HDI微孔技术研究-程.ppt

HDI微孔技术研究 一、HDI微孔的主要钻孔工艺及相关概念 二、HDI板的介质材料 三、高密度基板孔的金属化技术 四、HDI的电子测试技术 五、HDI相关理论介绍 六、参考文件及专用名词 一、HDI微孔的主要钻孔工艺及相关概念 微孔定义 IPC-2315 Envision PDD-9015光致液态介质绝缘材料; MacDermid MACuVia C光致态介质材料; Shipley Multiposit 9500(液态介质材料);Morton DynaVia 2000TM光致干膜. 2 . 非光致成像非增强的介质材料 可用激光钻孔、等离子体蚀孔/机械Ajinonomoto ABF 干膜，Tamura TBR-25A-3热 固型油墨，Taiyo HBI-200BC热固 型油墨，MACuVia-L液态介质材料，Enthone方法等形成微孔。主要材料有：Osada - OMI Envision液态介质材料等。 导通孔堵塞材料（用于网印方法） 在选择堵塞材料时需考虑是否易于网印、是否易于研磨（决定平整度）、与孔壁及 在制板表面的粘结力。Noda Screen 平面堵孔（flat plug）工艺中用于永久性堵塞通孔 最常用材料包括双固化（UV固化+热固化）环氧树脂、光致介质材料、导电胶、单固 化（热固化）环氧树脂、阻焊印料及涂树脂铜箔（RCF）。 1、双固化（UV固化+热固化）环氧树脂 Noda Screen Co，Ltd（日本）使用SAN-EI Kagaku Corp.(日本)Epoxy Resin PHP-900 导通孔堵塞油墨实施平面堵孔工艺. 2、光致介质材料 MacDermid的MaCuViaTMFill使用针塞（bed-of-nails）或波纹板（dimple plate）采用 一次或两次涂覆树脂，可将孔堵满。 3、导电胶 产品有Dupont的BiooViaPlug；CB100（由银、铜及环氯树脂制成的网印胶）。 4、单固化（热固化）环氧树脂 试用产品有： SAN-EI Kagaku Corp.PHP-900（用于IR）；Taiyo等。 5、涂树脂铜箔（RCF） 仅用于孔径与芯板厚度为低厚径比的板上。 三、高密度基板孔的金属化技术 传统化学沉铜工艺中,Pd上催化剂,甲醛作还原剂,则在孔壁等处沉上一薄层铜,但 沉铜副产物-氢气气泡会导致空洞和沉铜层偏薄,微孔中更易产生. 常用替代化学铜的工艺有: 1.钯基工艺 钯基直接金属化工艺利用分散的钯颗粒来使非导电表导电.,以便可以直接镀铜. 流程: 清洁/调整微蚀预浸产生导电层加速后浸 2.碳基工艺 使用碳颗粒可铜电镀到非导体表面上,一种工艺是使用碳黑,一种直径为 1000X10-10的不定形物质,为各向同性导电;另一种是使用高度晶体结构的合成石墨直 径约为10000X10-10,为各向异性导电,其中石墨覆盖层比碳黑覆盖层的电阻更低. 石墨基工艺 利用石墨颗粒稳定的分散来涂覆到PWB基材表面上. 流程: 清洁/调整石墨固定剂空气刀/干燥微蚀 调整溶液在树脂和玻璃表面上产生正电荷,吸附带负电荷的石墨颗粒从而覆于 PWB的表面上,石墨颗粒与调整剂的反应的结果引起粘结剂分子与调整剂表面上的活 性氢基的耦合.,从而在树脂与玻璃上提供了一个稳定的石墨膜.未与调整剂反应的多 余石墨必须在干燥前除去.此时采用安装空气刀，再用酸性固定剂中和粘结剂表面的 活性基团来去除多余的石墨，并沉淀下来，再通过喷淋冲洗将沉淀清洗掉。 干燥去除残留于涂覆层上的水，并使耦合充分。微蚀是去除铜表面、有效焊盘及互 连面多余的石墨，在非金属面上留下导电且连续的石墨涂层。 碳黑基工艺 流程: 清洁剂碳黑空气刀/干燥清洁剂碳黑空气刀/干燥微蚀 通常用两次经过碳黑溶液以获得充分的导电性能。 3.导电聚合物 流程: 溶剂调整高锰酸盐清洗催化剂固定干燥 高锰酸盐与树脂反应的二氧化锰残留于树脂与玻璃布表面，是氧化剂。催化剂为 吡咯、噻吩衍生物的单体。在催化反应中，板被含单体的溶液润湿。溶液中的酸迅 速发生氧化聚合反应，在有酸存在时，二氧化锰作为单体氧化剂，形成了一层导聚 合物膜。要求贴膜前擦板。 4.电镀铜 当厚径比达到1:1时,必须将电镀工艺由传统的DC电镀改为周期脉冲反向电镀(PPR). 5.直接金属化 6.去沾(钻)污工艺(改进的溶剂溶胀系统的高锰酸盐去钻污) 注解：成功的孔金属化需要的三个互相关联的条件：优化的去钻污、能够使铜沉积 高导电性涂层和用于电镀的革新技术。 四、HDI的电子测试技术 HDI测试设备的ET设备基本要求： 1、24mil（50-100m）精细节距的能力（线或阵列）； 2、盘没有损伤（非接触或柔软接触）； 3、适用欧姆定律测试（100%电测试）或类似测试； 4、10欧姆的连通性测试，10兆欧绝缘性测试（250V）； 5、无夹具（低的NRE成本）； 6、批量生产能力：每小时大于2平方米或每秒测试200到400个点。 7、高频测试能力：控制阻抗和串扰。 以上要求采用传统的针床测试设备及移动探针测试设备都不能满足要求，以下为 正在开发及新的电测试技术： 1、电子束（E-beam）测试设备，开发中，衍生的两种技术“电压比较（voltage contrast）法”和“开关网格电位”（switch grid potential）法较好。 2、电子束开关网格电位法 测试区域被划分成2“X2”的小片，电子束用来扫描整个表面并对准标靶。当不同电 子束在同一盘的电位转换速度与电容的关系来确定开路及短路。用于超精细节距（小 于25微米）测试，缺点是开路门槛值较低（将近10兆欧），要求高的真空系统。 3、等离子体放电测试设备（Plasma Discharge Tester） 采用在一个基板上的两个位置激发局部等离子体，使接触两个相应的测试点。无 夹具等离子体放电探头测试设备可以测试精细节距（250微料以下）。 4、控制电子迁移（Controlled Electron Migration） 控制电子迁移是利用光电效应激发被测试基板线条上网格上的电子，在高频激光 束的脉冲下电子被发射和测量。可进行超细节距（75微米）测试。控制电子迁移测试 开路的门槛值较低（1千欧）。 五、HDI相关理论介绍 线延 线延时间TD: ( ns : nanosecond 毫微米)说明信号的传递速度与互连长度相关 TD=L r (12in/ns)=82ns/in L r HDI基材的低介电常数有利于减少线延.在常规的FR4板中,玻璃纤维的介电常数 大约为6.2,环氧树脂介电常数大约为3.5,根据玻璃和环氧混合的原则,FR4的介电常数 在4.0和5.2之间变化. 附表:常用HDI介质的介电常数 材料介电常数材料介电常数 光致成像介质环氧树脂3.8环氧树脂RCC3.5 环氧丙烯酸酯3.8FR4(玻玻布)4.15.2 )环氧芳香族酰亚胺(Alivh)3.5Dupont聚酰亚胺薄膜3.4 膨胀性PTFE Gore-Tex Microlam(聚 四氟乙烯) 3.3Drclad (IBM)(玻璃布)4.1 双马来酰胺三嗪树脂(BT)(玻璃布)4.1氰酸酯(E-glass)3.8 六、参考文件及专用名词 参考书籍 1.高密度互连积层多层板杂志 20003 2.IPC-2315 & IPC-4104 3.HDI:high density interconnection,高密度互联 专用名词 1.ITRI : Interconnection Technology Research Institute 2.盘嵌盘: :pad-within-pad 3.微导通孔:microvia 4.连接盘:target pad 5.BGA : Ball-Grid Array 6.CSP : Chip Scale Packaging 7.SLC : Surface Laminar Circuit 8.自动布线程序列 : Auto-routers 9.环氧树脂微导通孔工艺品 : Plasma Etched Redistribution Layers 10.铜蒸汽激光 :Copper Vapor Laser 11.Nd:YAG(Neodymium doped yttrium-aluminum-garnet)钕:钇铝石榴石.YAG激光受激 光介质晶体。 12.Nd:YLF(Neodymium doped yttrium-lithium-fluoride)钕:钇锂氟化物.YLF激光受激光 介质晶体。 13.DFM:Design for Manufacturability 可制造性设计 14.光化学烧蚀(photo-chemical ablation)有机物被除去,其中分子内的键被高能量的光 子击断. 15.热烧蚀切除(photo-thermal ablation)由于受热或气化造成有机材料被除去的过程. 16.远心透镜(Telecentric lens):一种特别设计的透镜,其输出光束永远与工件表面垂直. 17.准分了激光(Excimer laser):由氟化氩,氯化氙等二聚物气体产生等离子体