高密度印制电路技术开发

布线技巧与EMC

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描述

    伴随现代电子产品向“轻、薄、小、多功能化”发展,电子器件的高集成化,互连技术从通孔插件(THT)向表面安装(SMT)和芯片安装(CMT)技术发展,加速了高密度(HDI)印制电路技术开发。于是,高密度印制电路加工技术,成为当今印制电路行业的一个热门话题。

    高密度印制板加工既包含了常规单面板/双面/多层板的加工技术,还包含了微小(0.1mm)的埋孔(BTH)/盲孔(BVH)的加工技术、精细线路(0.075-0.10mm)制作技术、电性能指标和可靠性检测技术,诸多新工艺、新材料的应用技术、需要公司同仁对高密度印制电路技术加深了解,重新学习、实践、创新、推进公司的技术进步,共同开发新产品,使企业在市场竞争中,获取更大的生存空间。

    应《景旺人》约稿,借此发表“高密度印制电路技术开发”一文,共同探索高密度印制电路技术开发的相关知识。

一、IC器件的高集成化,促进了印制板的多层高密度:

    电子产品要求“轻、薄、小、多功能化”,推进了IC器件的高集成化I/O(输入输出)数扩展,有限的表面布线空间受到限制,推进了常规印制板加工从单面向双面或多层板方向发展,层数增加、板厚增加、重量增加、贯通孔(TH)增多,不仅给布线设计带来困难,同时造成印制板的加工成本急剧上升,周期长,成品合格率低等一系列问题。印制板布线设计开始另辟思路,采用埋/盲孔实现布线层网互连,既满足了布线设计要求,又减小了表面贯通孔数量,布线层减少,板厚减少,互连可靠性提高,成本降低,这就是我们所面临的高密度印制板。

    在尚未给定高密度印制板定义的前提下,我们通常将含有埋/盲孔的6层以上的印制板纳入高密度印制板加工,将不含埋/盲孔的多层板,纳入常规多层印制板加工。

二、积层或多层板(BUM)研发成功,推动了高密度印制电路技术发展

    20世纪90年代移动通讯,便携式电脑,数码视像产品市场需求量急剧增加,BUM板在日本研发成功,实现了量产化,推动了高密度印制电路技术发展,革新了印制板的加工流程,带动了新工艺和新材料的应用,例如:

1、日本IBM公司采用SLC加工技术,应用光致成孔,加成法制作线路图形,在12层芯板上积层开发了20层BUM板。

2、日本松下公司采用ALIVH加工技术,应用特别的半固化片材料,激光钻孔、充填导电材料、层村铜箔、蚀刻线路,实现了任意层内通孔互连,开发了手机BUM板。

3、日本CMK公司采用CLLAVIS加工技术,应用在芯片板上层压去掉!敷树脂铜箔(RCC)、激光钻孔、蚀刻线路、制作CBUM板。

4、日本、TOSHIBA公司采用B2IT加工技术,应用铜箔表面印导电凸块,同半周化片和铜箔组合层压,制作BUM板。

    针对不同设计要求,选用不同材料,不同加工技术,适应多层高密度印制板加工。打破了常规印制板的加工流程,开创了印制板设计和加工的新思路,给印制板企业带来了新的技术开发和产品开发机遇,一次新的加工技术革命吸引了印制板行业的关注,高密度印制板的加工将成为21世纪主流。

三、高密度印制板的相关标准:

1、主要技术指标:

线宽(L)/间距(S):0.075-0.10mm

通孔直径(VIA): 0.075-0.10mm

焊盘直径(PAD):0.15-0.30 mm

绝缘层厚度:0.03-0.10 mm

布线层数:6-20层

2、按结构分类:共计6种

1型:1[C]0或1[C]1:从表面到另一表面仅有贯通孔

2型:1[C]0或1[C]1:芯板和表面层有埋/盲孔

3型:2[C]0        :芯板和表面有埋/盲孔贯通孔

4型:1[P]0        :没有电气贯通

5型:2[X]2        :无芯板,层间用埋/盲孔互连

6型:             :叠层结构(Alternal construction)

3、相关标准:

设计标准:IPC-2225单芯和多芯片封装印制板设计标准;IPC-2226高密度互连基板设计标准。

材料标准:IPC-4104高密度结构和微通孔材料性能和鉴定。

成品标准:IPC-6015单芯和多芯片封装印制板性能规范;IPC-6016高密度印制板性能要求规范。

4、通孔结构:

(1)VOI(VIAonIVH)结构

在层间通孔(IVH)上布设通孔(VIA),即在IVH的引出线上布设VIA,呈螺旋形通孔(Sprial VIA)结构,或直接在IVA上布设通孔.

(2)VOV(VIAonVIA)结构

直接在VIA上布设VIA,呈现叠加形状,VOV布设方式比VOI结构可减小布线层数,可进行更高密度布线设计。

四、高密度印制板相关技术:

1、堵塞孔技术:

在BUM板加工过程中,首先要对芯板上的贯通孔或VIA进行堵塞孔,才能开展在芯板上的积层加工,塞孔材料采用绝缘树脂油墨或导电油墨,采用不锈钢定位模版,吸真空漏印堵塞孔,要求油墨粘度良好(能填满6:1的贯通孔),塞孔电阻<10mΩ,无气泡、无空洞,耐高温热冲击(288℃,10秒,浸焊料5次不退化),耐热循环(-65℃-+125℃,1000次不退化),可进行化学镀和电镀加工,堵塞孔加工应具备熟练的技能,精心操作,方能满足塞孔品质要求。

2、激光钻孔技术:

(1)射频(RF)C02激光钻孔(烧孔),利用波长<400nm的高能光子对无铜箔的介质进行烧蚀切除,最小加工孔径可达0.07mm,采用铜箔表面涂专用掩膜,通过曝光/显影/蚀刻去除靶们铜箔,用大面积激光扫描加工,可一次加工许多孔,达3000孔/分的高效加工:

C02激光钻孔,含在内层铜面留下介质残留物,必须用准分(Excimes)激光消除孔壁胶渣,防止盲孔底铜与内层介质或内层铜的分离。

(2)Nd(钕):YaG激光钻机,利用滤长=355nm,峰值功率12Kw的激光束气化介质,既可加工通孔,也可加工盲孔,并能穿透黑粗化处理过的铜箔,或厚度≤25μm的铜箔,最小加工孔径可达0.05mm是微小孔加工理想设备。

3、光致成孔技术:

采用光敏树脂脂油墨,经涂刷/添光/并影形成所需尺寸通孔,再经化学镀铜(或电镀铜)形成层间互连通孔,加工孔径可达0.06 0.15mm,其缺点是显影余胶控制问题。

4、脉冲电镀(PPR)技术:

PPR称周期性脉冲反向电流电镀,正向电流电镀10-20ms,然后以高电流反向电流电镀0.2-2ms,正/反向电流幅度之比为上3,在电镀过程中起到“修正”板面和孔壁铜厚的作用,达到:

(1)       孔壁铜和板面铜厚度趋于一致,孔壁镀层厚度均匀一致。

(2)       板面均镀性提高50%,获得板面蚀刻和精细线路制作。

(3)       降低了板面铜厚,减少了侧蚀。

5、自动检测技术:

(1)自动光学检测(AOI):

利用光线在不同材料上的反射差异,通过光学扫描,图形信息处理,缺陷标识,克服了目检0.05-0.10mm线的困难,减小工时,提高多层板的合格率,其缺点是存在漏测和虚假报告,无法判定开/短路。

(2)飞针测试(RPT):

通过网络分析,自动寻查测试点、移动探针触点,自动分析,判定处理,显示测试结果,判定开/短路,其优点是不需制作针床、省时、省成本,适合样板或小批量测试,不适合批量板测试。

四、常规印制板企业如何开发高密度印制板:

1、开展调研工作

包括市场(潜力客户)调研,需求量和产品类别,价格/成本调研,行业动态调研,新工艺/新材料/新设备信息收集,配套加工协作能力分析,企业技术状况分析人力/物力/资金投入预测等。

2、提出项目开发可行性报告:

明确项目开发内容、指标、完成时间、组织实施、经济效益评估。

3、开展专项工艺试验:

塞孔油墨工艺试验,导电油墨工艺试验,激光钻孔试验,微小孔电镀试验,层压条件控制试验,埋/盲孔性能检测试验,精细线路制作试验,层压尺寸变化和厚度公差控制试验。

4、生产前准备工作:

员工技能培训,流程控制培训,工程资料评审和制作培训,外协加工合作协议,生产设施调配,生产环境改善。

物料采购和准备,产品质量标准和建立,工程技术文件的准备。

5、试样(小批量)阶段工作:

样板试验计划,样板加工过程品质监控,样板性能指标检测,样板使用评审,批量加工能力评审。

6、批量生产阶段:

工序和综合产能评估,质量控制能力评估,产品标识和转运,加工流程控制,环境/设施控制。

六、常规印制板企业开发高密度印制板面临的问题:

1、认识问题——是现在开发,还是以后开发?是立足自己开发,还是坐等别人开发?本人认为,应该是自己开发,早开发。其理由是:技术不断创新是企业生存的基础,通过技术开发增强企业适应市场的能力,同时培养人,锻炼和考核了企业整体技术能力,既有利新品开发,又有利老产品不断改善质量和成本。印制板加工技术是一门应用技术,离不开人员的技能培养,等待别人开发成功后,未必你可以制造出产品,等你赶上之后,电子市场又会出现新的要求,因此,我们必须抓住高密度印制板正在起步的时机,加大企业技术开发力度。

2、条件不成熟,等成熟了再说

市场决定企业的生存,高科技电子产品开发需要高密度印制板,这是大势所向,市场给企业提供了发展空间,企业应该充分利用现有的资源(技术、设施、信息),外部环境(物料供应,加工配套能力,行业信息),精心组织策划,创造条件,不断开发,克服困难,创造条件,适应市场变化,摆脱大生产,低效益,挣扎竞争的困境。

3、开发方向不明,不知如何下手

组建开发队伍,进行市场调研,行业调研,提出有针对性的产品开发方案。组建技术队伍,针对产品开发方案,开展相关工艺试验,实现产品开发计划,调整管理,适应高密度印制板生产加工特殊要求。

4、常规生产管理和开发工作的协调

开发工作的初期只要安排恰当,不会影响常规生产管理,常规管理给开发管理让路,提供充分的支持,加速开发进度,高速开发工作的周期(样板或小批量生产),需要管理者综合平衡调整两种管理的合并,统筹计划安排,协调配合管理。

开发工作的后期(批量生产成熟期),需要管理者决策,组建新的管理机构,调整订单和产品结构,重新编制经营管理目标。

后述:“高密度印制电路技术开发”既含专业技术问题,又含企业管理问题,对中小印制板企业而言既具诱惑,又具畏难和风险,既想给同仁详细介绍高密度印制板的相关知识,又怕是纸上谈兵,远水不解近渴,“技术要为生产服务,技术要为企业创造效益”,企业眼前利益如何同长远利益结合?处在一种复杂和矛盾的思路中引出了此篇文章,因篇幅限制,读者需求不同,尽量删减相关技术图表,让大家对高密度印制电路技术有一个感性认识,让全员都来关心、支持企业的技术开发工作,引起共鸣,将是笔者撰写此篇文章的真实目的,让我们同心齐力为企业的技术开发做出贡献!

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