HDI板高厚徑比微盲孔跨層微導(dǎo)通孔技術(shù)開發(fā)

吳軍權(quán) 劉繼承 陳 春 黃建航（惠州市金百澤電路科技有限公司，廣東 惠州 516083）（深圳市金百澤電路科技股份有限公司，廣東 深圳 518000）

HDI板高厚徑比微盲孔跨層微導(dǎo)通孔技術(shù)開發(fā)

Paper Code: S-006

吳軍權(quán) 劉繼承 陳 春 黃建航
（惠州市金百澤電路科技有限公司，廣東 惠州 516083）（深圳市金百澤電路科技股份有限公司，廣東 深圳 518000）

高厚徑比微盲孔的HDI板制作通常需要很好的孔金屬化能力保障其導(dǎo)通可靠性，但所需生產(chǎn)設(shè)備及其配套成本讓不少廠商望而卻步。本文所述高厚徑比微盲孔跨層微導(dǎo)通孔（skip-μvia）技術(shù)，通過定位精度控制、激光鉆孔參數(shù)調(diào)整以及制板流程優(yōu)化等工藝的開發(fā)，能以更低的成本、更高的品質(zhì)、更短的加工流程以及常規(guī)孔金屬化設(shè)備實現(xiàn)高厚徑比的微盲孔制造，從而降低了高厚徑比微盲孔HDI板制造的難度。

高厚徑比；微盲孔；跨層微導(dǎo)通孔

1 前言

如今PCB市場對多階盲孔HDI板的需求量不斷增多，越來越多中小廠商意識到要開發(fā)此類產(chǎn)品。而多階盲孔HDI板的制造通常需要一定的設(shè)備，比如激光鉆機、填銅設(shè)備、真空樹脂塞孔機等都需要支付很大的費用，這使得不少廠商望而卻步。于是有人不禁發(fā)問，有沒一些工藝流程能夠避開這些昂貴設(shè)備的購置，使用傳統(tǒng)設(shè)備也能在一定程度上實現(xiàn)高階HDI板的制作？因此，我們開發(fā)了能用常規(guī)孔金屬化設(shè)備實現(xiàn)高厚徑比的微盲孔制造的跨層微導(dǎo)通孔（skip-μvia）技術(shù)，以降低高層多階盲孔HDI板的難度，減少對高昂設(shè)備的依賴。

2 多階盲孔HDI板與skip-μvia技術(shù)的關(guān)聯(lián)

多階盲孔HDI板的制造難點在于有多階疊孔的需求，多階疊孔意味著更高的中心對準(zhǔn)度、更穩(wěn)定的孔金屬化導(dǎo)通效果，相鄰層間的盲孔連接實現(xiàn)方式[1]分別有樹脂塞孔法、電鍍?nèi)追?、越層孔（skipμvia），如圖1所示。

圖1 相鄰層間的盲孔連接方式

圖2 用于高厚徑比skip-μvia的高中心對準(zhǔn)度分段電鍍技術(shù)

實際上，經(jīng)過我們的開發(fā)，這種用于高厚徑比skip-μvia的高中心對準(zhǔn)度分段電鍍技術(shù)是可以實現(xiàn)的。skip-μvia盲孔的最終效果是一體的高厚徑比盲孔，只有當(dāng)中心偏移量足夠小時，skip-μvia盲孔的孔形才能滿足盲孔孔形的要求，因此在制作過程中需重點控制疊孔的中心偏移量，整體的技術(shù)開發(fā)思路如圖3所示。

表1 相鄰層間的盲孔連接方式的優(yōu)缺點對比

圖3 高厚徑比skip-μvia盲孔技術(shù)開發(fā)思路

3 skip-μvia盲孔的激光加工參數(shù)調(diào)整

為了實現(xiàn)高厚徑比的skip-μvia盲孔制作，分次電鍍技術(shù)決定了激光鉆孔也需要分步進(jìn)行，我們在開發(fā)參數(shù)的過程中盡可能地以一體化的skip-μvia盲孔孔型為控制目標(biāo)。

本節(jié)所述加工方案使用的是二氧化碳激光，由于二氧化碳激光普遍不具備高收束性，通常參數(shù)的變化能直接引起孔形錐度的改變。通常用于盲孔加工的激光參數(shù)都能生產(chǎn)出非常穩(wěn)定的孔型，因此我們在調(diào)整時考慮通過保持初次加工的參數(shù)，并在第二次加工微調(diào)能量改變孔形錐度，使得分次加工的盲孔之間能恰當(dāng)?shù)劂暯?，孔型示意圖如圖4所示。經(jīng)過摸索，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)能量提升至10%即可得到效果，加工方式如表2所示。

圖4 分次加工孔形示意圖

表2 分次激光加工的參數(shù)調(diào)整

表1為三種盲孔層間連接方式的優(yōu)缺點對比，基于這些優(yōu)缺點的考慮，我們以越層孔的層間連接工藝為原型，通過分次鉆孔與電鍍的加工來開發(fā)高厚徑比skip-μvia盲孔，希望能以常規(guī)直流電鍍設(shè)備制作，制作出流程簡單，質(zhì)量可靠的的高厚徑比HDI板，其孔型示意圖如圖2所示。

4 加工對位精度控制優(yōu)化

4.1 對位精度的要求

IPC對微盲孔的孔銅厚度要求是最少滿足10 μm，平均銅厚為12 μm，實際生產(chǎn)中我們通常會制作到15 μm左右以進(jìn)一步保證導(dǎo)通穩(wěn)定性?？紤]到常規(guī)直流電鍍設(shè)備的微盲孔電鍍效果，同時也為了保證微盲孔壁粗糙度，中心偏移量若能控制在10 μm以內(nèi)會使得整體孔形非常美觀。

如此小的偏移量必然要求制板定位控制要盡可能減少偏差因素。

圖5 中心偏移量示意圖

圖6 用于X-Ray打靶的多套靶孔示意圖

4.2 對位精度優(yōu)化方案

4.2.1 靶孔設(shè)置

skip-μvia盲孔板制作涉及分次激光加工，且兩次加工前后都有一定的尺寸漲縮，為了實現(xiàn)最小中心偏移量的控制，激光抓靶的靶孔狀態(tài)顯得尤為需要關(guān)注。

skip-μvia盲孔制板為增層法層壓方式，因此定位孔的制作必然采用單一內(nèi)層定位。需要注意的是，壓合后的X-Ray鉆靶有其自身的鉆靶精度，若整板制作過程都采用同一套菲林孔進(jìn)行重復(fù)鉆靶加工，其靶孔效果存在雙倍偏移的可能，不利于高中心對準(zhǔn)度的分次加工。因此本板制作基于最內(nèi)層的定位孔至少有兩套，每層壓一次后用新的一套靶孔定位，如圖6所示。

4.2.2 圖形與鉆孔的漲縮控制

skip-μvia盲孔板的漲縮主要影響了鉆孔準(zhǔn)確度與圖形轉(zhuǎn)移準(zhǔn)確度。激光鉆機與LDI曝光機具備光學(xué)抓靶定位功能，且有著極高的定位精度，因此利用光學(xué)定位得出的建議漲縮比例值具有非常高的制板可行性，現(xiàn)對首板制作的漲縮控制流程建議如圖7所示。

圖7 skip-μvia盲孔首板制作的漲縮控制流程

4.3 制板尺寸加工能力

4.3.1 skip-μvia盲孔孔形與中心偏移量的關(guān)系

我們有意采用未進(jìn)行對位優(yōu)化的方式制作了實驗板，以得出各種中心偏移量的效果直觀地分析并驗證可行的中心偏移量，也是為了得到完美加工孔形的方案，取試驗板各部位切片分析，收集整體孔型數(shù)據(jù)（錐度、孔壁粗糙度）以及中心偏移量，數(shù)據(jù)如表3所示。

由表3數(shù)據(jù)可知，切片2、3的孔形良率為100%，并保持著較小的偏移量，反之切片1、4、5所展示的孔形良率隨著偏移量的增大而下降。這說明偏移量與skip-μvia盲孔的孔形良率有負(fù)相關(guān)性，若能得到較小的中心偏移量，孔形良率也必然提升。

仔細(xì)觀察表格數(shù)據(jù)可知，當(dāng)中心偏移量低于10 μm，所得的孔形是合格的。若能控制中心偏移量穩(wěn)定在10 μm以內(nèi)，則該部分孔形良率可滿足生產(chǎn)要求，中心偏移較小的skip-μvia盲孔孔型如下圖8所示。

4.3.2 skip-μvia盲孔板可加工尺寸的能力分析

根據(jù)已優(yōu)化的skip-μvia盲孔定位方案，此時再進(jìn)行新試板實驗，數(shù)據(jù)采樣方式為斜對角線均勻取5個區(qū)塊，相鄰區(qū)塊距離為7 cm，如圖9所示，偏移量數(shù)據(jù)如表4所示，區(qū)域1～4范圍內(nèi)，skip-μvia盲孔中心偏移量均值在10 μm以內(nèi)，這表明優(yōu)化過的方案在skipμvia盲孔板制作中至少能實現(xiàn)單元尺寸為210 mm× 210 mm的加工。

表3 skip-μvia盲孔孔形與中心偏移量的試板數(shù)據(jù)

圖8 中心偏移較小的skip-μvia盲孔孔型

圖9 尺寸加工能力分析實驗的取樣示意圖

表4 skip-μvia盲孔試板各區(qū)塊中心偏移量

5 制板流程優(yōu)化與樣板制作

5.1 樣板疊層設(shè)計

樣板的制作及選型采用帶有二階疊孔的6層HDI板設(shè)計，其中二階疊孔設(shè)計改為skip-μvia孔，制板有效尺寸為210 mm×210 mm，樣式如下圖10所示。

圖10 skip-μvia盲孔樣板疊層設(shè)計

5.2 樣板流程設(shè)計

本樣板流程制作與常規(guī)二階HDI制程相似，我們需要重點關(guān)注的是skip-μvia盲孔的電鍍狀況是否滿足電氣測試的導(dǎo)通要求。

高厚徑比的HDI板在制作過程中會遇到這樣的問題：（1）有高厚徑比微盲孔的表層不能采用常規(guī)的圖電堿蝕工藝，因為厚徑比太高的微盲孔無法完全上錫，影響蝕刻效果；（2）常規(guī)的表面處理、阻焊油墨塞孔工藝難以確保高厚徑比盲孔表面覆蓋均勻，影響后續(xù)的表面貼裝。

以上兩個問題表明高厚徑比微盲孔在制板過程作中不應(yīng)暴露在外層表銅上，再者疊孔部位通常為BGA焊盤，可見全部制成盤中孔是最好的解決方式，這樣也能確保制程中導(dǎo)通孔的可靠性，因此該樣板流程設(shè)計如圖11所示。

圖11 6層二階skip-μvia盲孔樣板制板流程設(shè)計

5.3 樣板制作效果

本次樣板制作結(jié)果如表5。

表5 skip-μvia盲孔樣板制作結(jié)果

5.4 小結(jié)

品質(zhì)上，skip-μvia盲孔樣板制作通過了切片分析、熱沖擊和電測的考驗，表明目前單元尺寸為210 mm×210 mm的二階skip-μvia盲孔板能實現(xiàn)較好的制作，且二階skip-μvia盲孔制作厚徑比可達(dá)1.6:1。

效率上，相比常規(guī)疊孔板的制作，能減少樹脂塞孔與沉銅板電的次數(shù)，其余流程基本與常規(guī)疊孔板制板流程一致，整板制作過程無難度增加。

成本上，由于制板流程與疊孔板相似，因此成本并無額外增加。最重要的是該技術(shù)實現(xiàn)是基于常規(guī)直流電鍍設(shè)備，完成整板生產(chǎn)無需添置新電鍍設(shè)備，為疊孔板的生產(chǎn)省下了一定的購置成本。

6 結(jié)論

高厚徑比skip-μvia盲孔技術(shù)源于降低成本的需求而開發(fā)，結(jié)合常規(guī)層間連接技術(shù)的優(yōu)點提出新的盲孔加工工藝，通過優(yōu)化激光加工參數(shù)、加工對位精度及制板流程，從而以高厚徑比skip-μvia盲孔的加工方式實現(xiàn)了疊孔HDI板制造的效果。

盡管現(xiàn)有的鍍銅技術(shù)已經(jīng)相對完善，但技術(shù)的研究與開發(fā)應(yīng)是無止境的，在產(chǎn)品開發(fā)的過程中，或許每個技術(shù)人員都將面臨設(shè)備能力不夠、制程能力不足以支撐產(chǎn)品的制作難題，本文借HDI板高厚徑比微盲孔skip-μvia技術(shù)開發(fā)的契機，從另外一個角度將設(shè)備制程能力不足的難題解決，并將此方法導(dǎo)入生產(chǎn)；不僅滿足了客戶對產(chǎn)品的多樣化需求，同時也提升了客戶對公司工藝能力的信心。謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給大家，以供參考。

[1] 楊宏強,王洪,駱玉祥,多階盲孔板制作中的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].印制電路資訊,2007,6.

吳軍權(quán)，廣東工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)，現(xiàn)任技術(shù)研發(fā)部工程師。

Research on the techniques of skip-μvia with high aspect ratio micro-blind hole on HDI board

WU Jun-quan LIU Ji-cheng CHEN Chun HUANG Jian-hang

The micro-blind hole production with high aspect ratio usually requires a strong capability of hole metallization to ensure its connected reliability, but the cost of the necessary equipment and supporting was very expensive for many manufacturers. Herein the techniques of skip-μvia with high aspect ratio micro-blind hold, we can achieve the manufacturing of high aspect ratio micro-blind hole with lower cost, higher quality, shorter machining processes and conventional hole metallization equipment ,through techniques research of positioning precision control,laser-drill parameter adjustment and manufacturing process optimization.Then the manufacturing difficulty of HDI board with high aspect ratio micro-blind hold can be reduced.

High Aspect Ratio; Micro Blind Hold; Skip-μvia

TN41

A

1009-0096（2014）04-0178-05