潘 捷 謝國瑜 李 江 夏建義 尋瑞平

（江門崇達電路技術有限公司 廣東省智能工控印制電路板工程技術研究中心，廣東 江門 529000）

0 前言

HDI（High Density Interconnector）板,即高密度互連板,是使用激光微盲埋孔技術制作的一種線路分布密度比較高的高端電路板產(chǎn)品,其利用多次壓合、激光鉆孔、電鍍填孔等工藝實現(xiàn)各層線路之間的電氣連接[1]。HDI板具有輕薄短小、高精度、高密度、高集成度等特點,近些年來發(fā)展迅速,廣泛應用于通信產(chǎn)品、消費電子、汽車電子、醫(yī)療電子,甚至航天、軍工電子等眾多領域,成為PCB（印制電路板）領域的主流產(chǎn)品之一[2]。

據(jù)Prismark統(tǒng)計顯示,2020年全球遭遇新冠肺炎疫情突襲,全球經(jīng)濟陷入低迷,各行各業(yè)不同程度受損甚至面臨困難窘境,但在5G通信、半導體、新能源汽車等行業(yè)保持強勁發(fā)展的大背景下,以及基于國內(nèi)疫情防控的實施,居家上班、宅經(jīng)濟帶動PC（個人計算機）、平板、可穿戴電子設備等非智能手機消費電子產(chǎn)品應用需求的猛增,在這樣的情況下,全球PCB產(chǎn)業(yè)逆勢增長交出了一份非常亮麗的成績單。進入2021年,相關PCB產(chǎn)品的需求仍非常強,從產(chǎn)品結構上看PCB市場仍以多層板為主流,但增速最快的種類為封裝基板和HDI板。消費電子是我公司HDI產(chǎn)品的主要應用領域之一,我公司對智能手機用系列HDI板進行了研發(fā)和制作,取得了較好的試驗效果。本文就我司近期研發(fā)的一款8層2階HDI板進行詳細講解,闡述其制作難點及控制方法等。

1 產(chǎn)品結構特點

本研究產(chǎn)品為一款8層2階結構的HDI板,集合了高密度、高集成度、輕薄等特點,應用于智能手機,其產(chǎn)品主要參數(shù)見表1所示,產(chǎn)品壓合結構示意圖如圖1所示。

表1 HDI板產(chǎn)品主要參數(shù)表

圖1 HDI板壓合結構示意圖

2 制作工藝流程

本8層2階HDI板產(chǎn)品,通過3次壓合,經(jīng)過激光鉆孔、電鍍填孔、線路圖形、真空蝕刻等制作流程,需要對壓合漲縮、孔位精度、精細線路制作等技術難點進行管控,產(chǎn)品具體工藝流程設計如下：

L4—L5：開料→烤板→內(nèi)層圖形→內(nèi)層蝕刻→OPE沖孔→內(nèi)層AOI→棕化

L3—L6：層壓→微蝕減銅→內(nèi)層鉆孔→高壓水洗→內(nèi)層沉銅→內(nèi)層板電→內(nèi)層圖形（2）→內(nèi)層蝕刻（2）→內(nèi)層AOI（自動光學檢查）（2）→棕化（2）

L2—L7：層壓（2）→LDD棕化→激光鉆孔→退棕化→內(nèi)層沉銅（2）→整板填孔電鍍→切片分析→內(nèi)層圖形（3）→內(nèi)層蝕刻（3）→內(nèi)層AOI（3）→棕化（3）

L1—L8：層壓（3）→打靶位孔→LDD棕化→激光鉆孔（2）→外層鉆孔→退棕化→外層沉銅→整板填孔電鍍（2）→切片分析（2）→外層圖形→外層真空蝕刻→蝕刻后阻抗測試→外層AOI（2）→網(wǎng)印阻焊→阻焊后烤板→阻抗測試→回流焊→噴砂→網(wǎng)印抗化金油墨→化鍍鎳金→退膜→成型前測試→成型→壓板曲→成品驗孔→板曲檢查→FQC1→抗氧化→FQC→FQA→包裝

3 結果與討論

3.1 漲縮與對位精度管控

HDI板加工過程中,需要經(jīng)過許多工序,如線路的圖像轉移、下料烤板、磨板及壓合等,這些工序都有可能對板子造成一定的漲縮影響,從而最終影響到層間對位的精準度。其中壓合工序對漲縮的影響最為顯著,因此,實驗通過收集每一次壓合后的漲縮數(shù)據(jù)及變化規(guī)律,對漲縮進行管控,鎖定各層漲縮值（見表2所示）,從而確定激光鉆孔及內(nèi)外層圖形對位方式。

表2 尺寸漲縮數(shù)據(jù)表

根據(jù)測試板系數(shù)分析和各層漲縮系數(shù)分析,正式樣品預補償鎖定為X1.3‰、Y0.9‰,每次壓合收縮量差異在1‰～1.5‰之間,且各層漲縮極差均在±25 μm以內(nèi),滿足生產(chǎn)要求。使用固定漲縮生產(chǎn)得到最終的層間對準度效果可見圖2所示,激光鉆孔偏移量在25 μm以內(nèi),從對位情況來看,整體重疊效果理想,證明以上的漲縮管控有效。

圖2 成品層間對準度情圖

3.2 內(nèi)外層圖形良率管控

3.2.1 內(nèi)層圖形

由于內(nèi)層圖形最小線寬/線距是50/50 μm線,屬于精密線路,為確保手機板內(nèi)層圖形上線良率,對內(nèi)層濕膜厚度進行了管控測試,抓取最佳生產(chǎn)條件。首先使用常規(guī)厚度測試,如表3所示為濕膜厚度12.55 μm的內(nèi)層圖形不良率統(tǒng)計。經(jīng)統(tǒng)計計算單元板（SET）開路不良為5.5%,高于業(yè)界3%的標準,需進行重點管控。

為提升內(nèi)層圖形的良率,內(nèi)層濕膜厚度由12.55 μm提高至14.44 μm。經(jīng)過統(tǒng)計可知（如表3所示）,內(nèi)層圖形的不良率由原來的5.5%降低到2.75%,優(yōu)于業(yè)內(nèi)不良率3%的水平,成功提升了內(nèi)層圖形的良率。變化如圖3所示。

圖3 內(nèi)層濕膜膜厚變更良率對比圖

表3 不同濕膜厚度時內(nèi)層（L4/L5）不良率統(tǒng)計表

3.2.2 外層圖形

外層圖形也有精密路線制作,為確保產(chǎn)品的外層良率,故進行測試,獲取最優(yōu)生產(chǎn)條件。使用常規(guī)干膜生產(chǎn),測試線路不良情況,測試280單元板計算得到的不良率,開路不良率高達16.43%。且不良80%為干膜附著不佳引起,而附著型異常,主要受壓膜影響。因此對干膜壓膜速度進行管控,降低壓膜速度,由原先2.3 m/min降至1.5 m/min,測試結果如表4所示。

表4 不同壓膜速度時外層（L2/L7）不良率統(tǒng)計表

通過分析不良異常原因,找到異常原因主要由壓膜速率影響,監(jiān)測變更壓膜速度下線路的良率情況,從而優(yōu)化工藝參數(shù),開路不良由16.43%降至5.0%,短路不良率由6.43%降至3.89%,大大提升了外層線路的良品率,達到了良品率提升的目的（如圖4、圖5所示）。

圖4 外層線路不良圖

圖5 速率變更前后不良率統(tǒng)計圖

3.3 電鍍工藝參數(shù)優(yōu)化

本產(chǎn)品的機械鉆孔最小孔徑為0.15 mm,沉銅及電鍍過程中,不利于藥水的貫穿及充分交換,常規(guī)的沉銅/電鍍程序下孔銅的質(zhì)量難以保證,故需要對工藝參數(shù)進行優(yōu)化。

垂直連續(xù)電鍍（VCP）生產(chǎn)線,L3—L6層板電的電流密度優(yōu)化通過控制變量法,如表5所示固定電鍍時間為54 min,噴流泵頻為25 Hz,改變電流密度加大0.1 A/dm2后達到要求。

表5 電流密度優(yōu)化前后芯板（L3 /L6）面銅情況表

L2—L7層板電的測試結果如表6所示,電鍍時間為50 min,電流密度為1.4 A/dm2時,面銅厚度為14.83 μm,偏薄3 μm,且有個別盲孔有包芯現(xiàn)象。優(yōu)化電流密度或噴流泵頻后,面銅厚度為23.4 μm,達到面銅厚度22±4 μm標準。

表6 優(yōu)化電流密度/噴流泵頻前后的L2/L7面銅情況表

3.4 棕化減銅量控制

L3—L6層線路最小線寬/線距設計為50/50 μm,線路蝕刻面銅要求控制在21±3 μm,且客戶要求成品的孔銅銅厚最小10 μm,需要對內(nèi)層圖形與棕化的減銅量進行控制,預防孔銅偏薄,保證精密線路的制作。實驗室測量的微蝕量平均值為1.3 μm,測試棕化后孔銅咬蝕量約2.4 μm。通過調(diào)整棕化缸溫度及棕化線速（微蝕量降低至1.02 μm）,孔銅的咬蝕量減至1.46 μm,滿足≤2 μm的要求。因此,針對50 μm/50 μm設計的埋孔層,棕化微蝕量控制在1.0 μm,下面是優(yōu)化前后棕化切片分析面銅和通孔數(shù)據(jù)（如表7所示）。分別使用微蝕量為1.3 μm（現(xiàn)有參數(shù)）與1.0 μm完成棕化后切片分析面銅及孔銅數(shù)據(jù),鎖定孔銅的咬蝕量。

表7 棕化優(yōu)化前后參數(shù)表

3.5 埋孔凹陷度改善技術

為降低成本,本產(chǎn)品埋孔層采用半固化（PP）填膠方式。由于內(nèi)層埋孔密度高,PP薄,且壓合使用12 μm銅箔易出現(xiàn)銅面凹陷,進而導致內(nèi)層圖形開路缺口。為降低埋孔凹陷導致開短路,通過優(yōu)化壓合程序改善凹陷度。

按照現(xiàn)有壓合程序壓合并接料溫分析（如表8所示）,EM285材料在壓合時溫升過快、固化時間過長、壓力過大,且埋孔層銅面凹坑達到4～5 μm,不能滿足客戶的生產(chǎn)要求。通過優(yōu)化壓合程序,鎖定EM285參數(shù)2作為最優(yōu)壓合條件,升溫速率在1.85～2.08 ℃/min,上壓點在80～95 ℃之間,固化時間在75 min左右,壓合后埋孔上方銅面凹坑尺寸在3 μm左右,可以滿足埋孔凹陷度,降低了內(nèi)層圖形難度。

表8 優(yōu)化前后壓合參數(shù)表

3.6 產(chǎn)品制作效果

根據(jù)以上流程管控,成功制作出了樣品,各項可靠性測試符合相關要求,樣品實物如圖6所示,可靠性測試結果如表9所示。

表9 HDI板樣品可靠性測試表

圖6 HDI板樣品實物圖

4 總結

（1）根據(jù)測試板系數(shù)分析和各層漲縮系數(shù)分析,正式樣品預補償鎖定為X1.3‰、Y0.9‰,每次壓合收縮量差異在0.1‰～0.15‰之間,且各層漲縮極差均在±25 μm以內(nèi),滿足生產(chǎn)要求。

（2）內(nèi)層濕膜厚度由12.55 μm提高至14.44 μm,內(nèi)層圖形的不良率由原來的5.5%降低到2.75%；外層干膜壓膜速度由2.3 m/min降至1.5 m/min,開路不良率由16.43%降至5.0%,短路不良率由6.43%降至3.89%,達到了線路良率提升的目的。

（3）通過設計分段電流密度控制、優(yōu)化棕化減銅量控制、優(yōu)化壓合程序,保證了產(chǎn)品面銅銅厚、精細線路制作、埋孔凹陷度等品質(zhì)。

（4）試生產(chǎn)產(chǎn)品各項可靠性測試合格,下一步將轉入量產(chǎn)。