引言過去18個月，關(guān)于半導(dǎo)體制造以及美國國內(nèi)芯片制造方面落后的充分擔(dān)憂，已經(jīng)有了大量的書面報道和討論。

針對這一問題，美國政府頒布了《CHIPS和科學(xué)法案》。這項法案提供的資金旨在推動美國國內(nèi)芯片制造的更快發(fā)展。

雖然，這一切的初衷都很好，但一旦這些先進(jìn)的芯片被制造出來，它們將何去何從？正如人們所說，“光有芯片也沒用”。

這些芯片需要高階PWB來支持這些封裝。PWB和IC載板是這些芯片、微處理器、電容器、存儲器、邏輯等安裝和互連的物理平臺。

如果沒有高可靠性、高密度的平臺，芯片將無處可去。這正是必須采用關(guān)鍵技術(shù)、工藝和材料來支持芯片生產(chǎn)和高階封裝的原因。

定位和材料選擇

HDI板的特點是特征更小和對準(zhǔn)更嚴(yán)苛。為此，特征補(bǔ)償和縮放比普通電路板更重要。HDI板也用于高頻應(yīng)用，因此，滿足這些需求為工程設(shè)計、定位部門帶來了新的挑戰(zhàn)。表1顯示了工程設(shè)計高頻板的三大挑戰(zhàn)。

表1:高速HDI板面臨三大挑戰(zhàn)

材料選擇同樣重要，特別是因為無鉛組裝溫度及其對層壓板分層和可靠性的影響。重要的新功能包括：

使用“共面波導(dǎo)”和共面帶狀線模型的高頻板的阻抗計算和堆疊。

新型酚醛環(huán)氧樹脂和無鹵FR-4的特性和放大、特征補(bǔ)償。

能夠添加局部基準(zhǔn)以對準(zhǔn)激光鉆孔CCD相機(jī)。

根據(jù)直徑、深度和材料類型存儲激光鉆孔參數(shù)的系統(tǒng)。

塞孔的特征，以確定埋孔的放置是否會產(chǎn)生問題。

從材料的角度來看，低Dk和低損耗層壓材料是首選的層壓材料。需要滿足信號完整性和阻抗匹配要求。最小化高頻信號損耗對于支持高階封裝的IC載板技術(shù)至關(guān)重要。這使人們能夠更好地理解導(dǎo)通孔形成和去鉆污、去金屬化。

小孔、小孔微導(dǎo)通孔形成

雖然HDI通常與激光鉆孔相關(guān)，但也可以通過機(jī)械鉆孔和化學(xué)蝕刻形成小盲孔。重要的是確保每個板都能接收到正確的微導(dǎo)通孔鉆孔參數(shù)。理想情況下，形成的導(dǎo)通孔形狀時在通孔頂部有更寬的開口，向下逐漸變細(xì)。

導(dǎo)通孔的形狀對于實現(xiàn)均勻鍍銅至關(guān)重要。電鍍操作的流體動力學(xué)要求不斷補(bǔ)充關(guān)鍵電鍍添加劑，以確保更換新鮮電解液以減少濃度極化。隨著濃度極化，擴(kuò)散層會缺少銅離子和其他添加劑。

注意，盲孔的直徑在頂部略窄。此外，整體導(dǎo)通孔的質(zhì)量受到影響，是過度去除粘合劑材料。在這種情況下，電解液到盲孔的層流被破壞，進(jìn)一步影響均勻電鍍。

需要考慮的其他重要因素和條件包括：

確保外層的層壓厚度一致，否則將嚴(yán)重影響激光鉆孔。

注意能級，以免在盲孔底部產(chǎn)生分層或環(huán)氧樹脂殘留物。仔細(xì)選擇要激光鉆孔的電介質(zhì)（可激光鉆孔的半固化片）。

檢查激光鉆孔設(shè)備的景深，以驗證可以激光鉆孔的最厚板材。

制造商必須投資最新的對準(zhǔn)和導(dǎo)通孔形成設(shè)備。

可能存在孔和導(dǎo)通孔的定位精度問題

可用于預(yù)測材料移動的系統(tǒng)

去鉆污和金屬化

從純材料的角度來看，這些高性能樹脂更難去鉆污和金屬化。因為模量更高，材料更脆。這些材料也更耐化學(xué)工藝，包括堿性高錳酸鹽化學(xué)工藝。人們不能依賴常見的具有較低Tg材料樹脂的高表面積和蜂巢狀結(jié)構(gòu)。

然而，為了確保清除鉆屑和其他碎屑，堿性高錳酸鹽工藝還必須活化樹脂和玻纖，以確保后續(xù)鍍銅的附著力。松散的碎屑和光滑的樹脂表面將無法提供足夠的附著力，因而無法承受熱偏移和機(jī)械沖擊。

精細(xì)走線成像、顯影

光刻法是高階封裝和IC載板生產(chǎn)的基石。激光直接成像現(xiàn)在是生產(chǎn)高密度與超高密度載板的必備技術(shù)。在不斷突破超高密度技術(shù)極限的過程中，傳統(tǒng)的接觸式印制技術(shù)顯現(xiàn)出了不足之處，于是促進(jìn)了激光直接成像(laser direct imaging，簡稱LDI)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

與接觸式印制技術(shù)相比，LDI系統(tǒng)有諸多優(yōu)勢。例如使用LDI技術(shù)生產(chǎn)的PCB具有更小的對準(zhǔn)容差，直接通過CAD系統(tǒng)印制圖形也不再需要使用底片。

而使用接觸式印制技術(shù)時，底片或面板的尺寸變化會引起對準(zhǔn)錯誤。尺寸之所以發(fā)生變化是因為掩模和面板材料（如FR-4）尺寸會隨著溫度及濕度（在一般的工廠環(huán)境下分別控制在±2°C和±5%RH）的變化而變化。

下方列出了制造電路時的5個步驟：

表面制備

抗蝕劑貼合

曝光

顯影

蝕刻

先來看曝光工藝。

在使用LED、LDI技術(shù)時，總是能聽到“焦距”(depth of focus，簡稱DOF)這個術(shù)語。設(shè)置正確的DOF是實現(xiàn)最佳分辨率的關(guān)鍵。反之，如果DOF設(shè)置不當(dāng)，就會導(dǎo)致線寬或線距增加、斷開或出現(xiàn)走線扭曲缺陷。所以說一定要確保DOF準(zhǔn)確無誤。

另一個必不可少的步驟是找到成像工藝中的應(yīng)力點。可以使用精細(xì)走線螺旋或精細(xì)走線和細(xì)間距等測試圖形找到應(yīng)力點。其中包括標(biāo)有刻度的精細(xì)走線和線距，例如100、75、50和25微米的精細(xì)走線和線距。這種評估還有助于深入了解其他會影響成像分辨率的工藝參數(shù)。

例如較高的曝光能量會增強(qiáng)抗蝕劑的附著力。此外，銅箔類型(ED、RTF、RA)、表面制備方式和顯影點提前都會影響成像的分辨率。千萬不要低估顯影點的威力。圖1示意圖中展示了顯影點提前。

圖1：顯影過程中早期形成的斷裂點(來源：Tim Blair,Tim Blair LLC)

即便使用了理想的曝光能量和表面制備方式，抗蝕劑寬度減少的風(fēng)險也是相當(dāng)高的。圖2顯示了此類問題的實際掃描電子顯微圖。顯影點提前會導(dǎo)致顯影過度和側(cè)蝕問題，而這種情況會進(jìn)一步導(dǎo)致內(nèi)層走線寬度變窄。

圖2：早期形成斷裂點會導(dǎo)致顯影過度(來源：Tim Blair,Tim Blair LLC)

蝕刻

可以說顯影和蝕刻是相通的。萬事萬物皆有聯(lián)系，這是排除故障時的基本規(guī)則。值得注意的是，無論是使用堿性蝕刻液還是酸性蝕刻液，蝕刻都是各向同性的。這就意味著Z軸的銅被蝕刻去除后，側(cè)面的銅也會被橫向去除。

一定要嚴(yán)格控制蝕刻的關(guān)鍵工藝參數(shù)。堿性氨水蝕刻技術(shù)可用于蝕刻內(nèi)層和外層。但控制精細(xì)走線蝕刻工藝的關(guān)鍵參數(shù)是堿性蝕刻溶液的pH值。將溶液的pH值保持在8.0~8.2之間有助于降低橫向蝕刻和側(cè)蝕。當(dāng)然，溶液的比重也很重要。將溶液比重保持在上限水平附近有助于減輕橫向蝕刻。

另外，像氯化銅這樣的酸性蝕刻劑只能用于內(nèi)層。這種蝕刻劑與金屬抗蝕劑不兼容。但與堿性蝕刻技術(shù)相比，酸性蝕刻具備更理想的蝕刻因數(shù)和側(cè)蝕。有報告稱，將酸性蝕刻劑控制在很低的游離酸常態(tài)下可以提高蝕刻系數(shù)。

還有其他研究對比了不同蝕刻蝕和不同光致抗蝕劑厚度下的蝕刻因數(shù)。T.Yamamot等人的早期研究證明了蝕刻通道加寬、抗蝕劑變薄之后產(chǎn)生的有利影響。以上引用的研究也證實了：與堿性蝕刻劑相比，銅蝕刻劑在側(cè)蝕方面具備的優(yōu)勢。

減成法蝕刻加工出的電路密度是有極限的。這是眾所周知的常識。蝕刻劑去除目標(biāo)位置銅的過程越長，就越有可能出現(xiàn)側(cè)蝕和走線寬度變窄。改用半加成型工藝并減小銅箔厚度，或使用介質(zhì)薄膜可大幅提高蝕刻因數(shù)。

審核編輯：湯梓紅