跟著電子機(jī)器的高速高機(jī)能超小型化，封裝技術(shù)獲得長足發(fā)展。芯片尺寸封裝CSP和BGA封裝向多引線端和窄引線間距方向發(fā)展，并且裸芯片(Bare Chip)封裝也已實(shí)用化。因?yàn)檫@些封裝技術(shù)的提高，對于印刷電路板PWB(Printed Wiring Board)也提出新要求(適應(yīng)高密度封裝和高速化需求)。
　　本文列舉NEC公司的“DV Multi”PWB新產(chǎn)品實(shí)例，先容超高密度組裝(Buld-up)印刷線路板的出產(chǎn)工藝技術(shù)，僅供參考。技術(shù)特點(diǎn) 在以往的組裝PWB(DV Multi)基礎(chǔ)上，NEC以用于窄焊盤的全添加工藝(Full-additive process)開發(fā)出超高密度組裝PWB新產(chǎn)品。它具備以下獨(dú)到的特點(diǎn)：(1)高密度布線 因?yàn)榫?xì)打孔加工和配準(zhǔn)(Registration)工藝技術(shù)的提高導(dǎo)致凸緣(Rand)朗可以縮小，從而確保足夠多的布線通道。在此基礎(chǔ)上，利用全添加工藝可使布線精細(xì)化大幅度改善布線密度。(2)高機(jī)能絕緣樹脂 對應(yīng)高密度組裝的絕緣樹脂材料具有高Tg化和高彈性模數(shù)的寶貴特性，因而抗斷裂能力大為加強(qiáng)。(3)電機(jī)能有所改善 因?yàn)槿砑庸に嚰夹g(shù)實(shí)用化，即使是微細(xì)的線間距也可形成矩形斷面的布線線條。由于線的寬度對布線疏密不產(chǎn)生影響，即使是微細(xì)的布線也能確保線路所要求的低直流電阻使抗阻控制變得很輕易。
　　制造工藝 超高密度組裝基板(Substrate)的制造工藝流程如圖1所示，它是以4層結(jié)構(gòu)的基板為基礎(chǔ)，在其上和下兩面各可以再組裝(Build-up)上一層，形成1-4-1結(jié)構(gòu)的斷面。這種4層結(jié)構(gòu)基板，以下簡稱4層板芯。不丟臉出，利用4層板芯組裝成6層PWB是很輕易的（在4層板芯的上、下兩面上各組裝一層即可），組裝多層化PWB也是可實(shí)現(xiàn)的。 4層扳芯，顧名思義，它是4層銅布通過層疊熱壓而形成的結(jié)構(gòu)。通過鉆孔加工和電鍍工藝，形成隱埋通孔(Buried Via Hole)，用于4層板芯內(nèi)部電氣連接。
　　在隱埋通孔BVH內(nèi)部充填樹脂，然后對板芯外層的兩面斷布線，請參照圖1①所示結(jié)構(gòu)。對于已形成的4層板芯進(jìn)行組裝層(Build-up)加工：在4層板芯的兩個(gè)外側(cè)面上，重疊帶銅箔樹脂片進(jìn)行熱壓結(jié)合，隨后將多余的銅箔蝕刻掉，呈現(xiàn)出如圖l②所示外形。在4層板芯的組裝樹脂層上，利用激光打孔，詳見圖1③所示。然后，在樹脂表面和激光打出的孔里注入催化劑，通過旋轉(zhuǎn)使之平均分布，呈現(xiàn)圖1⑦所示的樣子容貌。在此基礎(chǔ)上，涂上電鍍光致抗蝕樹脂，通過掩膜曝形成永久性保護(hù)層(Per-manet Risits）圖形，詳見圖1⑤所示。最后，在其表面長進(jìn)行非電解式鍍銅工藝加工，形成所求的布線圖形，參閱圖1⑥所示。以上所述的工藝流程是實(shí)現(xiàn)一次組裝層的全部過程，若在此基礎(chǔ)上通過重復(fù)實(shí)現(xiàn)圖l的工藝過程，即可實(shí)現(xiàn)第2次組裝層。經(jīng)由多次重復(fù)上述工藝過程，可在4層板芯基礎(chǔ)上制造出多層化PWB。
　　以上僅是簡樸地先容出超高密度組裝基板的制造工藝過程，其中最樞紐技術(shù)是微細(xì)打孔和布線將在下面具體先容。樞紐技術(shù) (1)設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 有關(guān)超高密度組裝基板的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，如表1所示。其中，DV Multi-HY型PWB主要用于移動(dòng)電話、手機(jī)、數(shù)字化攝像機(jī)和數(shù)碼相機(jī)等領(lǐng)域；DV Multi-Mo型PWB主要用于裝配BGA和CSP封裝的LSI電路，因此多為8層PWB，需要兩次組裝工藝才能制成所需要的PWS；關(guān)于超高密度BU型PWB，主要用于裝配那些多引線BGA和CSP封裝的LSI電路，它代表PWB的發(fā)展方向。 (2)微細(xì)打孔加工以往的組合(Build-up)基板，當(dāng)進(jìn)行打孔加工時(shí)都是使用二氧化碳激光器。但是，利用這種激光器打孔時(shí)，最重要的研究課題是打孔的質(zhì)量不不亂。NEC公司在二氧化碳激光器方面曾作過很多改進(jìn)工作，諸如像優(yōu)化激光脈沖或峰值輸出，結(jié)合激光的基本波長(10．6μm)配合各種有機(jī)材料的吸收波長等改進(jìn)措施，可實(shí)現(xiàn)高效率且保障打孔質(zhì)量不亂的打孔工藝。但是，也應(yīng)該看到二氧化碳激光器的局限性：固然它能實(shí)現(xiàn)高速加工，但在考慮打孔外形的前提下，它所能加工的打孔直徑限于Φ70μm。
　　因?yàn)榻窈蟮某呙芏冉M裝基板打孔加工直徑微細(xì)化，必將啟用波長更短的YAG激光器。由于，使用YAG激光器可對直徑為，50μm以下的細(xì)小孔進(jìn)行加工。此外，YAG激光用具備銅墻鐵壁和樹脂所吸收的光譜，它能進(jìn)行一般打孔和打穿通孔。充分施展YAG激光器這一獨(dú)到特性的應(yīng)用早已很普遍，日本NEC公司把它用于對樹脂材料進(jìn)行微細(xì)打孔，試圖克服其加工速度低的缺點(diǎn)。
　　有關(guān)兩種激光器機(jī)能的比較，請參閱表2。另外，二氧化碳激光器用于對樹脂打孔時(shí)，存在比較嚴(yán)峻的缺點(diǎn)是在打孔的底部輕易泛起殘留樹脂(被激光器照射后的熔融狀態(tài)樹脂又重新凝固而殘留在孔底)，它是造成布線連接可靠性下降的原因。然而，利用YAG激光器對樹脂進(jìn)行打孔時(shí)，在孔底不輕易泛起樹脂殘留，可保證布線間連接的可靠住。例如，利用YAG激光器對樹脂進(jìn)行打孔(孔徑僅為50μm，加工后形成布線連接的斷面結(jié)構(gòu)圖如照片1所示，金屬連接面平滑，無殘留樹脂，確保接十分可靠。 (3)微細(xì)布線 在微細(xì)布線領(lǐng)域里，作為樞紐性的技術(shù)是新開發(fā)的全添加(Full-additive)工藝技術(shù)。然而，以往的PWB出產(chǎn)工藝都是采用工藝常簡便的削減法(Subtractive)形成布線圖形，即對布線圖形以外的多余銅箔部門一律蝕刻掉而留存所要的布線圖形部門。在全添加法里，首先對包括打孔區(qū)域所在的基板材料全面進(jìn)行催化劑處理，隨后形成電鍍光致抗蝕層。在此基礎(chǔ)上，僅對裸露催化劑部門斷非電解式鍍銅，于是形成所要求的布線圖形。因?yàn)椴捎萌砑臃üに嚕瑢@得如下特點(diǎn)(結(jié)合參閱圖2所示的斷面圖像)。
　　▲矩形斷面 利用削減法蝕刻布線的線條時(shí)，因?yàn)樵诰€條導(dǎo)體則壁形成下坡，給布線導(dǎo)體設(shè)計(jì)帶來限制。例如，當(dāng)要求布線導(dǎo)體條寬與布線導(dǎo)體間距分別是L／S=25／25(μm)而且導(dǎo)體厚也為20μm(即布線導(dǎo)體斷面為矩形)時(shí)，用削減法幾乎是不可能的。由于蝕刻寬25μm且間距也是25μm的布線導(dǎo)體時(shí)，除非布線導(dǎo)厚度控制在10μm以下，否則是蝕刻不出來的。然而，用全添加法工藝時(shí)，制造出上述要求的布線導(dǎo)體是游刃有余的。能制造出矩形布線導(dǎo)體斷面結(jié)構(gòu)是全添加法工藝的獨(dú)到特點(diǎn)之一（滲閱圖2所示的布線導(dǎo)體斷面）。
　　▲布線導(dǎo)體寬度不影響布局 利用削減工藝時(shí)，因?yàn)椴季€疏密程度不同而直接影響蝕刻機(jī)能，結(jié)果導(dǎo)致布線導(dǎo)體斷面外形千奇百怪。但是，若利用全添加法工藝，無論布線緊密或松散都能獲得所要求的布線導(dǎo)體斷面積。特別是，對于布線里的電流密度有嚴(yán)格的平均一致性要求時(shí)，利用全添加法長短常有利的。
　　▲優(yōu)良電機(jī)能 全添加法工藝同以往的削減法比擬，最大的長處是便于電機(jī)能改善。例如，在微細(xì)化加工過程中，布線導(dǎo)體寬L和布線導(dǎo)體間距S分別都是25μm的情況下，用削減工藝根本無法增加布線導(dǎo)體的橫斷面積，然而用全添加法卻非常輕易。這就意味著全添加法工藝可以想法降低布線導(dǎo)體的電阻，阻抗控制是很輕易實(shí)現(xiàn)的。 ①關(guān)于電鍍光致抗蝕層 電鍍光抗蝕材料對于微細(xì)布線是不可缺少的重要材料，世界各個(gè)半導(dǎo)體廠家都給予高度正視。NEC也不例外，它所開發(fā)的電鍍光致抗蝕材料具備如下特點(diǎn)：●對于L／S＝20／20μm的布線有分辨能力；●布線導(dǎo)體高度答應(yīng)在10μm以上；●作為非電解式鍍銅光致抗蝕材料，具備耐藥液浸蝕性；●曝光后成為永久性材料，適適用作基體材料；●可平均地涂敷，具備良好的涂敷機(jī)能。 作為電鍍光致抗蝕劑材料，應(yīng)當(dāng)具有高分辨能力的感光性而且需有耐電鍍液的腐蝕性。在全添加法工藝中，由光致抗蝕材料厚度決定出布線導(dǎo)體的厚度。例如，NEC開發(fā)的電鍍光致抗蝕樹脂，采用旋轉(zhuǎn)涂敷(Spin-Coat)法，旨在實(shí)現(xiàn)最大涂敷厚度高達(dá)20μm。為適應(yīng)旋轉(zhuǎn)涂敷工藝要求，對電鍍光致抗蝕樹脂的粘度、表面張力和延展性進(jìn)行改進(jìn)，使旋轉(zhuǎn)涂敷精度達(dá)到3μm。 ②曝光系統(tǒng) 與電鍍抗蝕樹脂配套使用的曝光系統(tǒng)，也是NEC自行開發(fā)的。通過采用的玻璃掩膜進(jìn)行曝光，具備很好的掩蔽能力；●利用分步重復(fù)式投影曝光設(shè)――主要為進(jìn)步精度而采用分步重復(fù)式投影曝光設(shè)備，可達(dá)到6μm對準(zhǔn)精度。利用以對那種總括曝光法，只能達(dá)到20μm的對準(zhǔn)精度。恰是因?yàn)槭褂眠@套曝光系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高精度配準(zhǔn)，對于通孔凸緣小直徑化作出貢獻(xiàn)。 ③非電解鍍銅 對以往的非電解式鍍銅工藝，進(jìn)行一系列改進(jìn)：在使非電解式鍍銅晶界進(jìn)一步微細(xì)化的同時(shí)，對電鍍設(shè)備的各部門如像輪回系統(tǒng)等進(jìn)行全面改進(jìn)。此外，通常在進(jìn)行非電解式鍍銅工藝之前需要用高錳酸進(jìn)行預(yù)處理，以便令鍍銅表面粗拙化；NEC對這一預(yù)處理前提進(jìn)行化，使鍍銅層的粘附性大增，實(shí)測結(jié)果可達(dá)到 0．8Kg/cm。NEC通過利用 造的布線結(jié)構(gòu)斷面如照片2所示。 （4）微細(xì)焊料凸點(diǎn) 超高密度組裝PWB的應(yīng)用，如前所述，是專門為裝配多引線BGA和CSP封裝LSI電路而開發(fā)的，因此，它表面上設(shè)置的焊盤必需相應(yīng)的微型化。利用以往的金屬掩膜成如斯微細(xì)的焊盤，相稱難題。為此，NEC專門開發(fā)出一種形成微細(xì)焊料凸點(diǎn)(Solder Bump)的MAS-A(Micro-Attachment Solution-A)，可使料供給量不亂而且便于功課(請參閱以MAS-A方法形成的焊料Sn-Pb凸點(diǎn)照片3)。
　　所謂MAS-A法是在PWB表面上形成平均厚度的T-掩膜(Temporary-Mask)，對該掩膜的焊料凸點(diǎn)形成部門開出窗口。開窗口的方法可用激光打孔或用光刻法開孔，定位精度很高，實(shí)際證明完全適應(yīng)200μm以下封裝引線間距的需求。這種新型T-Mask與PWB、表面緊密接觸，確保T-Mask同PWB接壤面不會(huì)受到焊料膏的污染而且充分為窄間距焊盤供給焊料膏。因?yàn)榭蛇M(jìn)步T-Mask厚度的精確度，為焊盤供給的焊膏量也獲得嚴(yán)格控制。更重要的是利用T-Mask形成Sn-Ag之類的無鉛焊料凸點(diǎn)，獲得令人滿足的結(jié)果。
　　小結(jié) 超高密度組裝PWB技術(shù)是最新的實(shí)用技術(shù)，完全適合裝配CSP封裝結(jié)構(gòu)的LSI電路，應(yīng)該給予高度正視。

 

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