孟應(yīng)許 周尚松 吳六雄 李 再（深南電路有限公司，廣東 深圳 518117）

任意層HDI對位系統(tǒng)研究

Paper Code: S-078

孟應(yīng)許 周尚松 吳六雄 李 再
（深南電路有限公司，廣東 深圳 518117）

隨著電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，任意層互聯(lián)HDI板在高端消費品領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用，其盲孔階數(shù)已經(jīng)從最初的3階發(fā)展到現(xiàn)在的5階以上，最高甚至出現(xiàn)了7階的HDI板。文章通過對不同的對位系統(tǒng)進行研究，分析不同對位系統(tǒng)的關(guān)鍵點及差異，為業(yè)界加工同類型產(chǎn)品提供必要的參考。

HDI；多階；對位系統(tǒng)；對位精度

1 前言

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，對印制電路板線路密度、對位能力要求越來越高，常規(guī)一階、二階HDI已經(jīng)逐漸不能滿足智能電子產(chǎn)品的要求而朝著多階、任意層互聯(lián)的方向發(fā)展。

任意層互聯(lián)（Anylayer）技術(shù)的應(yīng)用，可以使PCB的體積較傳統(tǒng)HDI減小40%～50%[1]，在達到輕、薄的同時，可以縮短信號的傳輸距離，降低電容和電感產(chǎn)生的損耗。同時，高密設(shè)計還可以節(jié)約電能消耗，提升設(shè)備續(xù)航能力。

目前，任意層互聯(lián)技術(shù)主要來自于日本，包括松下公司的ALIVH工藝（Any Layer Inner Via Hole,任意層內(nèi)互聯(lián)技術(shù)），東芝公司的B2IT工藝（Buried Bump Interconnection Technology，預(yù)埋凸塊互聯(lián)技術(shù)，Ibiden（揖斐電）的FVSS工藝（Free Via Stacked Up Structure，任意疊孔互聯(lián)技術(shù)），North Print的NMBI工藝（Neo-Manhattan Bump Interconnection，新型立柱凸塊互聯(lián)技術(shù)）[2]。基于專利、成本及設(shè)備通用性的考慮，目前大部分廠家采用不需要專利的逐次壓合法制作多階盲孔及圖形，即在制作一階盲孔之后再次壓合制作二階盲孔，并以此類推制作多階盲孔，其中在兩次壓合之間通過電鍍將盲孔填實，實現(xiàn)不同層次之間的互聯(lián)。

以10層任意層互聯(lián)HDI為例，從內(nèi)層芯板開始，至少需要經(jīng)過5次鐳射，5次圖形，5次電鍍和4次壓合才能完成板件的加工，其中每一次鐳射、圖形、層壓均涉及到不同層次之間的對位問題，因此，任意層HDI對層間對位和板件漲縮提出了很高的要求，其生產(chǎn)過程對設(shè)備、環(huán)境、操作水平、生產(chǎn)工藝都是很大的考驗。

建立一個好的對位系統(tǒng)，可以盡可能降低系統(tǒng)對位偏差，實現(xiàn)任意層HDI不同層次圖形及盲孔之間的精準(zhǔn)對位。

2 主要的對位系統(tǒng)介紹

任意層HDI的加工涉及多次對位過程，以10層任意層互聯(lián)HDI為例，業(yè)界常規(guī)的對位過程如表1所示。其中部分步驟因為是粗對位或者不影響對位結(jié)果（如5-6層的鉆孔，不出現(xiàn)大異常，不會影響到最終的對位結(jié)果）或者其影響與控制方法與傳統(tǒng)PCB一致（如層壓、防焊、字符等）本文將不再討論。這樣，我們可以對表1的對位過程進行簡化，簡化后的對位步驟如表2所示。

表1 任意層HDI業(yè)界常規(guī)對位過程

表2 任意層HDI簡化對位過程

通過簡化后的對位過程可以看出，任意層互聯(lián)HDI不同對位方式的關(guān)鍵步驟在于激光鉆孔和圖形制作過程，其共同決定了整個對位系統(tǒng)的對位原理與對位方式。

2.1 激光鉆孔對位工藝

激光鉆孔的加工方式有三種，即敖形掩膜（Conformal mask）、開大窗（Large window）、和激光直接打孔（LDD， Laser Direct Drill）[3]，傳統(tǒng)HDI主要采用前兩種方式，而對位任意層互聯(lián)板件，由于LDD工藝具有流程短、對位精度高等優(yōu)勢而被業(yè)界普遍采用。

在對位方面，LDD工藝已經(jīng)比較成熟，主要通過燒蝕內(nèi)層靶標(biāo)進行對位。首先在內(nèi)層圖形制作過程中，預(yù)先制作一個靶標(biāo)點，然后在激光鉆時把靶標(biāo)點處的銅箔和樹脂燒掉，激光鉆機直接抓取內(nèi)層靶標(biāo)進行對位。

漲縮控制方面，目前通過LDD工藝加工盲孔時主要采用自動漲縮，以達到最大限度地與圖形匹配的目的。

2.2 圖形對位工藝

由于在傳統(tǒng)底片成像中，底片本身存在較大的漲縮偏差，目前業(yè)界通常控制范圍為1 mil ～ 2 mil，再考慮到普通曝光機本身的對位誤差及板件漲縮的差異，最終每層之間的對位誤差都在2 mil左右，5次圖形制作疊加下來將會產(chǎn)生巨大的對位偏差。因此，普通自動曝光機已經(jīng)越來越不能滿足任意層互聯(lián)板件的加工要求。LDI（Laser Direct Image，激光直接成像）或DMD（Digital Micro mirror Device，數(shù)字微鏡元件）方式可以直接在板件抗蝕劑上進行成像，從而避免了因底片漲縮差異造成的對位偏差。因此，為了保證良好的對位，最好采用直接成像設(shè)備進行圖形的轉(zhuǎn)移。

任意層互聯(lián)HDI的圖形工藝不僅進行自身的對位，還在盲孔和通孔的對位過程中起到媒介的作用而愈發(fā)重要。目前任意層互聯(lián)HDI雖然也進入了規(guī)?；纳a(chǎn)過程，但由于其自身的重要性及HDI階數(shù)的提高而處在不斷的探索和發(fā)展之中。下面將從內(nèi)層、中間層、外層對圖形對位工藝進行介紹。

2.2.1 內(nèi)層芯板圖形對位工藝

內(nèi)層芯板的激光鉆和圖形制作均采用通孔靶標(biāo)進行對位，如圖1所示（淺黃色箭頭表示盲孔加工時的對位信息的傳遞方向，深黃色箭頭表示圖形加工時對位信息的傳遞方向，下同）。由于采用通孔對位，因此需要預(yù)先通過鉆孔將靶標(biāo)加工出來，對鉆孔要求很高?？孜痪群涂妆谫|(zhì)量對激光鉆孔對位和圖形對位會產(chǎn)生直接影響，因此需要控制鉆孔參數(shù)來保證圖形的對位精度。

圖1 內(nèi)層芯板對位方式示意圖

2.2.2 中間層圖形對位工藝

中間層對位工藝是任意層互聯(lián)HDI對位的核心，根據(jù)其采用的對位靶標(biāo)的不同，可分為鐳射盲孔對位，內(nèi)層圖形靶標(biāo)對位和通孔對位三種，如表3所示。下面分別對幾種不同的對位方式進行介紹。

（1）中間層圖形對位方式1

該對位原理如圖2所示，其對位信息的傳遞方式為：圖形→激光鉆孔→圖形，并循環(huán)往復(fù)直至傳遞到次外層。

圖2 中間層圖形對位工藝方式1示意圖

該對位方式中，對位靶標(biāo)的選擇至關(guān)重要。每個公司都會根據(jù)自己的實際情況設(shè)計不同種類的靶標(biāo)，靶標(biāo)的種類大致有表5所示的幾種，除表中所示的靶標(biāo)之外，很多公司也會根據(jù)自身需要，設(shè)計出具有特殊用途的靶標(biāo)。

表3 中間層對位方式

表4 中間層對位方式1的靶標(biāo)種類及適用類型

該方式是目前主流的對位方式，其對位原理簡單，工程資料設(shè)計機現(xiàn)場操作均較為方便，整體上的缺點是靶標(biāo)質(zhì)量受前工序影響較大，激光鉆能量控制不當(dāng)、電鍍毛刺等問題會造成識別不良，影響到品質(zhì)和效率。

（2）中間層圖形對位方式2

該對位原理如圖3所示，其對位信息的傳遞方式為：圖形→激光鉆孔；圖形→圖形，并循環(huán)往復(fù)直至傳遞到次外層。目前主要采用的兩種靶標(biāo)如表5所示。

該方式是比較新穎的對位方式，理論對位精度比方式1有大幅提高，但會給工程資料的制作及激光鉆或蝕刻增加難度，設(shè)備前期調(diào)試也較為復(fù)雜，在靶標(biāo)識別不良時的處理時效也較長。

圖3 中間層圖形對位工藝方式2示意圖

（3）中間層圖形對位方式3

該對位原理如圖4所示，其對位信息的傳遞方式為：圖形→激光鉆孔；通孔→圖形→通孔，并循環(huán)往復(fù)直至傳遞到次外層。

表5 中間層對位方式2的靶標(biāo)種類及適用類型

圖4 中間層圖形對位工藝方式3示意圖

該對位方式下，圖形對位識別的靶標(biāo)為通孔，識別率高，曝光異常少。但由于鉆靶機本身存在一定的對位誤差，多次對位的疊加給續(xù)對位帶來了一定的風(fēng)險，目前較少采用。

（4）三種對位方式對比

三種對位分別適用于不同的場合，主要優(yōu)缺點匯總?cè)绫?，建議在需要時采用。

表6 三種中間層對位方式對比

2.2.3 外層對位工藝

外層對位工藝中，目前的主要做法有根據(jù)盲孔對位和通盲孔兼顧對位兩種。

根據(jù)盲孔對位通常會在整體對位較好是采用，對位原理與中間層三種方式一致，再次不再贅述。

通盲孔兼顧對位通常用于由其他原因容易造成通盲孔比例差異較大的情況，這時可以同時識別通盲孔兩種靶標(biāo)進行對位，以達到通盲孔均不破盤的目的，目前使用的靶標(biāo)主要有如下兩種：

采用上述兩種靶標(biāo)之后，可以同時兼顧通孔和盲孔進行對位。設(shè)備中通常可以設(shè)置兩種靶標(biāo)的權(quán)重，以滿足不同環(huán)寬時的加工要求。外層通盲孔兼顧對位原理如圖5中的L2→L1層所示。

3 結(jié)論

內(nèi)層芯板加工時采取通孔對位可以保證盲孔與圖形的統(tǒng)一性；

中間層圖形轉(zhuǎn)移時可以根據(jù)需要采取不同的對位方式，采用鐳射靶標(biāo)可以方便現(xiàn)場管理，內(nèi)層圖形的靶標(biāo)可以提高整體的對位精度，鉆靶通孔靶標(biāo)可以提高整體的識別率；

表7 常用的通盲孔兼顧靶標(biāo)

圖5 外層對位工藝示意圖

最外層通盲孔偏差較大時，采用通盲孔兼顧靶標(biāo)可以很好解決通盲孔無法兼顧的問題；

激光鉆、電鍍等前工序會通過影響靶標(biāo)質(zhì)量進而影響到圖形的對位精度，因此前制程也是改善圖形對位的重要方向。

[1] 林旭榮, 張學(xué)東. 任意層互聯(lián)技術(shù)開發(fā)介紹[J]. 印制電路信息, 2012,(4):157-160.

[2] 陳世金, 徐緩, 楊詩偉, 韓志偉, 鄧宏喜. 任意層高密度互聯(lián)電路板制作關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 2013, 34(5):279-283.

孟應(yīng)許，工藝工程師，負(fù)責(zé)內(nèi)層圖形、內(nèi)層蝕刻工序。

Research on alignment system of anylayer HDI

MENG Ying-xu ZHOU Shang-song WU Liu-xiong LI Zai

With the development of electronic industry, anylayer HDI boards has been used more and more in the field of high-end consumer goods. The blind via has developed from 3 to 5, and the highest step even reached 7. Based on the research of the different alignment systems, this paper analyzes the key points and difference of each alignment system, and provides necessary reference for the industry.

HDI; Multi Steps; Alignment System; Alignment Accuracy

TN41

A

1009-0096（2014）04-0190-07