一文解析齐平电路技术和嵌入式电路工艺

Karl Dietz曾在《Tech Talk》专栏中撰写过多篇有关嵌入式电路的文章，尤其详细介绍了齐平电路技术和嵌入式电路工艺。Karl在专栏文章中介绍了两种用来生产齐平电路的工艺。

以Dimensional Imprint Technology, Inc.公司George Gregoire发明的工艺为基础的Imprint技术。

以Samsung Electro-Mechanics集团发明的工艺为基础，研发出的电路转移工艺。

这项工艺使用的并不是新技术，而是使用抛光后的不锈钢作为导电载体。我在1971年首次接触到这种电镀后进行处理的工艺。坐落在加州Westlake Village的PACTEL（太平洋电讯）公司，向行业展示了他们使用光致抗蚀剂和电镀后的电路转移工艺制造出的50微米级微通孔。但随着盲孔激光钻孔技术的不断提高，Amkor和西门子公司研发出了新的应用，使用这类激光技术可制造出电路凹槽和SMT焊盘上的凹槽。

齐平嵌入式电路

齐平嵌入式电路（图1）的尺寸缩小到了75微米以下，与传统减成法蚀刻PCB电路相比具备以下优势：

图1:a)嵌入式导体与传统铜箔蚀刻导体的对比图;b)用激光划线加工出的可进行金属化处理的导体/连接盘/通孔路(来源:The PCB Magazine)

由于导体三面都有附着力，电路的可靠性和性能均有所提高。

很多情况下都不需要用到阻焊层，因为无铅焊膏不会在线路密集区域流动或形成桥接。

超高速下的信号完整性得到提升。

在一些制造工艺当中完全消除了光刻技术（有机金属焊膏）。

可使用的绝缘材料种类更多了。

如图2所示，嵌入式走线不会干扰组装在其上方的元器件。

图2：嵌入式电路可以实现更精细的电路，具有更高的组装灵活性

工艺流程

转移过程从涂有薄导电脱模剂的抛光金属基板开始。接下来，在载体上涂覆光致抗蚀剂，并透过掩模（或DD成像）在UV光下曝光，形成电路图形。一旦完成光致抗蚀剂的显影，就将载体清洁干净，然后将金属电镀到曝光后的图像上。

鉴于后边会将载体移除，电镀的第一层金属（通常是金或银）会在加工完成后曝光，随后镀一层镍作为金属屏障，最后镀一层铜作为导电金属。完成电镀后，后续的整平步骤可以形成平整的金属层表面，可黏附到永久的介质上；重复以上布置直至整个电路都连通。流程如图3所示。

图3：使用载体和电镀光致抗蚀剂技术的电路转移工艺

激光划线工艺

正如我之前提到的，激光钻孔是HDI制造不可分割的组成部分。几家OEM都研发出了可以使用激光将走线和焊盘划入表面材料的工艺（图4）。在基板金属化并针对特定位置完成电镀后（镶嵌填充），金属会被闪蚀去除，即可形成齐平电路（图5）。

图4：在PCB表面完成烧蚀操作后，得到的走线、通孔和焊盘

图5：图4中的走线、通孔和焊盘现已完成了金属化和电镀处理

电解铜填充工艺

嵌入式凹槽的填充与填充表面凹槽有所不同，需要使用新一代镀铜化学工艺。

水平加工法和纵向加工法

在整个工艺流程中，一定要熟练掌握的关键步骤之一就是凹槽的电化学沉积（ECD）或电镀操作。因为是从电镀晶圆转移到了电镀面板，所以一些关键工艺技术规范要求还包括沉积均匀性、基板产量和沉积多层金属层的灵活性。传统PCB制造中使用的批量电镀已不能满足这些技术规范要求。

行业研发出新的面板电镀工具（钢架）被，用于满足面板基板上高阶封装的需求。该工具采用一系列紧凑的加工槽设计，可一次处理单个面板，取代了批量加工的方式。在电镀槽中垂直加工部件，可以在不需要使用较大占地面积的情况下就能实现高产量，同时还能加工出高阶封装电镀时所需的各种特征。有了大量的加工槽和经过优化的高架运输系统后，就可以灵活地处理不同的金属，产量也可以达到每小时60块面板。在运输和加工过程中，面板被固定在刚性支架中，最大限度地减少了面板翘曲引起的任何问题。

若想获得完美的镀铜表面，不仅仅需要用氧化铁阳极替代可溶性阳极，还需要：

采用新型薄膜技术隔离不溶性阳极

测试并使用先进的设备

了解产生缺陷的根本原因

了解基本槽设计的影响

剪切板搅动

从大量溶液中沉积金属，需要金属离子在活性表面穿过流体动力边界层 。这个边界层的有效厚度和均匀程度是影响沉积速率和沉积质量的关键因素。在面板电镀工具的垂直加工槽中，可以直接应用晶圆电镀工具中使用的剪切板搅动步骤。这种搅动方式使用面板附近的往复式格栅在表面产生湍流，并将金属离子和其他关键反应物的传输效率提高至最大。

真空预润湿

当待电镀部件具有深或大厚径比特征时，在将其插入电镀槽的过程中，气泡可能会被困在通孔或凹槽中。这些气泡通过表面张力固定在某些位置，阻碍电镀溶液与活性表面发生接触，从而延迟甚至阻止这些位置的电镀。消除气泡最有效的方法是将部件置于真空环境下，并用脱气、去离子水填充内腔。在没有空气的情况下，水会充满所有凹槽。这样一来，当部件被转移到电镀槽时，表面张力会排出其中的空气。

案例

包括西门子、三星、WUS、UNIMICRON和AMKOR在内的许多OEM、PCB制造商和OSAT已构想并制造出了齐平嵌入式电路超HDI基板样品（图 6）。

图6：标准mSAP精细走线电路与齐平嵌入式电路对比

WUS提供了更多实例。图7和图8展示了齐平嵌入工艺与传统mSAP减成法工艺在加工外层或内层1盎司或0.5盎司铜箔时的差异。很多时候，根据密度的不同，齐平嵌入式电路不需要用阻焊层来防止桥接。

图7：3种不同齐平嵌入式电路应用的说明（来源：WUS）

图8：标准减成法工艺形成的高速O/L微带与具有可选两种铜层厚度的嵌入式微工艺对比。线宽和线距低至75μm/75μm/75μm(2.0/2.0/2.0mil)（来源：WUS-台湾）

总结

如图8所示，WUS的设计在 RF和高速数字电路应用中展现出了明显的优势，其中包括：

1.可靠性增强

a.金属箔与介质之间的附着力更强

b.BGA焊料球与铜焊盘的附着力增强

2.信号完整性有所改善（PIM）

a.走线横截面接近矩形

b.铜表面光滑

c. 串扰最小

3.增加了其他应用的可能性

a.可以根据功率或散热等目的，选择性加减铜层厚度

b.使用传统化学技术使外层电路密度达到极高分辨率（2.0~3.0mil或50~75μm的线宽线距

c. 同时连接两种材料（贴片天线）

编辑：黄飞