凸盤外層線路制作技術研究

吳柳松 劉振寧 羅練軍 張軍杰

（勝宏科技（惠州）股份有限公司，廣東 惠州 516211）

0 前言

下一代服務器CPU控制模塊用印制電路板（PCB）采用凸起連接盤（Raised Pad，以下稱凸盤）技術，此類產品為AMD，Intel等大客戶應市場發(fā)展需求，其應用前景廣闊。凸盤技術指標較高，分布在BGA區(qū)域，如圖1所示。因而，凸盤產品特征決定其制作工藝制作難點在鍍銅后外層線路制作。以下講述五種制作線路的工藝方法，主要從工藝流程、生產設備、物料，給出一套可行的技術方案。介紹了電鍍，外層和防焊制程的制作參數及關鍵品質。

圖1 凸盤板實物圖

1 技術難點

1.1 現狀分析

凸盤制作成品要求：高度50 μm±5 μm，其高度比阻焊層高25 μm，如圖2所示。

圖2 凸盤切片分析介質層厚度示意圖

1.2 凸盤工藝流程

針對外層線路不同工藝方法統(tǒng)計整理，凸盤板的制作工藝流程方案如下。

1.2.1 方案1 (真空壓膜法）

開料→內層→AOI→壓合→鉆孔→板電→干膜1→烘烤→凸盤鍍銅→鍍金→去膜→真空壓膜→線路曝光→DES→外檢AOI→防焊→文字→干膜2→化金→去膜→成型→電測→FQC→清洗→包裝

1.2.2 方案2（干膜封孔+網版印刷油墨法）

開料→內層→內檢AOI→壓合→鉆孔→板電→干膜1→烘烤→凸盤鍍銅→鍍金→去膜→熱輥壓膜→曝光→顯影→印刷油墨一面→烘烤→印刷油墨另一面→烘烤→曝光→DES→外檢AOI→防焊→文字→干膜2→化金→去膜→成型→電測→FQC→清洗→包裝

1.2.3 方案3 (干膜封孔+浸油工藝法）

開料→內層→AOI→壓合→鉆孔→板電→干膜1→烘烤→鍍銅Raised PAD→鍍金→去膜→熱輥壓膜→曝光→顯影→烘干→浸油→烘烤→線路曝光→DES→外檢層AOI→防焊→文字→干膜2→化金→去膜→成型→成測→FQC→清洗→包裝

1.2.4 方案4（干膜封孔+靜電噴涂法）

開料→內層→AOI→壓合→鉆孔→板電→干膜1→烘烤→凸盤鍍銅→鍍金→去膜→壓膜→曝光→顯影→靜電噴涂→預烤→曝光→DES→外檢AOI→防焊→文字→干膜2→化金→退膜→成型→成測→FQC→清洗→包裝

1.2.5 方案5 (先外層線路后鍍凸盤）

開料→內層→AOI→壓合→鉆孔→板電→外層線路→DES→外檢AOI→沉銅→干膜1→烘烤→凸盤鍍銅→鍍金→去膜→防焊→文字→干膜2→化金→去膜→成型→成測→FQC→清洗→包裝

2 凸盤線路板制作不同工藝

2.1 凸盤板的電鍍工藝流程

凸盤電鍍工藝流程，包含鍍銅與鍍金兩個流程?，F從干膜到鍍金制程相關參數如下。

（1）壓膜：板電后，經過前處理，清洗烘干板面后，使用熱輥壓膜機壓上一層感光抗蝕膜。干膜型號W265，此干膜有65 μm，保證鍍銅凸盤能鍍上大于50 μm的厚度。

（2）曝光：把壓膜后的板放到曝光機臺面上，放上底片，使用UV光照射。也可LDI曝光機直接曝光作業(yè)。其生產制作參數，曝光能量280～300 mJ，曝光能能量尺6±1格。

（3）顯影：曝光完后板，靜置30 min后，撕去干膜表層聚酯薄膜，放進顯影機，利用顯影劑藥水沖洗，留下干膜覆蓋圖形。其生產制作參數：線速1.5 m/min～2 m/min，碳酸鈉濃度（1±0.2）%。

（4）烘烤：把顯影將板插框架，放置在箱式烤箱內，設定溫度120 ℃，時間10 min～20 min，其目的是使干膜和面銅結合得更牢固。

（5）凸盤鍍銅：把烤后板冷卻常溫后，放到鍍銅線上進行鍍銅作業(yè)，其參數參考露出銅面積。生產參數：鍍銅面積（0.06 ft2）/鍍銅（1.6 A/dm2、120 min）/鍍錫（0.01 A/dm2、10 min）。

（6）鍍金：凸盤板鍍銅后，直接鍍金作業(yè)，要求鍍金厚度min：0.76 μm（30 μin），鎳厚3.0～5.1 μm（118～200 μin）使用3#鍍金線，生產參數：電流密度（Au：1.18 A/dm2、Ni：1.29 A/dm2），線速：0.7 m/min /設定面積：5000 m2。

通過以上制程生產后，凸盤已制作完成，如圖3所示。

圖3 BGA區(qū)域鍍凸盤和凸盤切片

使用切片分析統(tǒng)計電鍍凸盤的厚度，經測量數據實際值都在范圍內，相關數據如表1所示。

表1 凸盤切片測量數據（單位：μm）

表1數據顯示，凸盤板的電鍍銅厚，金鎳厚度都在范圍內，符合生產要求。

2.2 凸盤外層線路制作工藝

（1）以下為先鍍銅凸盤，后制作外層線路的外層圖形，從壓膜到外層AOI工序簡述如下。

①去膜：鍍金后將凸盤板放進去膜線作業(yè)，其原理利用去膜藥劑（NaOH），把干膜從板面上去除掉，保持板面潔凈。生產制作參數線速1.0 m/min～1.5 m/min，NaOH濃度3%～5%。

②壓膜：去膜后凸盤板，經過前處理清洗烘干板面后，使用熱輥壓膜機壓上一層感光抗蝕膜，干膜型號HD240，此干膜制作干膜封孔之用，防止后續(xù)印刷油墨入孔。主要參數，線速2.0 m/min，壓膜溫度110 ℃±10 ℃。

③曝光：把壓膜后的板放到曝光機臺面上，再放上底片使用UV光照射，把圖形轉移到板面的干膜層上。其生產制作參數，曝光能量90～110 mj，曝光能能量尺6±1格。

④顯影：曝光后板靜置30 min后，撕去干膜表層聚酯薄膜，放進顯影機，利用顯影劑藥水把未曝光的干膜沖洗掉，留下干膜覆蓋圖形。其生產制作參數：線速4.0～4.5 m/min，碳酸鈉濃度（1±0.2）%。

⑤網版印刷一面：使用絲網印刷機把顯影后板進行單面印刷作業(yè)。在板面上印上一層均勻的濕膜（線路油墨或防焊油墨，解析度達到制作外層線路的要求即可）。其生產制作參數：刮刀速度1.5～2.0 m/min，角度45°，壓力0.15 Mpa～0.2 Mpa。

⑥預烤：把印好單面的板插框架，放進烤箱預烤（溫度75 ℃，5～10 min），把濕膜烤干不粘手為準。

⑦網版印刷另一面：把印刷一面油墨烘烤干的板，同機臺進行另一面印刷作業(yè)，在板面上印上一層均勻的濕膜。其生產制作參數同上面印刷。

⑧預烤：把印好雙面油墨的板插框架，放進烤箱預烤（溫度75 ℃、20～25 min），把濕膜烤干（不黏手為準進行檢驗），預防黏底片。

⑨曝光：把印刷雙面油墨烤干的板，放到曝光機臺面上，放上底片，使用UV光照射作業(yè)(也可用LDI曝光機直接曝光作業(yè)）。曝光能量90～110 mJ曝光能量格（5～7格）。

⑩DES線：即顯影機、蝕刻機、去膜機組成水平線連線作業(yè)。把曝光過板放進顯影機，顯影出所需要的圖形，再經過蝕刻機內的酸性蝕刻液，腐蝕掉暴露的銅面，留下的保護膜經過去膜機內去膜藥劑（氫氧化鈉）把覆蓋銅面上的保護膜去掉，得到銅層線路圖。生產參數：速度為3.5～5 m/min；顯影壓力0.15～0.2 Mpa，碳酸鈉濃度（1±0.2）%；蝕刻壓力0.2～0.3 Mpa；去膜壓力0.15～0.2 Mpa，氫氧化鈉濃度3～5%。

?光學自動檢測（AOI）：針對蝕刻出外層線路圖形進行檢驗，與CAM客戶原稿設計圖形比對是否完整，若不完整，存在缺失項，則查看判別，檢修。圖4是完成外層線路和凸盤的線路局部圖示。

圖4 凸盤線路蝕刻圖

（2）以下為先外層線路，后制作鍍銅凸盤的工序如下，有關參數與前述類同，不再多述。

①壓膜：板電后經過前處理烘干板面后，使用熱輥壓膜機壓上一層感光抗蝕膜，干膜型號HD7240。

②曝光：把壓膜后的板放到曝光機臺面上，放上底片，使用UV光照射。也可采用LDI（激光直接成像）曝光機直接曝光作業(yè)。

③顯影：曝光完后板，靜置15 min后，進行顯影。

④DES蝕刻線，顯影-蝕刻-去膜。

⑤外檢AOI對蝕刻出外層線路圖形進行檢驗。

⑥沉銅:把外層線路獨立的單元，通過沉銅線，沉積一層薄的銅層連接起來，為后面電鍍提供能導電的導體。生產參數：線速2 m/min。

⑦鍍銅凸盤工序制作參照以上2.1節(jié)。

凸盤外層線路制作依據基材銅經過板電后，整體銅厚在35～40 μm。按照銅厚35 μm外層銅厚進行補償線寬作業(yè)，其正常補償38 μm?，F首件測量線寬數據在中值偏上。符合生產要求。

表2、表3數據顯示，凸盤板的首件板制作完，線寬測量數據，以及相關阻抗測量值在中值偏上，都在范圍內，符合生產要求，后續(xù)批量生產。

表2 TOP面凸盤線寬測量數據（單位：μm）

表3 Bottom面阻抗線測量數據

3 凸盤板制作工藝對比

3.1 先制作凸盤后制作線路

先鍍銅凸盤后線路制作，由于凸盤存在高低差,無真空壓膜設備，只能選用油墨制作線路。預防油墨入孔去墨不凈，PTH孔先使用干膜蓋孔，再印刷油墨（或噴涂，浸油作業(yè)）。由于工藝流程長，油墨在凸盤之間厚薄不均，抗蝕刻能力差異，導致最終線路良率較低。

3.2 先制作線路后制作凸盤

先制作外層線路，由于在板電后壓膜生產，不存在凸盤高低差影響。因而，其外層制作的良率較高（90%以上），可達到達方案1使用真空壓膜設備生產凸盤板的外層良率。

3.3 凸盤線路制作出現缺陷與工藝改進

在制作線路時，由于凸盤存在高低差，導致抗蝕劑干膜或油墨覆蓋不全面，影響抗蝕刻效果。主要缺陷和對策見表4。

表4 凸盤制作線路缺陷工藝改善主要對策表

3.4 凸盤線路制作方案比較

不同工藝方法的工序數與良品率相關數據見表5所示。統(tǒng)計分析這5種方案，前4種先鍍銅凸盤后制作線路，方案5剛好相反，其優(yōu)勢如下。

（1）縮短工序：可減去使用干膜蓋孔和濕墨制作線路兩個工序；

（2）精簡工藝：省略濕墨印刷制作線路，減少一次影像轉移工藝；

（3）節(jié)省工時：沉銅（10 min）與絲印油墨（3小時-制作10 PNL板計時）耗時相差甚遠；

（4）物料節(jié)省：省去濕墨的物料和工夾具的消耗；

（5）良率提升>30%，方案5的外層良率90%相比方案2、3、4的外層線路良率50%～60%，差異>30%。

綜上所述，凸盤外層線路制作，不同的工藝制作方法生產良率存在差異，后續(xù)工藝不斷改善，優(yōu)化參數，改良方法，將會不斷提高產品良率。