任意層高密度互連板對位系統(tǒng)優(yōu)化

吳會蘭 曾祥剛 黃 勇 金立奎

（珠海方正科技高密電子有限公司，廣東 珠海 519175）

1 前言

任意層互聯(lián)技術(shù)可以讓HDI（高密度互連）板空間較傳統(tǒng)HDI縮減約40%～50%[1]，隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，越來越多電子產(chǎn)品的印制電路板已朝著任意層互聯(lián)的方面發(fā)展，滿足電子產(chǎn)品的輕薄短小的發(fā)展。目前，業(yè)界大部份廠家均采用積層法制作任意層互聯(lián)板，以10層任意層互聯(lián)板為例，需經(jīng)過4次壓合、5次圖形、5次激光鉆孔，每個工序均有漲縮變化及對準度要求。故在任意層HDI板中，對準度是一項十分重要的控制要點，直接影響到任意層HDI板的良率。

建立一個好的對位系統(tǒng)，可以提高任意層HDI板的層別圖形、圖形與盲孔、圖形與通孔之間的對準度。現(xiàn)對任意層HDI板對位系統(tǒng)進行了優(yōu)化，使可操作性高的同時提高任意層HDI板的對準度。

2 任意層HDI板對位系統(tǒng)分析

2.1 影響對準度的流程

以10層任意層HDI為例，其流程為：下料→內(nèi)鉆→DLD1→電鍍1填→內(nèi)層1→內(nèi)層1AOI→壓合1→DLD2→電鍍2填→內(nèi)層2→內(nèi)層2AOI→壓合2→DLD3→電鍍3填→內(nèi)層3→內(nèi)層3AOI→壓合3→DLD4→電鍍4填→內(nèi)層4→內(nèi)層4AOI→壓合4→外層DLD→通孔鉆孔→外層電鍍填孔→外層→外層AOI→防焊→成型→電測→終檢→包裝。其整個流程中，影響層別圖形、圖形與盲孔、圖形與通孔之間的對準度的工序為激光鉆孔、圖形轉(zhuǎn)移、通孔鉆孔。

2.2 對位方式探討

壓合后X-ray鉆孔需要抓取內(nèi)層標靶定位，X-ray鉆孔本身的對位偏差有25.4 μm（1 mil）測誤差，若以X-ray靶孔作為后工序激光鉆孔、圖形轉(zhuǎn)移的對位孔，很難做出高對準度的任意層HDI板。另加上漲縮問題，對于0.55 mm以上的超薄板，由于每張板之間的漲縮差異大，易出現(xiàn)對準度＞50 μm甚至是盲孔孔破等不良產(chǎn)品。為了提高層別圖形、圖形與盲孔、圖形與通孔之間的對準度，最佳方案是在激光鉆孔。圖形轉(zhuǎn)移時均參考標靶對位，具體實施方式如下：

2.2.1 激光鉆孔

激光鉆孔常見的對位方式有X-ray孔對位和內(nèi)層標靶對位，由于X-ray孔本身有1mil的誤差，易導致盲孔與內(nèi)層圖形見的對位偏差。對于任意層HDI板，對準度要求高，均采用內(nèi)層標靶對位。目前激光鉆孔以內(nèi)層標靶定位有兩種實現(xiàn)方式：一種是把外層銅皮去掉，使用CCD捕捉內(nèi)層標靶；另一種是使用激光鉆機將外層銅箔和樹脂燒掉，露出內(nèi)層標靶，然后使用CCD捕捉加工盲孔[2]。我公司采用的第二種方式，壓合后的板黑化后，走DLD流程，先以X-ray孔對位燒蝕四個內(nèi)層標靶上的銅與樹脂，露出內(nèi)層標靶，然后以此四個內(nèi)層標靶作為定位標靶，采用自動比例進行激光鉆孔加工出盲孔。采用此加工方式的優(yōu)勢為采用內(nèi)層標靶定位，可最大限度地與內(nèi)層圖形匹配，達到內(nèi)層圖形與盲孔的高對位精度。

2.2.2 圖形轉(zhuǎn)移

普通曝光機需要使用照相底片，底片本身存在漲縮，加上曝光機的對位誤差，導致圖形對準度不高，經(jīng)過5次圖形后，其對準度容易超出管控范圍。為了保證良好的對位精度，任意層HDI板均采用LDI方式直接成像制作線路圖形。

圖形轉(zhuǎn)移時采用的對位系統(tǒng)也非常重要。之前制作HDI板，均選用X-ray孔或靶孔作為定位孔。但對于任意層HDI板，其對位精度要求比普通HDI板高，為了避免孔破或孔偏，我公司在圖形制作時采用復合靶標對位。復合靶標是X-ray孔及激光孔的組合，在X-ray孔的外圍設計盲孔對位靶點，圖形制作時同時抓X-ray孔和盲孔對位靶點的對位方式實現(xiàn)各層次的對位，具體如圖1所示。

圖1 復合對位靶標設計

X-ray孔抓取的是內(nèi)層標靶打靶，激光孔也是燒蝕出內(nèi)層標靶定位，圖形制作以此類復合靶標對位也是基于內(nèi)層的標靶對位，且是兩次內(nèi)層標靶的綜合，縮小機臺本身的誤差，其各層別圖形、圖形與盲孔之間的對位精度高。另外，通孔鉆孔也是以X-ray孔定位，故圖像與通孔之間的對位精度也很高。此對位方式可用圖2表示。

圖2 任意層HDI對位系統(tǒng)圖

2.3 復合靶標優(yōu)化

上述的復合靶標中激光孔環(huán)的直徑在0.2 mm ～0.3 mm之間，孔數(shù)一般是12～20個，我公司采用的是12個激光孔在X-ray孔外圍形成的激光孔環(huán)。此方式在工程制作及激光鉆加工時均容易操作，但在電鍍填孔時，由于填孔的不均勻和激光孔被填滿，在圖形制作時，有些激光孔不易識別和不能識別，影響圖像轉(zhuǎn)移的產(chǎn)量或復合靶標不被識別而失效。特別是對于薄板任意層HDI產(chǎn)品，10層板的成品板厚為0.55 mm，每層介質(zhì)層厚約30 μm，在電鍍填孔時極易被填滿，激光孔環(huán)不能被LDI曝光機識別。

針對上述缺點，將原來的激光孔環(huán)又一通二更改為一通三，具體方法及改善效果見表1所示。

從表1圖可見，將激光孔環(huán)更改為一通三后，孔外圍的激光孔環(huán)清晰可見，且切片圖顯示此激光孔未被填滿，在實際生產(chǎn)中，此類設計的激光孔環(huán)LDI曝光機可正常識別。

上訴的一通三激光孔環(huán)設計可滿足生產(chǎn)要求，但要求其激光孔的直徑大于200 μm，否則易出現(xiàn)電鍍填孔封口導致激光孔表面填平。大于200 μm的激光孔受激光鉆機的限制，之前老式的大族機及日立機不可加工，為了讓所有的機臺均可使用，還可將激光孔環(huán)改為激光環(huán)，此激光環(huán)均是由常見的100 μm激光孔組成，具體的設計及效果如表2所示。

表1 激光孔環(huán)設計變更及效果

表2 激光環(huán)設計及效果

從表2圖可見，孔外圍的激光環(huán)清晰可見，且切片圖顯示此激光孔未被填滿，在實際生產(chǎn)中，此類設計的激光孔環(huán)LDI曝光機可正常識別。并按此方式制作的激光環(huán)計X-ray組成的復合靶標對位，隨意抽取20Lot的任意層HDI板對其PE值與JE值進行分析，其PE值與JE值良好，滿足品質(zhì)要求，具體數(shù)值見表3所示。

表3 實測PE值與JE值

3 結(jié)論

對于任意層HDI產(chǎn)品，采用內(nèi)層圖形的靶標可以提高整體的對位精度，具體實施為X-ray孔抓取內(nèi)層靶標打孔，激光鉆孔燒蝕內(nèi)層靶標定位，圖形轉(zhuǎn)移采用X-ray孔與激光孔環(huán)組合的復合靶標定位的方式實現(xiàn)層別圖形、圖形與盲孔、圖形與通孔之間的高對準度。

將激光孔環(huán)改為一通三的設計后，可以有效地避免激光孔環(huán)在填孔時被填滿，圖形曝光時LDI曝光機能有效的識別激光孔環(huán)。

將激光孔環(huán)更改為100 μm的激光孔疊加的激光環(huán)，LDI曝光機可有效地識別，且PE值與JE值良好，滿足高精度的品質(zhì)要求。

[1]林旭榮,張學東. 任意層互連技術(shù)開發(fā)介紹[J]. 印制電路信息, 2012(4)： 157-160.

[2]李艷國,林燦榮,李志東. 任意層HDI對位精度研究[J]. 印制電路信息, 2012(4)： 161-163.