无芯基板盲孔底部残胶改善.pdf
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1、133HDI板 HDI Board2023春季国际PCB技术/信息论坛无芯基板盲孔底部残胶改善 Paper Code:S-107 谢添华 唐宜华 崔永涛(广州兴森快捷电路科技有限公司,广东 广州 510663)(深圳市兴森快捷电路科技股份有限公司,广东 深圳 518057)(珠海兴科半导体有限公司,广东 珠海 519090)摘 要 对高密度封装基板产品,如无芯基板(Coreless substrate)而言,盲孔与底铜连接品质对产品可靠性影响至关重要,但因盲孔孔径小,除胶药水在盲孔底部的贯通与交换能力受限,如何彻底去除孔底残胶,一直是业界的难点。文章对盲孔点状残胶缺陷进行了表征分析,并对铜箔类
2、型、铜箔粗糙度、除胶流程与除胶参数等影响因素进行研究,提供了有效改善盲孔底部点状残胶的控制措施。关键词 高密度封装基板;无芯基板;盲孔残胶 中图分类号:TN41 文献标识码:A 文章编号:1009-0096(2023)增刊-0133-07 Improvement of spot residue at the bottom of blind via for coreless substratesXie Tianhua Tang Yihua Cui Yongtao Abstract For high-density IC substrate products,such as coreless su
3、bstrate,the connection quality of blind via and bottom copper is critical to product reliability.However,due to the small diameter of blind via,the penetration and exchange capacity of desmear at the bottom of blind via is limited.How to thoroughly remove the smear residue at the bottom of blind via
4、 has always been a difficult problem in the industry.In this paper,the defect of spot residue in blind via is characterized and analyzed,and the influencing factors such as copper foil type,copper foil roughness,demear process and parameters are studied,and the improvement plan is proposed.Key words
5、 High-Density IC Substrate;Coreless Substrate;Blind Via,Smear Residue0 前言随着半导体集成电路技术的发展与提升,作为半导体芯片封装载体的封装基板互联密度也逐渐增加,为了应对封装基板不断提高的互联密度要求,作为电气互联的导通孔数量越来越多,孔径越来越小,尤其是无芯基板,孔数最多的已到4000000孔,孔径最小已达45 m,其中孔径小于100 m的孔基本都采用激光钻孔的加工方式,而激光盲孔因孔径小,加工后孔底残留的胶渣,因除胶药水在盲孔底部的贯通与交换能力受限,其中无芯基板因孔底铜箔为反转的铜箔毛面,更容易在铜芽间残留点状胶渣,
6、这样也更增加了去除孔底胶渣的困难,也增大激光盲孔电气互联的失效风险。文章对无芯基板盲孔失效模式中的残胶缺陷进行了表征分析,并对铜箔类型、铜箔粗糙度、除胶流程与除胶参数等影响因素进行2023春季国际PCB技术/信息论坛134HDI板 HDI Board研究,提供了有效改善盲孔底部点状残胶的控制措施。1 失效原因分析1.1 问题描述 文章讨论的无芯基板盲孔残胶出现在无芯基板的二次层压后,盲孔激光加工完除胶和孔金属化后,切片在金相显微镜及SEM图示中,可看到孔底存在异物,而此类盲孔,在普通的二线和四线电测试,测试结果正常,并不能发现孔底异常,而切片说明孔底存在胶渣异物,产品可靠性和电性能不能满足要求
7、,存在电性能失效的风险。图1 盲孔底部SEM1.2 原因分析1.2.1 孔底残留物成分分析表1 异常位置元素(含Si)表2 Core材元素(含Si)表1 异常位置元素(含Si)表2 Core材元素(含Si)元素 重量 原子 元素 重量 原子 百分比 百分比 百分比 百分比 C K 7.73 27.24 C K 55.15 67.54 O K 5.14 13.61 O K 22.66 20.83 Si K 1.30 1.96 Si K 22.20 11.63 Cu K 85.83 57.18 总量 100.00 总量 100.00 表1 异常位置元素(含Si)表2 Core材元素(含Si)元素
8、重量 原子 元素 重量 原子 百分比 百分比 C K 55.15 67.54 O K 22.66 20.83 Si K 22.20 11.63 Cu K 85.83 57.18 总量 100.00 135HDI板 HDI Board2023春季国际PCB技术/信息论坛对异常盲孔底部物质,进行EDS分析,如上图,除去C/O/Cu元素外,还含有Si元素,同时与Core材元素的EDS结果比对,盲孔底部点状物质含有与Core材中含Si元素一致,判定为孔底残胶。1.2.2 盲孔底部残胶原因分析孔底的残胶,主要来源于激光钻孔的烧蚀过程中,激光与基材发生的熔融反应残留下来的胶渣或碳化物,电镀铜后影响残胶的因
9、素主要是激光钻孔加工条件,除胶条件,底铜的粗糙度以及MSAP流程显影后的孔底干膜残留,以下从这四个影响因素进行分析及研究改善措施。(1)激光钻孔加工条件维持其他条件不变的情况下,在原激光钻机参数的基础上增加激光能量与枪数,如下表,对比不同激光加工条件下孔底残胶情况,电镀后切片如下图。表3激光钻孔加工条件 图2 条件 SEM 图3 条件 SEM表4 条件 EDS元素分析 元素 重量 原子 元素 重量 原子 百分比 百分比 百分比 百分比 C K 7.73 27.24 C K 8.64 28.36 O K 5.14 13.61 O K 6.01 14.52 Si K 1.30 1.96 Si K
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