一文解析齊平電路技術和嵌入式電路工藝

Karl Dietz曾在《Tech Talk》專欄中撰寫過多篇有關嵌入式電路的文章，尤其詳細介紹了齊平電路技術和嵌入式電路工藝。Karl在專欄文章中介紹了兩種用來生產(chǎn)齊平電路的工藝。

以Dimensional Imprint Technology, Inc.公司George Gregoire發(fā)明的工藝為基礎的Imprint技術。

以Samsung Electro-Mechanics集團發(fā)明的工藝為基礎，研發(fā)出的電路轉移工藝。

這項工藝使用的并不是新技術，而是使用拋光后的不銹鋼作為導電載體。我在1971年首次接觸到這種電鍍后進行處理的工藝。坐落在加州Westlake Village的PACTEL（太平洋電訊）公司，向行業(yè)展示了他們使用光致抗蝕劑和電鍍后的電路轉移工藝制造出的50微米級微通孔。但隨著盲孔激光鉆孔技術的不斷提高，Amkor和西門子公司研發(fā)出了新的應用，使用這類激光技術可制造出電路凹槽和SMT焊盤上的凹槽。

齊平嵌入式電路

齊平嵌入式電路（圖1）的尺寸縮小到了75微米以下，與傳統(tǒng)減成法蝕刻PCB電路相比具備以下優(yōu)勢：

圖1:a)嵌入式導體與傳統(tǒng)銅箔蝕刻導體的對比圖;b)用激光劃線加工出的可進行金屬化處理的導體/連接盤/通孔路(來源:The PCB Magazine)

由于導體三面都有附著力，電路的可靠性和性能均有所提高。

很多情況下都不需要用到阻焊層，因為無鉛焊膏不會在線路密集區(qū)域流動或形成橋接。

超高速下的信號完整性得到提升。

在一些制造工藝當中完全消除了光刻技術（有機金屬焊膏）。

可使用的絕緣材料種類更多了。

如圖2所示，嵌入式走線不會干擾組裝在其上方的元器件。

圖2：嵌入式電路可以實現(xiàn)更精細的電路，具有更高的組裝靈活性

工藝流程

轉移過程從涂有薄導電脫模劑的拋光金屬基板開始。接下來，在載體上涂覆光致抗蝕劑，并透過掩模（或DD成像）在UV光下曝光，形成電路圖形。一旦完成光致抗蝕劑的顯影，就將載體清潔干凈，然后將金屬電鍍到曝光后的圖像上。

鑒于后邊會將載體移除，電鍍的第一層金屬（通常是金或銀）會在加工完成后曝光，隨后鍍一層鎳作為金屬屏障，最后鍍一層銅作為導電金屬。完成電鍍后，后續(xù)的整平步驟可以形成平整的金屬層表面，可黏附到永久的介質上；重復以上布置直至整個電路都連通。流程如圖3所示。

圖3：使用載體和電鍍光致抗蝕劑技術的電路轉移工藝

激光劃線工藝

正如我之前提到的，激光鉆孔是HDI制造不可分割的組成部分。幾家OEM都研發(fā)出了可以使用激光將走線和焊盤劃入表面材料的工藝（圖4）。在基板金屬化并針對特定位置完成電鍍后（鑲嵌填充），金屬會被閃蝕去除，即可形成齊平電路（圖5）。

圖4：在PCB表面完成燒蝕操作后，得到的走線、通孔和焊盤

圖5：圖4中的走線、通孔和焊盤現(xiàn)已完成了金屬化和電鍍處理

電解銅填充工藝

嵌入式凹槽的填充與填充表面凹槽有所不同，需要使用新一代鍍銅化學工藝。

水平加工法和縱向加工法

在整個工藝流程中，一定要熟練掌握的關鍵步驟之一就是凹槽的電化學沉積（ECD）或電鍍操作。因為是從電鍍晶圓轉移到了電鍍面板，所以一些關鍵工藝技術規(guī)范要求還包括沉積均勻性、基板產(chǎn)量和沉積多層金屬層的靈活性。傳統(tǒng)PCB制造中使用的批量電鍍已不能滿足這些技術規(guī)范要求。

行業(yè)研發(fā)出新的面板電鍍工具（鋼架）被，用于滿足面板基板上高階封裝的需求。該工具采用一系列緊湊的加工槽設計，可一次處理單個面板，取代了批量加工的方式。在電鍍槽中垂直加工部件，可以在不需要使用較大占地面積的情況下就能實現(xiàn)高產(chǎn)量，同時還能加工出高階封裝電鍍時所需的各種特征。有了大量的加工槽和經(jīng)過優(yōu)化的高架運輸系統(tǒng)后，就可以靈活地處理不同的金屬，產(chǎn)量也可以達到每小時60塊面板。在運輸和加工過程中，面板被固定在剛性支架中，最大限度地減少了面板翹曲引起的任何問題。

若想獲得完美的鍍銅表面，不僅僅需要用氧化鐵陽極替代可溶性陽極，還需要：

采用新型薄膜技術隔離不溶性陽極

測試并使用先進的設備

了解產(chǎn)生缺陷的根本原因

了解基本槽設計的影響

剪切板攪動

從大量溶液中沉積金屬，需要金屬離子在活性表面穿過流體動力邊界層。這個邊界層的有效厚度和均勻程度是影響沉積速率和沉積質量的關鍵因素。在面板電鍍工具的垂直加工槽中，可以直接應用晶圓電鍍工具中使用的剪切板攪動步驟。這種攪動方式使用面板附近的往復式格柵在表面產(chǎn)生湍流，并將金屬離子和其他關鍵反應物的傳輸效率提高至最大。

真空預潤濕

當待電鍍部件具有深或大厚徑比特征時，在將其插入電鍍槽的過程中，氣泡可能會被困在通孔或凹槽中。這些氣泡通過表面張力固定在某些位置，阻礙電鍍溶液與活性表面發(fā)生接觸，從而延遲甚至阻止這些位置的電鍍。消除氣泡最有效的方法是將部件置于真空環(huán)境下，并用脫氣、去離子水填充內腔。在沒有空氣的情況下，水會充滿所有凹槽。這樣一來，當部件被轉移到電鍍槽時，表面張力會排出其中的空氣。

案例

包括西門子、三星、WUS、UNIMICRON和AMKOR在內的許多OEM、PCB制造商和OSAT已構想并制造出了齊平嵌入式電路超HDI基板樣品（圖 6）。