高密度互連技術(shù)在系統(tǒng)級(jí)封裝中的應(yīng)用

楊鵬飛 肖安云 田重慶 黃健銘

（珠海中京電路電子有限公司，廣東 珠海 519175）

0 引言

系統(tǒng)級(jí)封裝（system-in-package，SiP），是一個(gè)包含多種具備不同功能器件的組合體，能提供不同的功能，形成一個(gè)系統(tǒng)或者亞系統(tǒng)。SiP可以包含源器件、無源器件、MEMS、光電子甚至已經(jīng)封裝好的器件；SiP可以有效地減小產(chǎn)品尺寸，降低功耗。因此，SiP 對(duì)印制電路板（print circuit board，PCB）提出了一些特殊要求，如對(duì)準(zhǔn)度要求高、線路密度大、半孔加工、成型公差小等。本文闡述一款6 層SiP 線路板在制程過程中的難點(diǎn)及其解決方案，供業(yè)界同行參考和借鑒。

1 產(chǎn)品基本信息

1.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)基本信息

產(chǎn)品設(shè)計(jì)基本信息見表1，產(chǎn)品疊構(gòu)信息如圖1所示。

表1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)基本信息

圖1 SiP產(chǎn)品PCB疊構(gòu)

1.2 產(chǎn)品制作工藝流程

開料→（L3/4）激光鉆孔→填孔電鍍→內(nèi)層線路→內(nèi)層蝕刻→內(nèi)層光學(xué)檢測(cè)→棕化→壓合→（L2/5）激光鉆孔→填孔電鍍→內(nèi)層線路→內(nèi)層蝕刻→內(nèi)層光學(xué)檢測(cè)→棕化→壓合→（L1/6）激光鉆孔→通孔鉆孔→填孔電鍍→外層線路→外層光學(xué)檢測(cè)→防焊→成型→測(cè)試→出貨前檢驗(yàn)→包裝→出貨。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 對(duì)準(zhǔn)度控制技術(shù)

該P(yáng)CB 為任意層互聯(lián)的高密度互連（HDI）板，設(shè)計(jì)最小孔環(huán)為35 μm，對(duì)準(zhǔn)度要求較高。為滿足該類產(chǎn)品的對(duì)準(zhǔn)度要求，需要在制作過程中加以特殊控制，關(guān)鍵控制要點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面。

（1）芯板層激光鉆孔：使用機(jī)械鉆機(jī)鉆2.0 mm 通孔對(duì)位和激光1.0 mm 燒孔對(duì)位對(duì)比測(cè)試，選取激光燒出的1.0 mm 通孔對(duì)位，叉型孔兩面的對(duì)位偏差效果最佳。

（2）芯板層線路：使用機(jī)械鉆機(jī)鉆2.0 mm 通孔和激光1.0 mm 燒孔對(duì)位對(duì)比測(cè)試，選取激光燒出的1.0 mm通孔對(duì)位，線路層兩面偏差效果最佳。

（3）提高對(duì)準(zhǔn)度關(guān)鍵是選取的漲縮模式，其中激光鉆孔使用自動(dòng)漲縮，線路曝光采用激光直接成像技術(shù)，并使用自動(dòng)漲縮曝光模式。

采用以上應(yīng)對(duì)措施制作完成的SiP產(chǎn)品板，將整體對(duì)準(zhǔn)度控制在±25 μm 以內(nèi)，符合產(chǎn)品對(duì)位要求，不同對(duì)位方式驗(yàn)證見表2。

表2 不同對(duì)位方式驗(yàn)證

2.2 芯板層叉型孔激光鉆孔

由于叉型孔需要2 次激光鉆孔，加工過程中容易鉆偏，影響后面的對(duì)位。為解決鉆偏問題，通過叉型孔第1面鉆孔采用固定漲縮、第2面鉆孔采用自動(dòng)漲縮模式鉆孔，采用1.0 mm 激光燒孔對(duì)位方式實(shí)現(xiàn)激光鉆孔。制作結(jié)果顯示，可以將叉型孔兩面偏移對(duì)準(zhǔn)度控制在±15.0 μm 以內(nèi)，滿足產(chǎn)品要求，叉型孔激光鉆孔切片如圖2所示。

圖2 叉型孔激光鉆孔切片

2.3 板彎翹控制

產(chǎn)品板厚0.36 mm，制造過程中轉(zhuǎn)板采用酚醛墊板夾住搬運(yùn)，避免板薄搬運(yùn)過程中引起品質(zhì)異常。在成型銑板后，采用氮?dú)鈮嚎敬胧?，確保將板彎翹控制在客戶要求（0.5%）范圍內(nèi)。

2.4 線路制作

本項(xiàng)目產(chǎn)品線路設(shè)計(jì)復(fù)雜，最小線寬距、線距分別為40 μm 和45 μm。為了保證線路制作的良率，關(guān)鍵控制要求如下。

（1）將填孔后填孔的表面銅厚控制在（18±2.5）μm范圍，保證線寬蝕刻的均勻性。

（2）使用15 μm 薄干膜自動(dòng)壓膜，嚴(yán)禁手動(dòng)切膜，避免出現(xiàn)碎屑等影響線路質(zhì)量的問題，提高線路制作的精度和合格率。

（3）采用激光直接成像技術(shù)，曝光前對(duì)激光直接成像機(jī)臺(tái)實(shí)施保養(yǎng)清潔，避免臺(tái)面膜屑反粘，減少出現(xiàn)膜屑等影響線路質(zhì)量的問題，提高線路制作的精度和合格率。

通過對(duì)以上關(guān)鍵點(diǎn)的控制，可確保將線路良率控制在95%以上，線路制程能力指數(shù)Cpk 大于1.33，符合產(chǎn)品要求。

2.5 防焊制作

該產(chǎn)品為半孔設(shè)計(jì)，油墨厚度將直接影響半孔位置的油墨入孔。該產(chǎn)品防焊焊球陣列封裝（ball grid array，BGA）開窗設(shè)計(jì)尺寸約為100 μm，防焊油墨厚度將會(huì)影響開窗大小?？刂品篮赣湍穸仁瞧焚|(zhì)關(guān)鍵，控制重點(diǎn)如下。

（1）網(wǎng)版采用51目網(wǎng)版，成品油墨厚度內(nèi)控管控在（10±5）μm內(nèi)。

（2）防焊曝光采用直接成像（direct imaging，DI）生產(chǎn)。

（3）防焊控制一次良率，禁止退洗重工。

采用上述應(yīng)對(duì)措施，可將防焊良率控制在98.5%以上，油墨入孔控制符合產(chǎn)品要求。

2.6 半孔成型

工藝對(duì)比測(cè)試如圖3所示。

圖3 半孔不同銑板方式測(cè)試

由圖3（a）可知，采用普通銑刀和主軸正轉(zhuǎn)，半孔角懸空不受力的位置容易產(chǎn)生披鋒；由圖3（b）可知，采用主軸正/反轉(zhuǎn)，搭配正/反旋銑刀方式，可以實(shí)現(xiàn)直接銑半孔板的能力提升，產(chǎn)品符合品質(zhì)要求。

3 可靠性測(cè)試

產(chǎn)品可靠性測(cè)試見表3。

表3 產(chǎn)品可靠性測(cè)試

4 結(jié)語

SiP對(duì)產(chǎn)品各制程中的難點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)突破，在叉型孔激光加工尺寸、盲孔填孔、外層光學(xué)檢測(cè)、防焊和成型測(cè)試方面均獲得技術(shù)突破，產(chǎn)品全部通過可靠性認(rèn)證。此類板比傳統(tǒng)HDI 板更注重過程管控，對(duì)各關(guān)鍵工序的作業(yè)能力提出挑戰(zhàn)，在制作中要加強(qiáng)對(duì)各關(guān)鍵工序規(guī)范作業(yè)的關(guān)注，并以此提出了更高的要求。