潘 捷 謝國瑜 李 江 夏建義 尋瑞平

（江門崇達(dá)電路技術(shù)有限公司 廣東省智能工控印制電路板工程技術(shù)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(shù)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(shí)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(diǎn),近些年來發(fā)展迅速,廣泛應(yīng)用于通信產(chǎn)品、消費(fèi)電子、汽車電子、醫(yī)療電子,甚至航天、軍工電子等眾多領(lǐng)域,成為PCB（印制電路板）領(lǐng)域的主流產(chǎn)品之一[2]。

據(jù)Prismark統(tǒng)計(jì)顯示,2020年全球遭遇新冠肺炎疫情突襲,全球經(jīng)濟(jì)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(dǎo)體、新能源汽車等行業(yè)保持強(qiáng)勁發(fā)展的大背景下,以及基于國內(nèi)疫情防控的實(shí)施,居家上班、宅經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)PC（個(gè)人計(jì)算機(jī)）、平板、可穿戴電子設(shè)備等非智能手機(jī)消費(fèi)電子產(chǎn)品應(yīng)用需求的猛增,在這樣的情況下,全球PCB產(chǎn)業(yè)逆勢(shì)增長交出了一份非常亮麗的成績單。進(jìn)入2021年,相關(guān)PCB產(chǎn)品的需求仍非常強(qiáng),從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(fèi)電子是我公司HDI產(chǎn)品的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一,我公司對(duì)智能手機(jī)用系列HDI板進(jìn)行了研發(fā)和制作,取得了較好的試驗(yàn)效果。本文就我司近期研發(fā)的一款8層2階HDI板進(jìn)行詳細(xì)講解,闡述其制作難點(diǎn)及控制方法等。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

本研究產(chǎn)品為一款8層2階結(jié)構(gòu)的HDI板,集合了高密度、高集成度、輕薄等特點(diǎn),應(yīng)用于智能手機(jī),其產(chǎn)品主要參數(shù)見表1所示,產(chǎn)品壓合結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(duì)壓合漲縮、孔位精度、精細(xì)線路制作等技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行管控,產(chǎn)品具體工藝流程設(shè)計(jì)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(dòng)光學(xué)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(yàn)孔→板曲檢查→FQC1→抗氧化→FQC→FQA→包裝

3 結(jié)果與討論

3.1 漲縮與對(duì)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(zhuǎn)移、下料烤板、磨板及壓合等,這些工序都有可能對(duì)板子造成一定的漲縮影響,從而最終影響到層間對(duì)位的精準(zhǔn)度。其中壓合工序?qū)q縮的影響最為顯著,因此,實(shí)驗(yàn)通過收集每一次壓合后的漲縮數(shù)據(jù)及變化規(guī)律,對(duì)漲縮進(jìn)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(duì)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(yù)補(bǔ)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(duì)準(zhǔn)度效果可見圖2所示,激光鉆孔偏移量在25 μm以內(nèi),從對(duì)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(duì)準(zhǔn)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(jī)板內(nèi)層圖形上線良率,對(duì)內(nèi)層濕膜厚度進(jìn)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(jì)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算單元板（SET）開路不良為5.5%,高于業(yè)界3%的標(biāo)準(zhǔn),需進(jìn)行重點(diǎn)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(jì)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(duì)比圖

表3 不同濕膜厚度時(shí)內(nèi)層（L4/L5）不良率統(tǒng)計(jì)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(jìn)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(jì)算得到的不良率,開路不良率高達(dá)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(duì)干膜壓膜速度進(jìn)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(jié)果如表4所示。

表4 不同壓膜速度時(shí)外層（L2/L7）不良率統(tǒng)計(jì)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(dá)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(jì)圖

3.3 電鍍工藝參數(shù)優(yōu)化

本產(chǎn)品的機(jī)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(duì)工藝參數(shù)進(jìn)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(shí)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(dá)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(jié)果如表6所示,電鍍時(shí)間為50 min,電流密度為1.4 A/dm2時(shí),面銅厚度為14.83 μm,偏薄3 μm,且有個(gè)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(dá)到面銅厚度22±4 μm標(biāo)準(zhǔn)。

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(shè)計(jì)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(duì)內(nèi)層圖形與棕化的減銅量進(jìn)行控制,預(yù)防孔銅偏薄,保證精密線路的制作。實(shí)驗(yàn)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(duì)50 μm/50 μm設(shè)計(jì)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(shù)

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(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)層圖形開路缺口。為降低埋孔凹陷導(dǎo)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(shí)溫升過快、固化時(shí)間過長、壓力過大,且埋孔層銅面凹坑達(dá)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(diǎn)在80～95 ℃之間,固化時(shí)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(xiàng)可靠性測試符合相關(guān)要求,樣品實(shí)物如圖6所示,可靠性測試結(jié)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(shí)物圖

4 總結(jié)

（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(yù)補(bǔ)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(dá)到了線路良率提升的目的。

（3）通過設(shè)計(jì)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(xì)線路制作、埋孔凹陷度等品質(zhì)。

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