采用RCC與化學(xué)蝕刻法制作高密度互連

??????采用RCC與化學(xué)蝕刻法制作高密度互連印制板

??????摘 要：本文闡述了RCC材料與化學(xué)蝕刻法制作高密度互連印制板的工序和詳細(xì)方法，意在探尋最為經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單而又行之有效的工藝?！　￡P(guān)鍵字：RCC材料 盲孔 化學(xué)蝕刻法 　　 一綜 述 　　隨著IT行業(yè)日新月異的變化，電子產(chǎn)品問著輕、薄、短、小型化發(fā)展，相應(yīng)的印制板也面臨高精度、細(xì)線化、高密度的挑戰(zhàn)。全球市場(chǎng)印制板的趨勢(shì)是在高密度互連產(chǎn)品中引入盲、埋孔，從而更有效的節(jié)省空間，使線寬、線間距更細(xì)更窄。而相應(yīng)的為適應(yīng)積層法和微細(xì)孔技術(shù)而發(fā)展的RCC材料(涂樹脂銅箔Resin Coated Copper Foil，縮寫RCC)也日益成熟。 　　1．1 RCC簡(jiǎn)介 　　RCC是由表面經(jīng)粗化、耐熱、防氧化等處理的銅箔和B階段樹脂組成的，其結(jié)構(gòu)如圖1所示：銅箔(9-18μm)樹脂層(60-100μm)圖一：涂樹脂銅箔的結(jié)構(gòu) RCC的樹脂層，應(yīng)具備與FR-4粘結(jié)片(Prepreg)相同的工藝性。此外還要滿足積層法多層板的有關(guān)性能要求，如： 　　(1)高絕緣可靠性和微導(dǎo)通孔可靠性；　　(2)高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)；　　(3)低介電常數(shù)和低吸水率；　　(4)對(duì)銅箔有較高的粘和強(qiáng)度；　　(5)固化后絕緣層厚度均勻。　　同時(shí)，因?yàn)镽CC是一種無(wú)玻璃纖維的新型產(chǎn)品，有利于激光、等離子體的蝕孔處理，有利于多層板的輕量化和薄型化。另外，涂樹脂銅箔具有12μm，18μm等薄銅箔，容易加工。 　　 1．2盲孔的形成 　　1)傳統(tǒng)的機(jī)械鉆孔工藝已不能滿足微細(xì)孔的生產(chǎn)，如數(shù)控鉆床批量鉆孔最小孔徑為 0．1--0．3mm，而且鉆盲孔要求刀具在2軸方向具有很高的精確度，才能確保剛好將環(huán)氧層鉆透，而又不破壞下一層的銅箔。而現(xiàn)實(shí)由于鉆床臺(tái)面的平整度、印制板的翹曲度等因素，不能嚴(yán)格保證機(jī)械鉆盲孔分厘不差，只能控制鉆頭深度在±50μm(2mil)，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足盲孔生產(chǎn)的需要。 　　對(duì)于鉆頭深度控制的突破性構(gòu)思是電場(chǎng)傳感器(EFS即Electric Field Sensor)的應(yīng)用，鉆頭就像天線能探測(cè)信號(hào)，當(dāng)鉆頭接觸到金屬表面(如板子的銅表面)指定的信號(hào)就戲劇性的改變，這樣控制的深度為±5μm(0．2mil)，可以達(dá)到制造盲孔的要求。將這一構(gòu)思與傳統(tǒng)鉆孔工藝相結(jié)合，解決了2軸方向深度控制問題，但微細(xì)孔(小于0．3mm)，的形成，問題依然存在。 　　2) 現(xiàn)代的激光蝕孔技術(shù)在埋、盲孔制作方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。激光鉆孔之所以能除去被加工部分的材料，主要靠光熱燒蝕和光化學(xué)燒蝕。PCB，鉆孔用的激光器主要有FR激發(fā)的氣體C02激光器和UV固態(tài)Na：VAG激光器兩種。激光鉆孔速度雖快，但是和轉(zhuǎn)軸鉆孔(spindle drillng)相比，因?yàn)殂@孔時(shí)板是單塊而不是疊層放置，所以鉆孔成本相對(duì)高許多。 　　3) 等離子蝕孔，首先是在覆銅板上的銅箔上蝕刻出窗孔，露出下面的介質(zhì)層，然后放置在等離子的真空腔中，通入介質(zhì)氣體如CF4／H2／02／He／Ar，在超高頻射頻電源作用下氣體被電離成活性很強(qiáng)的自由基，與高分子反應(yīng)起到蝕孔的作用。它的優(yōu)點(diǎn)是所有導(dǎo)通孔一次加工并且不留殘?jiān)?，問題是處理時(shí)間較長(zhǎng)，且成本高不適于大批量生產(chǎn)。 　　 二化學(xué)蝕刻法 　　化學(xué)蝕刻法在涂樹脂銅箔上制作盲孔是一項(xiàng)低成本而又行之有效的工藝方法。化學(xué)蝕刻法是在覆銅板表面做抗蝕層(干膜或濕膜)，用只含盲孔孔位的底版曝光／顯影／蝕刻銅，去掉孔表面的銅形成裸窗口，露出介質(zhì)層樹脂。然后用加熱的濃硫酸噴射到裸窗口上，腐蝕掉樹脂，形成盲孔。 RCC銅箔 RCC樹脂抗蝕層濕膜或干膜化學(xué)蝕刻法腐蝕銅窗口去掉抗蝕層濃H2SO4去除樹脂介質(zhì)孔金屬化現(xiàn)以一寬帶網(wǎng)卡的積層式6層板為例介紹工藝流程(要求：6層板，1-2層含盲孔， 5-6層含盲孔，板厚0．8mm以下。) 　　生產(chǎn)流程：

　　下料(芯板2／3層，4／5層，)→制作內(nèi)層板一內(nèi)層層壓(2／3，4／5層)→向兩方向壓外層(涂樹脂銅箔) (1／6層)→外層盲孔圖形轉(zhuǎn)移(1、6層盲孔)→腐蝕盲孔位置上與盲孔直徑一致的銅箔，裸露介質(zhì)樹脂→濃硫酸噴射去除環(huán)氧介質(zhì)形成盲孔→鉆通孔→前處理→沉銅(平板電鍍)→外層圖形轉(zhuǎn)移→電鍍→蝕刻→印阻焊→熱風(fēng)整平或其它可焊性保護(hù)層→銑外形→通斷測(cè)試→檢驗(yàn)→包裝。 　
?? 　三討論
　　RCC材料和積層法技術(shù)的成熟為盲孔的制作鋪平了道路。
　　3，1濃硫酸的作用與影響 　　因?yàn)镽CC材料不含玻璃纖維，加熱的濃硫酸在較強(qiáng)的噴射壓力下能較快去除環(huán)氧介質(zhì)，而又省掉去玻璃纖維的工序。其腐蝕深度與時(shí)間、濃度的關(guān)系：　　腐蝕樹脂的深度(μm) 　　90％ 92％ 94％ 96％ 98％ 濃硫酸的濃度　　T=38℃ t=60s,無(wú)噴淋壓力下，濃硫酸濃度與腐蝕深度關(guān)系圖 　　因盲孔一般都是小于0．3mm的微小孔，而濃硫酸因其粘度高難以進(jìn)孔。若將其加熱可有效的增加流動(dòng)度，并輔之以機(jī)械振動(dòng)或噴淋壓力，熱的濃硫酸就能充分發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)。而濃硫酸對(duì)銅表面和下一層的銅無(wú)腐蝕作用，且能有效的清除環(huán)氧樹脂，不象機(jī)械鉆孔、激光鉆孔那樣產(chǎn)生樹脂膩污，也不會(huì)出現(xiàn)類似機(jī)械鉆孔鉆到下一層銅箔的情形。如下圖四是沒有機(jī)械噴淋條件下，濃硫酸蝕刻出的盲孔的顯微剖切照片。如有均勻的噴淋壓力盲孔的孔壁會(huì)更直，側(cè)蝕會(huì)更小。 　　因濃硫酸蝕刻環(huán)氧介質(zhì)時(shí)，其蝕刻能力是各向同性的，當(dāng)它垂直蝕孔的同時(shí)也側(cè)向蝕刻，導(dǎo)致銅箔下面產(chǎn)生側(cè)蝕的問題。又因?yàn)闈饬蛩嵛詮?qiáng)，濃度易變，因此嚴(yán)格監(jiān)控濃硫酸濃度，固定溫度指數(shù)，根據(jù)RCC材料的樹脂厚度和硫酸的濃度、溫度關(guān)系圖三決定洗孔的時(shí)間，才能確保環(huán)氧介質(zhì)被去掉而產(chǎn)生的側(cè)蝕又最小。 　　所以化學(xué)蝕刻法在涂樹脂銅箔上制盲孔是一項(xiàng)低成本而又可靠的工藝方法。 　　

??????3．2化學(xué)沉銅 　　含盲孔的印制板生產(chǎn)過程需要重點(diǎn)控制的另一個(gè)工序?yàn)榛瘜W(xué)沉銅，因積層法制多層板，需一次或多次沉銅。盲孔孔徑小，化學(xué)鍍銅溶液難以進(jìn)孔，而且不如貫通孔，溶液能夠順利進(jìn)出交換更新。因此實(shí)現(xiàn)盲孔的金屬化使層與層之間連通便成為至關(guān)重要的工作。而RCC材料較其他環(huán)氧覆銅板薄，對(duì)制作相伺孔徑(0．3mm)的盲孔，其層與層間板厚孔徑比如下：材料類型 RCC材料銅箔厚度 18μm樹脂厚度 50μm 100μm板厚孔徑比(盲孔) 0．23：1 0．39：1 　　由上表可見，利用RCC材料作盲孔，板厚孔徑比小于1：1，孔金屬化相對(duì)容易許多。板厚孔徑比大大減小，有利于活化溶液、還原溶液、化學(xué)鍍銅溶液在孔內(nèi)的交換。另外，化學(xué)鍍銅生產(chǎn)線再輔之以陰極移動(dòng)、空氣攪拌，減少氣泡在盲孔內(nèi)滯留的機(jī)會(huì)，就可確保盲孔的電氣互連萬(wàn)無(wú)一失。用濃硫酸蝕刻出來的孔較機(jī)械鉆孔÷激光成孔更徹底，無(wú)污物，減少了盲孔孔金屬化前的清潔處理工作。而且孔金屬化后可避免鍍層不牢、熱沖擊脫落等問題。
　　3．3多層盲孔 　　多層盲孔的制作有幾種流程，以1／2／3層盲孔的六層板為例(樹脂厚度為70gm)： 　　方法一：加工完的內(nèi)層板(3／4)→外壓涂樹脂銅箔(2，5)→盲孔圖形轉(zhuǎn)移→腐蝕銅箔，形成裸窗口→濃硫酸噴射去除環(huán)氧介質(zhì)(70lμm)形成盲孔→孔金屬化→電鍍銅加厚→黑化→壓涂樹脂銅箔→形成盲孔(同上) 此流程采用循序漸進(jìn)的方式加工盲孔，既常規(guī)積層法，工序多，且不易控制。因?yàn)樾鑳?次濃硫酸洗孔，兩次孔金屬化；且因?yàn)閮?nèi)層盲孔金屬化，黑化必須注意微蝕量，防止孔壁銅被蝕去過多。它的特點(diǎn)是盲孔、埋孔分散在不同層，用積層法可以很好的實(shí)現(xiàn)。 　

?? 　方法二：加工完的內(nèi)層板(3／4)→外壓涂樹脂銅箔(2，5)→盲孔圖形轉(zhuǎn)移→腐蝕銅箔，形成裸窗口→濃硫酸噴射去除環(huán)氧介質(zhì)(70μm)形成盲孔→黑化→壓涂樹脂銅箔(1， 6)→盲孔圖形轉(zhuǎn)移→腐蝕銅箔，形成裸窗口→濃硫酸噴射去除環(huán)氧介質(zhì)(140μm)形成盲孔→孔金屬化→電鍍銅加厚此流程比方法一少一孔金屬化、電鍍銅加厚工序，但因第一次形成盲孔后未金屬化，第二次層壓樹脂仍會(huì)流入，所以第一次濃硫酸噴射去除環(huán)氧介質(zhì)的意義不大。 　　方法三：加工完的內(nèi)層板(3／4)→壓涂樹脂銅箔(2，5)→盲孔圖形轉(zhuǎn)移→腐蝕銅箔，形成裸窗口→黑化→外壓涂樹脂銅箔(1，6)→盲孔圖形轉(zhuǎn)移→腐蝕銅箔，形成裸窗口→濃硫酸噴射去除環(huán)氧介質(zhì)(140μm)形成盲孔→孔金屬化→電鍍銅加厚 　　此流程最為簡(jiǎn)潔，因?yàn)橹恍枰淮螡饬蛩釃娚淙コh(huán)氧介質(zhì)，孔金屬化，工序少，容易控制，縮短周期。如果只有盲孔且盲孔集中在1／2／3層或者只有埋孔且集中在2／3層，用此法簡(jiǎn)便易行。Z 　　3．4問題 　　3．4，1因盲孔孔徑小，多層盲孔圖形轉(zhuǎn)移時(shí)應(yīng)注意定位精確，否則盲孔重合度差。 　　3．4．2濃硫酸噴射去除環(huán)氧介質(zhì)形成盲孔后的檢驗(yàn)也是一個(gè)難點(diǎn)。用檢孔鏡查孔時(shí)，盲孔下層正好顯現(xiàn)一同心圓斑則能保證盲孔的連通。掌握濃硫酸洗孔的最佳深度，使兩層間的樹脂剛好去掉，孔金屬化后與下一層連通，又使盲孔位置的銅突沿最小。

　　3．4．3層壓也是制作盲孔的關(guān)鍵工序，控制與普通內(nèi)層板基本一致。為了達(dá)到滿意的層壓效果，對(duì)于盲孔應(yīng)注意填孔，避免氣泡難以排除而最終影響層與層間的結(jié)合力。但因 RCC材料具有較薄的優(yōu)勢(shì)，孔徑又很小時(shí)，孔內(nèi)滯留的氣體相對(duì)較少，利用真空壓機(jī)進(jìn)行層壓，控制好升溫速率、壓力，得到合格的層壓板亦非難事。 　　 四結(jié)論　　涂樹脂銅箔與化學(xué)蝕刻法結(jié)合應(yīng)用于埋盲孔的制作，成本低，小批量和大規(guī)模生產(chǎn)都適用，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)具有廣闊的發(fā)展前景。