超薄芯板內(nèi)偏分析與改善

成立芳 張文晗（西安微電子技術(shù)研究所，西安 臨潼 710600）李雁華（中南電子化學(xué)材料所，湖北 武漢 430070）

超薄芯板內(nèi)偏分析與改善

成立芳 張文晗
（西安微電子技術(shù)研究所，西安 臨潼 710600）
李雁華
（中南電子化學(xué)材料所，湖北 武漢 430070）

隨著多層電路板向高精度化與高密度化的發(fā)展，厚度為0.1 mm的內(nèi)層芯板的需求不斷增加。然而由于芯板本身特性，在加工過(guò)程中，容易發(fā)生層間偏移而導(dǎo)致短路或斷路的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)0.1mm內(nèi)層芯板出現(xiàn)的內(nèi)層偏移模式進(jìn)行分析與改善，通過(guò)數(shù)據(jù)分析得出內(nèi)偏的主要原因?yàn)樾景逶趯訅哼^(guò)程中出現(xiàn)漲縮，并對(duì)加工過(guò)程制定底片補(bǔ)償、打孔補(bǔ)償?shù)纫幌盗写胧?，有效抑制了?nèi)偏問(wèn)題的發(fā)生，降低了內(nèi)層短路或斷路的風(fēng)險(xiǎn)。

0.1mm芯板；內(nèi)層偏移；漲縮

1 概述

隨著電子產(chǎn)品向輕、薄、小的方向進(jìn)一步發(fā)展，多層印制板也面臨著高精度化與高密度化發(fā)展的挑戰(zhàn)。隨著層數(shù)的增加厚度卻不能無(wú)限增加，因此厚度為0.1 mm的內(nèi)層芯板的需求不斷增加。然而由于芯板本身特性，在底片、圖形轉(zhuǎn)移、層壓的一系列加工過(guò)程中，穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生層間偏移而導(dǎo)致短路或斷路的風(fēng)險(xiǎn)。本文主要針對(duì)0.1 mm內(nèi)層芯板出現(xiàn)的內(nèi)層偏移模式進(jìn)行分析與改善。

2 內(nèi)層偏移模式分析

以下為幾種內(nèi)層偏移的模式描述及原因分析：

（1）芯板是由銅箔、環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃纖維構(gòu)成，三者的膨脹系數(shù)存在差異，而層壓時(shí)，經(jīng)過(guò)高溫壓合后因芯板上做出的圖形而出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)它們之間的平衡力被破壞時(shí)，基材將會(huì)出現(xiàn)變形導(dǎo)致層壓后尺寸收縮而發(fā)生變化。其中玻璃纖維作為樹(shù)脂的骨架，其玻璃絲直徑和捻線越細(xì)，扛樹(shù)脂伸縮變化越弱，因而在相同樹(shù)脂條件下其芯板尺寸穩(wěn)定性越低，如通常情況下芯板若采用1080會(huì)比用7628的尺寸穩(wěn)定性低。而對(duì)于厚度為0.1 mm的超薄芯板，由于介質(zhì)層薄，只由一張2313半固化片構(gòu)成，因此芯板的穩(wěn)定性較常規(guī)芯板穩(wěn)定性更差，層壓后漲縮變化尤為明顯，這是鉆孔時(shí)板子實(shí)際尺寸與理論值差異較大，導(dǎo)致孔與內(nèi)層圖形整體偏移（見(jiàn)圖1）。

（2）如圖2所示，內(nèi)層同一張芯板上層間重合度差，導(dǎo)致鉆孔后某一層環(huán)寬不夠。此種現(xiàn)象主要是由于兩張底片本身重合度差或圖形轉(zhuǎn)移曝光偏移。

（3）如圖3所示，內(nèi)層其中一張芯板與其它層重合度差，導(dǎo)致鉆孔后此張芯板的兩個(gè)層面環(huán)寬不夠。此種現(xiàn)象可能是層壓過(guò)程內(nèi)層芯板滑層或蝕刻過(guò)程導(dǎo)致芯板卷曲，以致重合度不良。

圖1 內(nèi)層圖形整體偏移

圖2 內(nèi)層圖形某一層偏移

圖3 內(nèi)層某一張芯板偏移

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及改善措施

芯板的漲縮是引起內(nèi)層偏移的主要原因，而濕度對(duì)芯板的漲縮量影響顯著，因此重點(diǎn)對(duì)濕度的因素研究分析。 通過(guò)對(duì)1～12月份測(cè)量的底片與層壓后尺寸跟蹤，并對(duì)數(shù)據(jù)分析總結(jié)，分別計(jì)算出0.1 mm芯板長(zhǎng)（經(jīng)向）、短邊（緯向）的漲縮量。

3.1 芯板漲縮量計(jì)算方法

以內(nèi)層芯板為0.1 mm，八層板的463.55 mm邊為例：

底片2～7層的尺寸分別為l2、l3、l4、l5、l6、l7，層壓后測(cè)得的鉆靶尺寸為d，則此0.1mm芯板的漲縮量為：

（為正值時(shí)說(shuō)明芯板收縮，為負(fù)值時(shí)說(shuō)明芯板漲大）

3.2 漲縮量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

在1～12月份，通過(guò)數(shù)據(jù)跟蹤，分別計(jì)算出經(jīng)緯向的漲縮量。

從圖4中可以看出，長(zhǎng)邊（徑向）漲縮量較大，在濕度較低時(shí)，長(zhǎng)邊漲縮量為0.05 mm ～ 0.13 mm，而濕度較高時(shí)漲縮量高達(dá)0.11 mm ～ 0.19 mm。

圖4 長(zhǎng)邊（經(jīng)向）漲縮量數(shù)據(jù)

從圖5可以看出，短邊（緯向）的漲縮量隨濕度變化也較明顯。在濕度較低時(shí)，漲縮量為-0.05 mm ～0.02 mm，而濕度較高時(shí)漲縮量達(dá) 0.02 mm ～ 0.09 mm。

圖5 短邊（緯向）漲縮量數(shù)據(jù)

經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)（經(jīng)向）、短邊（緯向）的漲縮差異明顯。造成此種現(xiàn)象的原因是由于玻璃纖維布在布的生產(chǎn)過(guò)程和制成粘結(jié)片的過(guò)程中，經(jīng)線方向均受強(qiáng)力的拉伸，而緯線方向則要小的多，因而用粘結(jié)片壓合而成的層壓基板在受熱壓下，經(jīng)緯方向的收縮程度不一致，經(jīng)向收縮程度大于緯向。

針對(duì)三種內(nèi)偏模式，通過(guò)上述的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，分別對(duì)應(yīng)制定的改善措施如下：

表1

4 改善措施

4.1 內(nèi)偏模式1

（1）補(bǔ)償?shù)灼叽纭?/p>

在不同溫濕度環(huán)境，針對(duì)0.1 mm的內(nèi)層芯板，對(duì)底片的長(zhǎng)、短邊具體補(bǔ)償量參照表1。

（2）對(duì)鉆孔文件進(jìn)行補(bǔ)償，以確保鉆靶尺寸與鉆孔文件尺寸一致。

由于車間環(huán)境溫濕度不恒定，底片、芯板經(jīng)過(guò)多個(gè)過(guò)程轉(zhuǎn)移，盡管對(duì)底片尺寸已經(jīng)補(bǔ)償，亦不能確保芯板層壓后尺寸能達(dá)到文件值，建議對(duì)內(nèi)層環(huán)寬＜0.2 mm的印制板，用X射線鉆靶機(jī)沖制定位孔后，需對(duì)四個(gè)鉆靶尺寸進(jìn)行測(cè)量：

若與標(biāo)準(zhǔn)值相差0.05 mm以內(nèi)，不用補(bǔ)償鉆孔文件，直接鉆孔；

若與標(biāo)準(zhǔn)相差大于0.05 mm，對(duì)鉆孔文件相應(yīng)補(bǔ)償至鉆靶值，再鉆孔。

（3）芯板使用前烘板，由專人用專用烘箱，在不同的格子（層次）中放置一定數(shù)量的不同厚度，并做好烘板記錄；條件為：140 ℃ ～ 150 ℃條件下，烘板4 h，以消除殘余應(yīng)力，確保收縮量穩(wěn)定。

4.2 內(nèi)偏模式2

（1）內(nèi)層底片要求最大不重合度≤0.05 mm，且補(bǔ)做芯板時(shí)要求底片尺寸與第一次底片尺寸差值不超過(guò)0.05 mm。

（2）作圖曝光前目視檢查底片重合度；且每曝光20片檢查。

（3）AOI檢測(cè)檢查芯板的重合度，要求最大不重合度≤0.05 mm。

4.3 內(nèi)偏模式3

（1）芯板殘銅率的不同對(duì)圖形精度的影響，高溫?zé)釅簳r(shí)，芯板因銅箔、玻璃布和環(huán)氧膠的熱膨脹性能的差異，會(huì)產(chǎn)生不同程度的收縮，一般情況下，殘銅率越高，收縮量越小；各層殘銅率差異越小，內(nèi)偏的可能性越低；因此對(duì)內(nèi)層非有效圖形區(qū)域加殘銅點(diǎn)，抑制芯板局部變形，同時(shí)保證了芯板漲縮穩(wěn)定性。

（2）蝕刻控制：去膜時(shí)，針對(duì)每張0.1 mm芯板的水平線加工，使用厚度≥0.6 mm的芯板做牽引，防止芯板卷曲。

（3）制作層壓疊層配料表時(shí)，層與層間控制半固化片張數(shù)≤3張，防止壓合過(guò)程出現(xiàn)滑層。且疊板時(shí)，要求上下疊四層板或隔板，將0.1 mm芯板的多層板疊在中間，且每塊0.1 mm內(nèi)層板子分別放在不同的模具中壓合，每個(gè)模具最多層壓2塊0.1 mm芯板的多層板。

（4）文件準(zhǔn)備時(shí)，優(yōu)選內(nèi)層環(huán)寬≥0.2 mm。

（5）前期工藝策劃時(shí)，盡可能使用0.2 mm芯板，代替0.1 mm芯板。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)內(nèi)偏分析總結(jié)，對(duì)內(nèi)偏失效模式進(jìn)行分類，并分別針對(duì)不同模式，采取底片尺寸及鉆孔文件補(bǔ)償?shù)姆绞?，?duì)圖形轉(zhuǎn)移、蝕刻、層壓等過(guò)程提出控制措施，提高了內(nèi)層芯板為0.1 mm的多層板的加工能力，進(jìn)一步降低了產(chǎn)品內(nèi)層短路或斷路的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

成立芳，西安微電子技術(shù)研究所，工程技術(shù)中心工程師。

Analysis and improvement on internal offset of ultrathin core plate

CHENG Li-fang ZHANG Wen-han LI Yan-hua

With the multi-layer circuit board to high precision and high density, the demand for inner core plate of 0.1mm thickness increasing. However, because the core plate itself characteristic, in the process, it is prone to inter story drift and easy to cause the risk of short circuit or open circuit. Therefore, this paper made the inner offset mode in the 0.1mm core board analysis and improvement, through the analysis of the data obtained in the main reason of core board appears expansion during lamination, and formulated a series of measures of negative compensation, compensation of punching process, effectively inhibit the partial problem, reduce the quality risk product inner short circuit or short circuit.

0.1mm Core Board; Inner Offset; Expansion and Contraction

TN41

A

1009-0096（2014）09-0044-03