HDI高銅厚精細(xì)線路制作關(guān)鍵技術(shù)研究

杜芬

摘 要：印制電路板（Printed Circuit Board）簡稱PCB是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體，是電子元器件電器連接的提供者，并大范圍應(yīng)用于各種各樣的電子產(chǎn)品中。隨著電子設(shè)備越來越復(fù)雜，需要的零配件自然越來越密集了，高密度互連（High Density Interconnect， HDI）印制電路板（簡稱為HDI板）自然產(chǎn)生，并得到迅速發(fā)展。目前，如何讓銅厚度高、線路密度大、形狀又有規(guī)則的HDI高銅厚精細(xì)線路在生產(chǎn)中制作出來，已經(jīng)成為PCB行業(yè)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難題。為此，文章以HDI高銅厚精細(xì)線路制作關(guān)鍵技術(shù)改良全加成工藝為主要研究目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：印制電路板；高銅厚精細(xì)線路；改良

中圖分類號(hào)：TN41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）26-0021-03

Abstract： The printed circuit board （PCB） is an important electronic component， the support of electronic components， and the provider of electronic components and electrical connections， widely used in a variety of electronic products. With the increasing complexity of electronic devices， the number of components needed is becoming more and more intensive. High Density Interconnect printed circuit boards （HDI boards） are naturally produced and developed rapidly. At present， how to make HDI high copper thick fine circuit with high copper thickness， high line density and regular shape has become a key technical problem in PCB industry. Therefore， the main research object of this paper is to improve the full addition technology of HDI high copper thick fine circuit.

Keywords： printed circuit board （PCB）； high copper thickness fine circuit； improvement

1 概述

電子設(shè)計(jì)在不斷提高整機(jī)性能的同時(shí)，也在努力縮小其尺寸。從手機(jī)到智能武器的小型便攜式產(chǎn)品中，小是永遠(yuǎn)不變的追求。高密度集成（HDI）技術(shù)可以使終端產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加小型化，同時(shí)滿足電子性能和效率的更高標(biāo)準(zhǔn)。其中，導(dǎo)電線路高銅厚和高精密技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備微型化、大功率化的核心內(nèi)容[1-4]，而怎樣減小線路寬度、增加線路厚度又是PCB領(lǐng)域研究的一個(gè)難點(diǎn)。另外，線路形狀的規(guī)則度對(duì)電信號(hào)傳輸效果有著顯著的影響，因此，制作出形狀規(guī)則度較高的精細(xì)線路，有利于提高電信號(hào)的傳輸效果；對(duì)于高功率、高可靠、高品質(zhì)的電子產(chǎn)品發(fā)展也具有重要的意義[5-7]。為此，本文在現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備和條件下，研究了改良全加成工藝制作比半加成法和減成法更適合制作線寬較小、銅厚較大、線路規(guī)則度要求高的線路。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)主要儀器和材料

（1）減銅機(jī)器；（2）銅厚測試儀；（3）貼膜機(jī)；（4）LDI曝光機(jī)；（5）顯影機(jī)器；（6）電鍍機(jī)器；（7）退膜機(jī)器；（8）蝕刻機(jī)器；（9）金相顯微鏡；（10）玻璃纖維布為FR4基體的增強(qiáng)材料。

2.2 實(shí)驗(yàn)過程

此次實(shí)驗(yàn)，使用半加成法、減成法、改良全加成法；制作線寬/距為55μm/55μm、銅厚為35μm的精細(xì)線路，來分析改良全加成工藝在制作精細(xì)線路的優(yōu)點(diǎn)。

2.2.1 工藝制作流程

半加成法：覆銅基板→貼干膜→曝光→顯影→圖電→退干膜→蝕刻

減成法：覆銅基板→貼干膜→曝光→顯影→蝕刻→退干膜

改良全加成法：導(dǎo)電基板→貼干膜→曝光→顯影→圖電→圖形轉(zhuǎn)移

2.2.2 工序與工藝參數(shù)

貼干膜：經(jīng)水洗、微蝕、烤板等一些前處理后再貼干膜，選用厚度為26μm的宏瑞抗蝕干膜，貼干膜條件為：溫度100℃，壓力6.1kg/cm2，傳輸速度1.2m/min；

曝光：在川寶曝光機(jī)上曝光處理，曝光的能量為13.8mj/cm2；

顯影：顯影處理過后，減去未曝光的區(qū)域，顯影速度是3.1m/min；

圖電：在1.6L電鍍槽中，采用不溶性陽極材料和空氣攪拌方式進(jìn)行電鍍，控制電流密度為1.55A/dm2，電鍍銅配方為：H2SO490～110mL/L，CuSO4·5H2O 75～85g/L，Cl- 55～65ppm，加速劑 0.75-0.85mL/L，抑制劑 15.5-21mL/L（半加成法、改良全加成法）；

蝕刻：利用CuCl2-HCl型蝕刻液將非線路區(qū)域蝕刻掉，剩下導(dǎo)電線路區(qū)域。蝕刻液組成為：Cu2+150～160g/L、HCl 1.9～2.3mol/L（半加成法、減成法）；

退干膜：將貼在銅層上經(jīng)過曝光機(jī)固化后的干膜用濃度為3.2～4.5%的NaOH溶液褪去（半加成法、減成法）；

圖形轉(zhuǎn)移：將鋁板（包含導(dǎo)電線路）和半固化片（PP）通過熱壓的方式進(jìn)行壓合，最終將線路圖形從鋁基板上轉(zhuǎn)移到覆銅絕緣基材上，完成整個(gè)全加成法線路的制作（改良全加成法）。

3 結(jié)果與討論

圖1是線寬/距為55μm/55μm、銅厚為35μm的精細(xì)線路切片，首先，圖1中白色部位為導(dǎo)電線路的橫截面，黑色為半固化片（PP）壓合后的絕緣材料；其中，圖1（a） 為半加成法制作產(chǎn)品；圖1（b）為減成法產(chǎn)品；圖1（c）為改良全加成工藝制作產(chǎn)品。從圖1便可以清楚地看出，導(dǎo)電線路規(guī)則度由低到高的順序?yàn)椋簻p成法產(chǎn)品<半加成法產(chǎn)品<改良全加成工藝產(chǎn)品。

最后，通過實(shí)驗(yàn)，表1是三種方式制作的精細(xì)線路數(shù)據(jù)和蝕刻因子的計(jì)算結(jié)果。

根據(jù)導(dǎo)電線路切片（圖1）及表1中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出結(jié)果如下：

半加成法制作精細(xì)線路：當(dāng)線路銅厚達(dá)到35μm左右時(shí)，線寬的下底、上底寬度相差比較小（平均3.3μm左右），說明了此方法在一定的程度上解決了側(cè)蝕現(xiàn)象（減小了下底、上底的寬度差），平均蝕刻因子達(dá)到25.1。但線寬的下底、上底寬度平均值均小于55μm，線路的橫截面積平均值為1237.7μm2，小于理論設(shè)計(jì)值（1510μm2）。以上結(jié)果表明：半加成法能夠制作出線寬為55μm、銅厚為35μm的精細(xì)線路，但線路的規(guī)則度和品質(zhì)大大低于改良全加成法制作的精細(xì)線路。

減成法制作精細(xì)線路：線寬的下底和上底寬度相差很大（平均相差30.2μm左右，最大相差36.8μm）、側(cè)蝕現(xiàn)象很嚴(yán)重，下底寬度（平均55.8μm）與設(shè)計(jì)值55μm相差很小，但是上底寬度（平均25.5μm）和設(shè)計(jì)值55μm相差很大；線路的橫截面積平均值為1291.9μm2，小于理論設(shè)計(jì)值（1510μm2）。另外，從表1中可以得出，通過減成法制作精細(xì)線路的平均蝕刻因子僅為2.1，PCB質(zhì)量規(guī)范條例（IPC-A-600H-2010）要求，蝕刻因子不低于2[8]。因此，利用減成法制作的線寬55μm、銅厚35μm的精細(xì)線路，其線路規(guī)則度和品質(zhì)很差，幾乎不能滿足PCB質(zhì)量規(guī)范條例（IPC-A-600H-2010）要求，即產(chǎn)品幾乎達(dá)不到要求。

改良全加成法制作精細(xì)線路，線寬的下底寬度和上底寬度相差很小（平均相差1.5μm左右，最大相差3.8μm），且下底寬度（平均49.6μm）和上底寬度（平均50.4μm）均非常接近設(shè)計(jì)值55μm；線路的橫截面積平均值為1515.5μm2，接近理論設(shè)計(jì)值（1510μm2）。從上述結(jié)果可以得出，利用改良全加成工藝制作的線寬55μm、銅厚35μm的精細(xì)線路，其線路規(guī)則度和品質(zhì)非常好。所以，改良全加成法更適合制作線寬較小、線路銅厚度較大、線路規(guī)則度要求較高的線路。

結(jié)合圖1和表1中的數(shù)據(jù)可以看出，改良全加成法制作的導(dǎo)電線路規(guī)則度，其線路的品質(zhì)（線寬、銅厚、面積與設(shè)計(jì)值的偏差）方面均遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于減成法和半加成法。所以，改良全加成法更適合制作線寬較小、線路銅厚度較大、線路規(guī)則度要求較高的線路。

4 結(jié)論

經(jīng)過線寬/線距為55μm/55μm， 銅厚為35μm的精細(xì)線路研究，結(jié)果表明：在相同的導(dǎo)電線路密度和厚度前提下，改良全加成工藝制備的精細(xì)線路，其導(dǎo)電線路規(guī)則度、線路品質(zhì)（線寬、銅厚、面積與設(shè)計(jì)值的偏差）遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于減成法和半加成法產(chǎn)品， 即改良全加成工藝更適合制作高品質(zhì)、高銅厚HDI板電子產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

[1]Zhou G， He W， Wang S， et al. A Novel Nitric Acid Etchant and Its Application in Manufacturing Fine Lines for PCBs[J]. Electronics Packaging Manufacturing IEEE Transactions on， 2010，33（1）：20-35.

[2]王俊峰.電子封裝與微組裝密封技術(shù)發(fā)展[J].電子工藝技術(shù)， 2011，32（4）：195-205.

[3]Zhang J， Ye Y， Xie Y， et al. High density print circuit board line width measurement algorithm ased on statistical process control theory [J]. Optik-International Journal for Light and Electron Optics， 2013，124（20）：4470-4478.

[4]Chang F Y， Jambek A B， Al-Hadi A A. Advantages and Challenges of 10-Gbps Transmission on High-Density Interconnect Boards[J]. Journal of Electronic Materials， 2016，45（8）： 3130-3145.

[5]周文木，徐杰棟，吳梅珠，等.IC封裝基板超高精細(xì)線路制造工藝進(jìn)展[J].電子元件與材料，2014，33（2）：4-10.

[6]Petter P M H， Veit H M， Bernardes A M. Evaluation of gold and silver leaching from printed circuit board of cellphones[J]. Waste Management， 2014，34（2）：470-483.

[7]王艷艷，何為，周國云，等.減成法制作雙面COF印制電路板工藝研究[J].印制電路信息，2011（5）：15-21.

[8]李曉蔚.HDI板制作的共性關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用[D].重慶大學(xué)，2014.