??????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)、簡單而又行之有效的工藝。　　關(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)。全球市場印制板的趨勢是在高密度互連產(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)對銅箔有較高的粘和強度；　　(5)固化后絕緣層厚度均勻。　　同時，因為RCC是一種無玻璃纖維的新型產(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)實由于鉆床臺面的平整度、印制板的翹曲度等因素，不能嚴(yán)格保證機械鉆盲孔分厘不差，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。 　　對于鉆頭深度控制的突破性構(gòu)思是電場傳感器(EFS即Electric Field Sensor)的應(yīng)用，鉆頭就像天線能探測信號，當(dāng)鉆頭接觸到金屬表面(如板子的銅表面)指定的信號就戲劇性的改變，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特的優(yōu)勢。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，因為鉆孔時板是單塊而不是疊層放置，所以鉆孔成本相對高許多。 　　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的自由基，與高分子反應(yīng)起到蝕孔的作用。它的優(yōu)點是所有導(dǎo)通孔一次加工并且不留殘渣，問題是處理時間較長，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→通斷測試→檢驗→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 　　因為RCC材料不含玻璃纖維，加熱的濃硫酸在較強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度，并輔之以機械振動或噴淋壓力，熱的濃硫酸就能充分發(fā)揮自身優(yōu)勢。而濃硫酸對銅表面和下一層的銅無腐蝕作用，且能有效的清除環(huán)氧樹脂，不象機械鉆孔、激光鉆孔那樣產(chǎn)生樹脂膩污，也不會出現(xiàn)類似機械鉆孔鉆到下一層銅箔的情形。如下圖四是沒有機械噴淋條件下，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更直，側(cè)蝕會更小。 　　因濃硫酸蝕刻環(huán)氧介質(zhì)時，其蝕刻能力是各向同性的，當(dāng)它垂直蝕孔的同時也側(cè)向蝕刻，導(dǎo)致銅箔下面產(chǎn)生側(cè)蝕的問題。又因為濃硫酸吸水性強，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)過程需要重點控制的另一個工序為化學(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、空氣攪拌，減少氣泡在盲孔內(nèi)滯留的機會，就可確保盲孔的電氣互連萬無一失。用濃硫酸蝕刻出來的孔較機械鉆孔÷激光成孔更徹底，無污物，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。因為需兩 次濃硫酸洗孔，兩次孔金屬化；且因為內(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。它的特點是盲孔、埋孔分散在不同層，用積層法可以很好的實現(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 　　此流程最為簡潔，因為只需一次濃硫酸噴射去除環(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)形成盲孔后的檢驗也是一個難點。用檢孔鏡查孔時，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，孔徑又很小時，孔內(nèi)滯留的氣體相對較少，利用真空壓機進(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，在國內(nèi)市場具有廣闊的發(fā)展前景。