引言過(guò)去18個(gè)月，關(guān)于半導(dǎo)體制造以及美國(guó)國(guó)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(bào)道和討論。

針對(duì)這一問(wèn)題，美國(guó)政府頒布了《CHIPS和科學(xué)法案》。這項(xiàng)法案提供的資金旨在推動(dòng)美國(guó)國(guó)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(lái)，它們將何去何從？正如人們所說(shuō)，“光有芯片也沒(méi)用”。

這些芯片需要高階PWB來(lái)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(chǔ)器、邏輯等安裝和互連的物理平臺(tái)。

如果沒(méi)有高可靠性、高密度的平臺(tái)，芯片將無(wú)處可去。這正是必須采用關(guān)鍵技術(shù)、工藝和材料來(lái)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(diǎn)是特征更小和對(duì)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(jì)、定位部門帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。表1顯示了工程設(shè)計(jì)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?yàn)闊o(wú)鉛組裝溫度及其對(duì)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(jì)算和堆疊。

新型酚醛環(huán)氧樹(shù)脂和無(wú)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(duì)準(zhǔn)激光鉆孔CCD相機(jī)。

根據(jù)直徑、深度和材料類型存儲(chǔ)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(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。

從材料的角度來(lái)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(hào)完整性和阻抗匹配要求。最小化高頻信號(hào)損耗對(duì)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(guò)機(jī)械鉆孔和化學(xué)蝕刻形成小盲孔。重要的是確保每個(gè)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(shí)在通孔頂部有更寬的開(kāi)口，向下逐漸變細(xì)。

導(dǎo)通孔的形狀對(duì)于實(shí)現(xiàn)均勻鍍銅至關(guān)重要。電鍍操作的流體動(dòng)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(huì)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(guò)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(jí)，以免在盲孔底部產(chǎn)生分層或環(huán)氧樹(shù)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(yàn)證可以激光鉆孔的最厚板材。

制造商必須投資最新的對(duì)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(wèn)題

可用于預(yù)測(cè)材料移動(dòng)的系統(tǒng)

去鉆污和金屬化

從純材料的角度來(lái)看，這些高性能樹(shù)脂更難去鉆污和金屬化。因?yàn)槟Ａ扛?，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(jiàn)的具有較低Tg材料樹(shù)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(shù)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(shù)脂表面將無(wú)法提供足夠的附著力，因而無(wú)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(guò)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(jiǎn)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(shì)。例如使用LDI技術(shù)生產(chǎn)的PCB具有更小的對(duì)準(zhǔn)容差，直接通過(guò)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(shí)，底片或面板的尺寸變化會(huì)引起對(duì)準(zhǔn)錯(cuò)誤。尺寸之所以發(fā)生變化是因?yàn)檠谀：兔姘宀牧希ㄈ鏔R-4）尺寸會(huì)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(shí)的5個(gè)步驟：

表面制備

抗蝕劑貼合

曝光

顯影

蝕刻

先來(lái)看曝光工藝。

在使用LED、LDI技術(shù)時(shí)，總是能聽(tīng)到“焦距”(depth of focus，簡(jiǎn)稱DOF)這個(gè)術(shù)語(yǔ)。設(shè)置正確的DOF是實(shí)現(xiàn)最佳分辨率的關(guān)鍵。反之，如果DOF設(shè)置不當(dāng)，就會(huì)導(dǎo)致線寬或線距增加、斷開(kāi)或出現(xiàn)走線扭曲缺陷。所以說(shuō)一定要確保DOF準(zhǔn)確無(wú)誤。

另一個(gè)必不可少的步驟是找到成像工藝中的應(yīng)力點(diǎn)?？梢允褂镁?xì)走線螺旋或精細(xì)走線和細(xì)間距等測(cè)試圖形找到應(yīng)力點(diǎn)。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(píng)估還有助于深入了解其他會(huì)影響成像分辨率的工藝參數(shù)。

例如較高的曝光能量會(huì)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(diǎn)提前都會(huì)影響成像的分辨率。千萬(wàn)不要低估顯影點(diǎn)的威力。圖1示意圖中展示了顯影點(diǎn)提前。

圖1：顯影過(guò)程中早期形成的斷裂點(diǎn)(來(lái)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(xiǎn)也是相當(dāng)高的。圖2顯示了此類問(wèn)題的實(shí)際掃描電子顯微圖。顯影點(diǎn)提前會(huì)導(dǎo)致顯影過(guò)度和側(cè)蝕問(wèn)題，而這種情況會(huì)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(diǎn)會(huì)導(dǎo)致顯影過(guò)度(來(lái)源：Tim Blair,Tim Blair LLC)

蝕刻

可以說(shuō)顯影和蝕刻是相通的。萬(wàn)事萬(wàn)物皆有聯(lián)系，這是排除故障時(shí)的基本規(guī)則。值得注意的是，無(wú)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(huì)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(bào)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(duì)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(shí)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(shì)。

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(shí)。蝕刻劑去除目標(biāo)位置銅的過(guò)程越長(zhǎng)，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