HDI_制作流程

1HDI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.28,20032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)，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41、HDI绝缘层材料1.1常用HDI绝缘材料一览表材料类别规格RCC材料60T12、65T12、80T12、60T18、80T18普通FR41080、106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: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）RCCFR4（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2×10802×106这些是不同类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板制程能力比内层pad大5milmask对位能力3oz最大内层底铜厚度+/-7%阻抗公差1/2oz最小内层底铜厚度0.100um—0.200um盲孔加工孔径3oz最大外层底铜厚度≥+/-20%蚀刻公差1/3oz最小外层底铜厚度3mil/3mil内层最小线宽/间距0.10mm最小盲孔钻孔孔径3mil/3mil外层最小线宽/间距0.25mm最小通孔钻孔孔径+/-20um盲孔孔位公差0.40mm最小完成板厚+/-3mil通孔孔位公差4.0mm最大完成板厚1:1激光盲孔纵横比21”*27”最大完成板尺寸12：1镀通孔纵横比4-32层层数制程能力项目制程能力项目美維科学技術集团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：1.UNIT：UNIT是指客户设计的单元图形。2.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。3.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（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2.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2.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2.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2.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1.去除表面的油污，杂质等污染物；2.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；3.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；4.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1.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。2.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:(PRESSING)23美維科学技術集团東莞生益電子有限公司流程4.层压层压1.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。2.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4.层压层压3.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。4.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4.层压对于设计人员来说，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：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，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(ResinCoa