高密度印制电路技术开发

    【集萃网观察】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。

　　高密度印制电路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，促进了印制电路板的多层高密度：

　　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，推进了常规印制电路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，同时造成印制电路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。印制电路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电路板。

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

　　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，革新了印制电路板的加工流程，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电路板加工。打破了常规印制电路板的加工流程，开创了印制电路板设计和加工的新思路，给印制电路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电路板行业的关注，高密度印制电路板的加工将成为21世纪主流。

　　三、高密度印制电路板的相关标准：

　　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电路板设计标准;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电路板性能规范;IPC-6016高密度印制电路板性能要求规范。

　　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、高密度印制电路板相关技术：

　　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。

　　五、常规印制电路板企业如何开发高密度印制电路板：

　　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、常规印制电路板企业开发高密度印制电路板面临的问题：

　　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。印制电路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电路板正在起步的时机，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电路板，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，适应高密度印制电路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，对中小印制电路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电路板的相关知识，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！

　　来源：宏力捷