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1、1 HDI板制作的基本流程 美維科学技術集团 東莞生益電子有限公司 Feb 28 2003 2 前言 東莞生益電子有限公司 前言 由于高科技的发展迅速 大部分的电子产品都开始向轻薄短小的方向发展 而高密度互连板 HDI 适应市场的要求 走到了PCB技术发展的前沿 HDI采用激光成孔技术 分为红外激光 紫外激光 UV光 两类 CO2红外激光成孔技术凭借其高效 稳定的特点广泛应用于4 6MIL盲孔的制作 SYE在2000年开始着手HDI制品的开发与研究 并于2001年购入Hitachiviamachine的CO2激光钻机 开始HDI产品的生产 经过一段时间的摸索 HDI制品的生产已经稳定 工艺也逐
2、渐成熟 经过3年多的生产 现总结出一些有关HDI制作的整个工艺流程和CO2激光盲孔制造的经验 在这里和大家探讨研究 美維科学技術集团 3 東莞生益電子有限公司 概述 HDI板 是指HighDensityInterconnect 即高密度互连板 是PCB行业在20世纪末发展起来的一门较新的技术 传统的PCB板的钻孔由于受到钻刀影响 当钻孔孔径达到0 15mm时 成本已经非常高 且很难再次改进 而HDI板的钻孔不再依赖于传统的机械钻孔 而是利用激光钻孔技术 所以有时又被称为镭射板 HDI板的钻孔孔径一般为3 6mil 0 076 0 152mm 线路宽度一般为3 4mil 0 076 0 10mm
3、 焊盘的尺寸可以大幅度的减小所以单位面积内可以得到更多的线路分布 高密度互连由此而来 HDI技术的出现 适应并推进了PCB行业的发展 使得在HDI板内可以排列上更加密集的BGA QFP等 一 概述 美維科学技術集团 4 1 HDI绝缘层材料 1 1常用HDI绝缘材料一览表 東莞生益電子有限公司 材料 二 材料 美維科学技術集团 5 東莞生益電子有限公司 材料 1 3特殊材料的介绍 HDI绝缘层所使用的特殊材料RCC 涂胶膜铜箔 ResinCoatedCopper 涂胶膜铜箔 ResinCoatedCopper 是指将特别的树脂膜层涂在电镀铜箔上 这层膜可以完全覆盖内层线路而成绝缘层 主要有两种
4、 Bstage Mitsui 和B Cstage Polyclad BstageB Cstage特点 不含玻璃介质层 易于镭射以及等离子微孔成形 薄介电层 极高的抗剥离强度 高韧性 容易操作 表面光滑 适合微窄线路蚀刻 铜箔 铜箔 树脂 Bstage 树脂 Bstage 树脂 Cstage 美維科学技術集团 6 東莞生益電子有限公司 材料 涂胶膜铜箔 ResinCoatedCopper 一般来说 HDI板的激光钻孔都是在涂胶膜铜箔上面成孔 孔径的形状与一般机械钻孔的孔的形状不完全一样 激光钻孔的孔的形状为一个倒置的梯形 而一般的机械钻孔 孔的形状为柱形 考虑到激光钻孔的能量与效率 镭射孔的孔径
5、大小不能太大 一般为0 076 0 10毫米 HDI板所需要的其他的材料如 板料 半固化片和铜箔等则没有特别的要求 由于镭射板的电流一般不会太大 所以线路的铜的厚度一般不太厚 内层一般为1盎司 外层一般为半盎司的底铜镀到1盎司的完成铜厚 板料的厚度一般较薄 并且由于RCC中也仅含树脂 不含玻璃纤维 所以使用RCC的HDI板的硬度 强度一般比同厚度的其他PCB要差 美維科学技術集团 7 東莞生益電子有限公司 材料 这些是不同类型的一阶盲孔切片图 A RCC FR4 1080 1 4不同HDI绝缘层材料的效果 美維科学技術集团 8 東莞生益電子有限公司 材料 2 1080 2 106 这些是不同类
6、型的一阶盲孔切片图 B 美維科学技術集团 9 東莞生益電子有限公司 材料 1 42 2 n 2 HDI板一般结构 美維科学技術集团 10 東莞生益電子有限公司 材料 下图是SYE制作的一个16层HDI板的结构 美維科学技術集团 11 三 能力 東莞生益電子有限公司 能力 SYEHDI板制程能力 美維科学技術集团 12 東莞生益電子有限公司 流程 下面我们将以一个1 4 1的6层板为例来简单说明一下HDI的制作流程 四 流程 美維科学技術集团 13 東莞生益電子有限公司 流程 开料是把我们采购回来的敷铜板切割成能在生产线上制作的板子的过程 首先我们来了解几个概念 UNIT UNIT是指客户设计的
7、单元图形 SET SET是指客户为了提高效率 方便生产等原因 将多个UNIT拼在一起成为的一个整体图形 它包括单元图形 工艺边等等 PANEL PANEL是指PCB厂家生产时 为了提高效率 方便生产等原因 将多个SET拼在一起并加上工具板边 组成的一块板子 我们采购回来的大料有以下几种尺寸 36 5INCH 48 5INCH 40 5INCH 48 5INCH 42 5INCH 48 5INCH等等 而我公司目前能制作的最大尺寸为23INCH 41INCH 而且考虑到利用率等原因 实际制板尺寸根据不同的板子而不同 所以开料就是将我们采购回来的大料切割成一个个PANEL大小的板子的过程 1 开料
8、 CUT 美維科学技術集团 14 東莞生益電子有限公司 流程 内层干膜是将内层线路图形转移到PCB板上的过程 2 内层干膜 INTTERDRYFILM 美維科学技術集团 在PCB制作中我们会提到图形转移这个概念 因为PCB制作就是也就是将设计好的布线图形转移到PCB板上 并用导通孔的方式保证每层电性能的连通 所以图形转移过程对PCB制作来说 有非常重要的意义 内层干膜包括内层贴膜 曝光显影 内层蚀刻等几道工序 首先将切好的芯板经过前处理 除去氧化膜和油污 进行内层贴膜 所谓内层贴膜就是在铜板表面贴上一层特殊的感光膜 这种膜遇光会固化 在板子上形成一道保护膜 贴好膜的板将进行曝光 我们将绘制有线
9、路图形的负片菲林挡在光源前进行曝光 透光的部分被固化 没透光的部分还是干膜 我们褪掉没固化的干膜 将贴有固化保护膜的板进行蚀刻 这样没有膜的铜皮将被蚀刻掉 有保护膜的铜皮会被留下来 再经过退膜处理 这时内层的线路图形就被转移到板子上了 对于设计工程师来说 我们要注意的是布线的最小线宽 间距的控制及布线的均匀性 因为间距过小会造成夹膜 膜无法褪尽造成短路 线宽太小 膜的附着力不足 造成线路开路 所以电路设计时的安全间距 包括线与线 线与焊盘 焊盘与焊盘 线与铜面等 都必须考虑生产时的安全间距 15 東莞生益電子有限公司 流程 内层干膜 内层贴膜 美維科学技術集团 16 東莞生益電子有限公司 流程
10、 内层干膜 对位与曝光 美維科学技術集团 17 東莞生益電子有限公司 流程 内层干膜 蚀刻后的检板与AOI 美維科学技術集团 18 東莞生益電子有限公司 流程 内层干膜 美維科学技術集团 线宽对报废率的影响 19 東莞生益電子有限公司 流程 黑化和棕化的目的去除表面的油污 杂质等污染物 增大铜箔的比表面 从而增大与树脂接触面积 有利于树脂充分扩散 形成较大的结合力 使非极性的铜表面变成带极性CuO和Cu2O的表面 增加铜箔与树脂间的极性键结合 经氧化的表面在高温下不受湿气的影响 减少铜箔与树脂分层的几率 3 黑化和棕化 BLACKOXIDATION 美維科学技術集团 内层线路做好的板子必须要经
11、过黑化或棕化后才能进行层压 它是对内层板子的线路铜表面进行氧化处理 一般生成的Cu2O 氧化亚铜 为红色 CuO 氧化铜 为黑色 所以氧化层中Cu2O为主称为棕化 CuO为主的称为黑化 20 美維科学技術集团 東莞生益電子有限公司 流程 3 黑化和棕化 棕化线 21 美維科学技術集团 東莞生益電子有限公司 流程 3 黑化和棕化 黑化线 22 美維科学技術集团 東莞生益電子有限公司 流程 层压层压是借助于B 阶半固化片把各层线路粘结成整体的过程 这种粘结是通过界面上大分子之间的相互扩散 渗透 进而产生相互交织而实现 目的 将离散的多层板与黏结片一起压制成所需要的层数和厚度的多层板 4 层压 PR
12、ESSING 23 美維科学技術集团 東莞生益電子有限公司 流程 层压 层压排版将铜箔 黏结片 半固化片 内层板 不锈钢 隔离板 牛皮纸 外层钢板等材料按工艺要求叠合 如果六层以上的板还需要预排版 层压过程 将叠好的电路板送入真空热压机 利用机械所提供的热能 将树脂片内的树脂熔融 借以粘合基板并填充空隙 24 美維科学技術集团 東莞生益電子有限公司 流程 层压 层压周期的控制 压制周期主要由层压过程中温度 压力 时间决定 相应地影响因素有压力 温度 升温速率 层压后处理 压板 二次切板 后固化 X ray钻孔 铣边 磨边 打钢印 25 美維科学技術集团 東莞生益電子有限公司 流程 层压 对于设
13、计人员来说 层压首先需要考虑的是对称性 因为板子在层压的过程中会受到压力和温度的影响 在层压完成后板子内还会有应力存在 因此如果层压的板子两面不均匀 那两面的应力就不一样 造成板子向一面弯曲 大大影响PCB的性能 另外 就算在同一平面 如果布铜分布不均匀时 会造成各点的树脂流动速度不一样 这样布铜少的地方厚度就会稍薄一些 而布铜多的地方厚度就会稍厚一些 为了避免这些问题 在设计时对布铜的均匀性 叠层的对称性 盲埋孔的设计布置等等各方面的因数都必须进行详细考率 26 美維科学技術集团 東莞生益電子有限公司 流程 印制板上孔的加工形成有多种方式 目前使用最多的是机械钻孔 机械钻孔就是利用钻刀高速切
14、割的方式 在板子 母板或子板 上形成上下贯通的穿孔 对于成品孔径在8MIL及以上的穿孔 我们都可以采用机械钻孔的形式来加工 机械钻孔的形式决定了盲埋孔的非交叉性 如果设计的是既有2 4层的埋孔 又有3 5层的埋孔 这样的设计在生产上将无法实现 就我们这块6层板而言 此时我们加工的是2 5层的埋孔 如图 5 钻埋孔 DRILLING 27 美維科学技術集团 東莞生益電子有限公司 流程 6 沉铜与加厚铜 孔的金属化 概念 电路板的基材是由铜箔 玻璃纤维 环氧树脂组成 在制作过程中基材钻孔后孔壁截面就是由以上三部分材料组成 孔金属化就是要解决在截面上覆盖一层均匀的 耐热冲击的金属铜 流程分为三个部分
15、 一去钻污流程 二化学沉铜流程 三加厚铜流程 全板电镀铜 28 美維科学技術集团 東莞生益電子有限公司 流程 6 沉铜与加厚铜 孔的金属化涉及到一个能力的概念 纵横比 又叫厚径比 厚径比是指板厚与孔径的比值 当板子不断变厚 而孔径不断减小时 化学药水越来越难进入钻孔的深处 虽然电镀设备利用振动 加压等等方法让药水得以进入钻孔中心 可是浓度差造成的中心镀层偏薄仍然无法避免 这时会出现钻孔层微开路现象 当电压加大 板子在各种恶劣情况下受冲击时 缺陷完全暴露 造成板子的线路断路 无法完成指定的工作 所以 设计人员需要及时的了解制板厂家的工艺能力 否则设计出来的PCB就很难在生产上实现 需要注意的是
16、厚径比这个参数不仅在通孔设计时必须考虑 在盲埋孔设计时也需要考虑 29 美維科学技術集团 東莞生益電子有限公司 流程 7 第二次内层干膜 当3 6层的埋孔金属化后 我们用树脂油墨塞孔 然后我们的6层板将转回到内层干膜制作第2 5层的内层线路 如下图 做完2 5层的线路后 我们将板子进行黑化或棕化 之后我们将其送入第二次层压 由于与前面步骤相同 就不再详细介绍 30 美維科学技術集团 東莞生益電子有限公司 流程 8 第二次层压 HDI的压板 HDI板的压板 由于涂胶膜铜箔 ResinCoatedCopper 内不含有玻璃纤维 并且树脂的厚度也不是很厚 常用的有12 80 12 65或18 80 18 65 所以压板较为困难 主要的问题就是介电层的厚度比半固化片更难控制 对于整个生产板来说板边的会比中间的偏薄 整个生产板的介电层厚度不均匀造成了镭射钻孔时的困难 内层有盲埋孔的地方线路更容易因凹陷而造成开路 所以如果内层如果有盲埋孔 则外层的线路设计要尽量避开内层的盲埋孔位置 至少是线路不要从盲埋孔的孔中间位置通过 另外如果是在压板时的第二层到倒数第二层之间有太多埋孔的话 压板的过程中将会由
