等離子體處理在改進(jìn)型半加成工藝中的應(yīng)用

陳 春 楊 貴 曹靜靜 樊廷慧 李 波

（深圳市金百澤電子科技股份有限公司，廣東 深圳 518000）

（惠州市金百澤電路科技有限公司，廣東 惠州 516083）

0 前言

等離子體（Plasma）處理技術(shù)一直廣泛地應(yīng)用于印制電路板（PCB）加工領(lǐng)域。

近年來隨著電子產(chǎn)品向小型化、多功能化方向發(fā)展，PCB也逐步向輕、薄、短、小發(fā)展，極細(xì)化線路加上高密度布局，常規(guī)減成蝕刻工藝已經(jīng)無法滿足新一代高密度互連（HDI）產(chǎn)品的布線需求，因線寬/線距進(jìn)一步縮小，滿足產(chǎn)品工藝能力需求產(chǎn)生了改進(jìn)型半加成工藝（mSAP）。但是在使用mSAP制作精細(xì)線路時(shí)，由于線路開窗底部干膜等異物殘留及開窗表面的浸潤性等問題嚴(yán)重影響著精密線路的加工良率，此時(shí)選擇使用等離子體處理便可以有效地解決此類問題，實(shí)現(xiàn)使用mSAP制作精密線路的良率提升，因此等離子體處理技術(shù)也進(jìn)一步擴(kuò)大其在PCB加工領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 等離子體處理介紹

1.1 什么是等離子體

等離子體是由部分電子被剝奪后的原子及原子被電離后產(chǎn)生的正負(fù)電子組成的離子化氣體狀物質(zhì)，它廣泛存在于宇宙中，常被視為是除去固、液、氣外，物質(zhì)存在的第四態(tài)，被稱為等離子態(tài)，或者“超氣態(tài)”，也稱為“電漿體”。等離子體是一種很好的導(dǎo)電體，利用經(jīng)過巧妙設(shè)計(jì)的磁場可以捕捉、移動(dòng)和加速等離子體。

1.2 等離子處理原理

在真空腔體內(nèi)的氣體分子里施加能量（常規(guī)如電能），由加速電子的沖撞，使分子、原子的最外層電子被激化，并生成離子或反應(yīng)性高的自由基。如此產(chǎn)生的離子或自由基被連續(xù)地沖撞和受電場作用力而加速，使之與材料表面碰撞，并破壞數(shù)微米范圍以內(nèi)的分子鍵，誘導(dǎo)削減一定厚度，生成凹凸表面，同時(shí)產(chǎn)生氣體成分的官能團(tuán)等，使其表面產(chǎn)生物理、化學(xué)變化，能夠準(zhǔn)確且有針對性地提升材料表面的粘附性、浸潤性等。所使用的等離子體處理氣體常見的有氧氣、氮?dú)夂退姆迹ㄈ鐖D1所示）。

圖1 等離子體產(chǎn)生機(jī)理圖

1.3 等離子體處理在印制電路板中的應(yīng)用

等離子體處理在PCB加工領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，有以下應(yīng)用。

（1）等離子蝕孔；（2）去除激光鉆盲孔后的碳化物；（3）精細(xì)線路制作時(shí)，去除干膜殘余物；（4）聚四氟乙烯材料沉銅前的孔壁表面活化；（5）疊層層壓之前的表面活化；（6）表面處理前的清潔；（7）成品清洗；（8）改變內(nèi)層表面形態(tài)和浸潤性，提高層間結(jié)合力。

文章中涉及等離子體處理的是以上第（3）（8）項(xiàng)在mSAP中的應(yīng)用。

2 研究過程

2.1 實(shí)驗(yàn)方案

如圖2所示，擬定實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2，同樣設(shè)計(jì)線寬/線距為15 μm/15 μm、25 μm/25 μm、35 μm/35 μm、45 μm/45 μm的精密線路圖形，分別使用mSAP加工技術(shù)在同等測試條件下完成圖形轉(zhuǎn)移（曝光線路補(bǔ)償5 μm），電鍍前使用儀器確認(rèn)未做等離子體處理（實(shí)驗(yàn)1）和增加等離子體處理（實(shí)驗(yàn)2）干膜開窗形態(tài)及尺寸、銅面形態(tài)及浸潤性測試對比，然后完成線路電鍍加成及脫膜，確認(rèn)線路品質(zhì)。等理子體清洗機(jī)工作原理圖見圖3所示。

圖2 測試流程及測試加工條件表圖

圖3 等離子體清洗機(jī)工作原理圖

2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2.1 電鍍前線寬/線距

電鍍前的線寬/線距的對比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1和圖4所示。

圖4 電鍍前線寬/線距圖

表1 電鍍前的線寬/線距對比表

使用金像顯微鏡分別測量各組線寬/線距，經(jīng)過四組數(shù)據(jù)對比確認(rèn)，使用激光直接成像（LDI）完成圖形轉(zhuǎn)移，實(shí)驗(yàn)2顯影后增加等離子處理比實(shí)驗(yàn)1顯影后未增加等離子處理的線寬開窗要擴(kuò)大1 μm左右，由數(shù)據(jù)可以判定本次選定的等離子處理?xiàng)l件對顯影后線路開窗大小無明顯影響。

2.2.2 電鍍前開窗形態(tài)

使用掃描電子顯微鏡（SEM）測量，可以明顯看出實(shí)驗(yàn)1顯影后不增加等離子處理線路開窗底部銅面有異物殘留；而實(shí)驗(yàn)2顯影后增加等離子處理，線路開窗底部銅面無異物殘留，且表面形態(tài)要比實(shí)驗(yàn)1有明顯優(yōu)化，如圖5所示。而且經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)本次選定的等離子體處理?xiàng)l件對感光干膜的表面無明顯影響。

圖5 電鍍前開窗形態(tài)圖

2.2.3 電鍍前浸潤性測試

經(jīng)過對銅面、板面及線路開窗的水滴測試對比，實(shí)驗(yàn)2顯影后增加等離子前處理后的浸潤性比實(shí)驗(yàn)1顯影后未做等離子處理的浸潤性明顯表現(xiàn)優(yōu)異，如圖6所示。

圖6 電鍍前浸潤性對比圖

2.2.4 電鍍后品質(zhì)確認(rèn)

VCP（垂直連續(xù)電鍍）加成后，使用金像顯微鏡觀察明顯可以看出實(shí)驗(yàn)1顯影后未增加等離子處理的試驗(yàn)板中高密度精密線路和矩陣PAD（盤）均有局部點(diǎn)狀抗電鍍不良，而實(shí)驗(yàn)2顯影后增加等離子處理的試驗(yàn)板中高密度線路和PAD（盤）沒有抗電鍍不良的異常產(chǎn)生。從圖7中可以看出實(shí)驗(yàn)2比實(shí)驗(yàn)1的電鍍品質(zhì)明顯表現(xiàn)優(yōu)異。

圖7 電鍍后品質(zhì)對比圖

2.2.5 脫膜后品質(zhì)確認(rèn)

完成脫膜后，高精密線路區(qū)實(shí)驗(yàn)1有線路剝離異常而實(shí)驗(yàn)2無線路剝離異常（如圖8所示），而且使用mSAP制作出來的線路品質(zhì)經(jīng)過對比可以明顯看出實(shí)驗(yàn)2也要比實(shí)驗(yàn)1表現(xiàn)明顯優(yōu)異。由此分析，顯影后增加等離子處理，不僅可以有效增強(qiáng)電鍍加成線路的結(jié)合力，還可以提升加成線路均勻性，改善線路品質(zhì)。

圖8 脫膜后品質(zhì)對比圖

3 研究結(jié)論

經(jīng)過對以上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出，在使用mSAP制作高密度線路時(shí)，顯影后增加相應(yīng)的等離子體處理，不但可以在不損壞感光干膜的情況下有效地去除底部殘膜等異物殘留、改變線路開窗的底銅表面形態(tài)、增強(qiáng)浸潤性，相應(yīng)地改善電鍍加成時(shí)抗電鍍異常，而且可以增強(qiáng)加成線路與底銅的結(jié)合力，改善加成線路的品質(zhì)，最終實(shí)現(xiàn)使用mSAP制作高精密線路的良率提升。