填孔电镀技术.doc

填孔电镀Dimple 对高阶高密度互联产品的影响
2009-10-22 15:21:56　资料来源:PCBcity　作者: 陈文德、陈臣

　　摘要：文章主要介绍填孔电镀的发展与填孔电镀Dimple 对高阶高密度互联产品的影响及其相关检测设备的应用对填孔电镀品质的作用。
　　关键词：盲孔；填孔电镀；Dimple；Smear；IC；BGA；BallPitch；BallArray；
　　一、引言：
　　HDI 板市场的迅速发展，主要来自于手机、IC 封装以及笔记本电脑的应用。目前，国内HDI 的主要用途是手机、笔记本电脑和其他数码产品，三者比例为90% 、5% 、5% 。

　　根据高阶HDI 板件的用途---3G板或IC载板，它的未来增长非常迅速：未来几年全球3G手机增长将超过30% ，我国发放3G 牌照；它代表PCB的技术发展方向，3G手机的高速传输、多功能、高集成，必须具有提供强大的传输运行载体。为解决高速传输、多功能、高集成发展带来的高密度布线与高频传输，开创了盲孔填铜工艺，以增强传输信号的高保真与增大BGA区BallArray 的排列密度（BallPitch 减小）。
　　二、HDI 高密度的发展趋势：
　　电子产品的小型化给元器件制造和印制板加工业带来了一系列的挑战：产品越小，元器件集成程度就越大，对于元器件生产商来说，解决办法就是大幅度增加单位面积上的引脚数，IC 元器件封装由QFP 、TCP ( tapecarrier package) 向BGA 、CSP 转变，同时朝向更高阶的FC 发展（其线宽/ 间距达到60nm/ 60 nm ）。与之相适应，HDI 线宽/ 间距也由4mil /4mil (100um/ 100um ) 大小变为3 mil /3 mil ( 75um/ 75 um) ，乃至于目前的60um/ 60 um ；其内部结构与加工技术也在不断变化以满足其更薄、更密、更小的要求。
　　HDI 发展为实现表面BGA 区BallArray 的高密度排列，进而采用了积层的方式来将表面走线引入内层，HDI 孔的加工经历着从简单的盲埋孔板到目前的高阶填孔板，在小孔加工与处理技术上，先后产生了VOP（ViaOn Pad ）、StaggerVia 、StepVia 、SkipVia 、StackVia 、ELIC（EveryLayer Interconnection ）等设计，以用来解决HDI 中BGA 区域BallArray 的高密度排列，部分设计叠构参见图2。
　　以下为部分高端HDI 微孔的叠构图：

　　StaggerVia 、StepVia 、SkipVia 、StackVia 在四种设计上BallPitch 依次递减，而StackVia 在设计所占空间要比StaggerVia 小一半，如下图3。在高端电子产品向微型化发展的今天，StackVia 叠构的设计已是发展的方向，同时StackVia 中的盲孔填铜，为3G 产品的高频信号传输提供了更高的可靠性。

　　各种微孔的制作设计，为解决IC高速发展带来的HDI 板表面贴装BGA区域Ball Array的高密度排列与高频信号传输之难题；填孔电镀工艺的开发为高密度布线、高频传输向多积层化发展提供了有利条件。
　　三、Dimple 对填孔电镀的重要性
　　为解决电子产品微型化给HDI 板制造带来的高密度、高集成，HDI 制造业开创了盲孔填铜工艺。盲孔填孔的关键品质点在于填孔的Dimple 值，Dimple 指的就是填孔后的凹陷值，如下图3 所示。

　　在盲孔填铜（FilledVia 简称FV ）系列产品制作中，Dimple 越小越好（一般以小于15um 为标准），当Dimple 过大时，在进行第二次盲孔加工时，因Dimple 位置在外层压合时被树脂填充，Dimple 位置的介质厚度要比其它位置大15um 以上，在盲孔加工时盲孔位置激光无法完全烧蚀掉盲孔底部的树脂，进而造成Smear ，影响填孔的可靠性；如图4

　　Stack 盲孔底部殘留的Smear 是填孔HDI 板制造的最可怕的隐形杀手，在叠孔连接位置殘留的Smear 在进行电性测试时很难测出，但经过锡炉的高温焊接后受内应力影响会出现开裂，导电性急剧下降，影响手机成品电信号传输。
　　珠海方正科技多层电路板公司富山分公司在盲孔填铜工艺上，现已实现了可以将Dimple 控制在10um 内。我们生产的二阶填孔HDI 板品质状况良好，信赖性测试符合IPC6012 /IPC6016 标准。珠海方正科技多层电路板公司富山分公司在盲孔填铜工艺上已经可以进行大批量生产，工艺技术达到国内领先水平。

　　四、填孔Dimple 品质的检测
　　目前对于盲孔填铜电镀的Dimple 检测国内制造工厂都是对填孔板取制切片进行分析，此种检测只能应用抽样的原理去做推测到板内的Dimple 情况，对Panel 内整体填铜分布情况无法量化分析。针对此问题，业内已有自动光学检测设备制造商开发出了用于填孔Dimple 定量检测，即3D填铜深度检查机，如图6。目前在日本一些先进的HDI 制造厂（IBDEN、MEIKO）已有运用3D 填铜深度检查机对盲孔填铜Dimple 进行定量分析检查。

　　3D是利用光学设备，对检测位置分割进行逐点量测出厚度，再通过系统软体计算出Dimple 的深度，其原理图解如下（图7）：

　　3D填铜深度检查机的开发运用，可为我们定量研究盲孔填铜的Dimple大小与Dimple区域分布提供精确的数据分析。可精确的检查分析出Panel内各点盲孔填铜的状况，为我们层别分析Dimple形成的原因，可作为制作参数的精确修正依据，3D填铜深度检查机的应用，将会促使盲孔填铜工艺的快速发展。
　　五、结论
　　在填孔电镀中，Dimple 是衡量填孔电镀品质的首要指标，Dimple 的大小直接影响填孔电镀产品的信赖性。在国内众多HDI 制造企业，因填孔电镀技术不佳，填孔Dimple 过大，在填孔电镀产品上存在技术壁垒，难以进军高阶市场。3D 填铜深度检查技术的开发及运用，为我们在量产中检测填孔电镀品质提供充足数据证明；促使填孔电镀获得有效管控，同时为二阶一次填孔板转向三阶二次填孔板、ELIC 奠定良好基础。