具備生產(chǎn)0.05 mm薄板的能力）；然后同黑化DLD一樣進(jìn)行激光打孔及除膠作業(yè)。

（2）利用LOW Dk材料增加阻抗值。

隨著線路板介厚設(shè)計(jì)越來越薄、線寬的要求已接近制程能力極限（50 μm），用普通材料較難達(dá)到客戶特殊的阻抗要求；這時(shí)需要使用到Dk值較低的材料——LOW Dk材料，LOW Dk材料的Dk值約為3.3～3.6之間，各基材廠商都有生產(chǎn)（一般材料Dk值約為3.8～4.2之間）。在同樣線寬及銅厚條件下，LOW Dk材料可降低約4 μm單層介厚。

圖3 影響阻抗值的主要因素及關(guān)系圖

（3）在基板層制作全部層別的壓合內(nèi)靶，各層別以基板為標(biāo)準(zhǔn)來提升對(duì)準(zhǔn)度。

目前業(yè)內(nèi)通常將壓合內(nèi)靶設(shè)在前一層圖形上，壓合時(shí)使用X-R鉆靶機(jī)鉆出后制程的定位孔；此類型設(shè)計(jì)在壓合次數(shù)超過3次或漲縮較嚴(yán)重時(shí)，層間會(huì)出現(xiàn)累計(jì)偏移，造成對(duì)準(zhǔn)度不良；為了改善多次壓合后層間偏移，在基板層制作全部層別的壓合內(nèi)靶，各層別以基板為標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行對(duì)位，防止偏移不良。

圖4 層間偏移圖片與較好的盲孔疊孔圖片對(duì)比

（4）漲縮的管控。

隨著BGA尺寸從0.5 mm pitch減小到目前的0.4 mm pitch，漲縮已變成高階HDI最主要品質(zhì)指標(biāo)之一；SET成品光學(xué)點(diǎn)尺寸要求已從之前的±75 μm變?yōu)椤?0 μm，以SET尺寸200 mm為例，成品比例需在99.98%～100.02%之間，生產(chǎn)較困難；為了確保成品尺寸，建議管控方式如下：

①對(duì)來料的基板，使用前進(jìn)行烘烤。

基板具有吸水性，長(zhǎng)時(shí)間的放置后基板吸水，壓合后會(huì)造成漲縮不均現(xiàn)象；建議基板使用前進(jìn)行烘烤，減小壓合后產(chǎn)品漲縮的R值。

②裁板時(shí)方向一致。

基板是由玻布、樹脂及銅箔組成，壓合時(shí)玻布的經(jīng)、緯向漲縮不一致，造成產(chǎn)品尺寸不良；建議裁板時(shí)每片板的X、Y軸對(duì)應(yīng)基板的經(jīng)、緯向一致；

③在線對(duì)異常批比例進(jìn)行調(diào)整。

在生產(chǎn)過程中，對(duì)已知比例偏小的異常批適當(dāng)加大比例后生產(chǎn)；反之，對(duì)比例偏大的異常批適當(dāng)減小比例后生產(chǎn)。

5 總結(jié)

任意層互連是HDI高密度化發(fā)展的方向，在降低板厚、方便布線等方面有等極大的優(yōu)勢(shì)，目前在高端電子產(chǎn)品中已開始批量使用；此類產(chǎn)品單價(jià)高、毛利好，且生產(chǎn)時(shí)無(wú)需額外新增設(shè)備。通過對(duì)ELIC板的工藝難點(diǎn)制程做相關(guān)的改善及流程優(yōu)化，成功解決了薄板ELIC板的加工、對(duì)準(zhǔn)度、漲縮等難點(diǎn)。任意層互連板作為一種趨勢(shì)性的高端產(chǎn)品，任意層互連工藝將進(jìn)一步得到應(yīng)用。

[1]劉亞輝. 板材補(bǔ)償系數(shù)淺談,第四屆全國(guó)青年印制電路學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C]. 2010.11.