劉曉陽 陳文錄

（江蘇無錫35信箱 214083）

1 引言

有機基板與TSV（硅通孔）轉(zhuǎn)接板的作用是將CPU芯片的信號管腳節(jié)距逐級放大，最終將信號引出與PCB及其它器件互連，從而形成具備完整功能的模塊。從材料熱膨脹系數(shù)、形變量以及焊點節(jié)距對形變的容差綜合考慮，結(jié)合對熱機械應力的設計仿真結(jié)果，芯片凸點節(jié)距180 μm，轉(zhuǎn)接板的凸點放大后信號區(qū)域節(jié)距270 μm，內(nèi)核區(qū)域為360 μm，有機基板的BGA（球柵陣列）節(jié)距1.0 mm，經(jīng)過逐級放大后，各個層級對材料熱膨脹帶來的形變緩沖容忍度大大增強，提升了封裝的可靠性。與直接FCBGA（倒裝球柵陣列封裝）的有機基板相比，采用TSV轉(zhuǎn)接板的2.5D封裝整體技術復雜度提升，可靠性和集成度將大大提升，大尺寸芯片的封裝能力指標也提高一個數(shù)量級。同時，布線層向轉(zhuǎn)接板的轉(zhuǎn)移，將有機基板的布線密度相對降低，客觀上降低了有機基板的工藝難度。但是，有機基板作為高端陣列式封裝的關鍵部件，產(chǎn)業(yè)界和學術界對其設計、材料、工藝的研究從未停止[1]。本文將針對在2.5 D封裝中實際應用的有機基板，從工藝路線設計、材料選擇、關鍵工藝難點控制等方面開展研究與實驗，并形成小批量產(chǎn)品的制造能力。

2 有機基板制造工藝選擇與設計[2]-[7]

有機基板一般根據(jù)層間互連的形成方式分類，包括：ALIVH（Any Layer Interstitial Via Hole）（任意層內(nèi)導通孔）、B2it（Buried Bump Interconnection Technology）（埋入凸塊焊點互連技術）、NMBI（Neo Manhattan Bump Interconnection）（新曼哈頓凸點連接）、激光盲孔等，均是以層間互連采用的不同工藝來區(qū)分的，而ALIVH從廣義上可以包含后幾種技術。ALIVH即任意層間互連導通孔，其導通材料可以是電鍍銅、導電銀漿凸點、激光盲孔鍍銅、銅凸點等，典型的B2it和NMBI流程對比（如圖1）。

圖1 B2it和NMBI工藝的比較示意圖

圖1中B2it工藝是多次印刷導電膏并多次固化，要求每次印刷的位置精度和導電膏量的精度很高，導電膏可以使用銅漿或銀漿，此工藝的缺點在于多次印刷均勻性難以控制，導電膏的直徑無法進一步縮小，印刷導電膏與兩面導體的結(jié)合對可靠性是很大挑戰(zhàn)。NMBI工藝采用圖形的方式，將多層金屬片進行選擇性刻蝕，從而形成層間互連所需要的銅凸點，再利用壓合的方式將凸點與下一層金屬結(jié)合，此工藝的優(yōu)點是銅凸點的一致性好，進一步提高了互連密度，缺點是凸點與下一層的結(jié)合是機械壓力接觸式結(jié)合帶來的可靠性問題，應力釋放帶來的變形和尺寸精度等問題。將B2it和NMBI相結(jié)合，以NMBI的銅柱代替導電膏，結(jié)合了二者的優(yōu)點，與激光鉆孔工藝形成的ALIVH的流程對比如圖2所示。圖2給出的兩種ALIVH工藝的流程中，采用NMBI+B2it工藝的優(yōu)點在于提高了布線密度，互連界面的可靠性問題仍然存在；采用激光盲孔工藝利用涂樹脂銅箔（RCC）與芯層壓合，再通過薄銅、開窗、激光鉆孔、電鍍、蝕刻等流程，完成互連圖形的制作，多次積層重復該流程，因該流程圖形采用減成法，蝕刻工藝，當銅厚10 μm以上時，線寬/間距很難達到50 μm以下。因此，該工藝會在布線密度上遇到瓶頸，同時電鍍填孔的凹陷會帶來可靠性隱患。

圖2 激光鉆孔工藝與NMBI+B2it流程示意圖

為實現(xiàn)超高密度互連的ALIVH技術，本文提出了半加成法（SAP）+銅凸點相結(jié)合的工藝路線，工藝流程設計（如圖3）。半加成工藝可實現(xiàn)15 μm，甚至更加精細的線路，關鍵在于工藝路徑設計，以及工藝過程控制。本文提出的銅凸點采用圖形光成像+電鍍的工藝路線，在理論上光成像可實現(xiàn)直徑30 μm的凸點圖形，最小節(jié)距可低于100 μm，大大提高布線互連密度，與SAP結(jié)合可實現(xiàn)很高密度的互連布線，關鍵在于如何保證凸點負像圖形和銅電鍍的一致性問題，以及一系列工藝控制問題。

圖3 SAP+銅凸點工藝流程示意

針對圖3中給出的工藝流程，主要關注以下幾個方面：一是材料選擇，包括用于基板本身的介質(zhì)材料、導體材料以及過程關鍵物料的性能參數(shù)與選擇原則；二是精細線路的SAP實現(xiàn)，包括：線路與介質(zhì)材料的結(jié)合力、精細線路圖形轉(zhuǎn)移工藝、刻蝕工藝等；三是銅凸點的圖形以及電鍍實現(xiàn)技術，包括：凸點圖形顯影、電鍍以及刻蝕工藝研究；四是介質(zhì)的形成以及厚度均勻性控制工藝，包括：介質(zhì)形成方法、介質(zhì)厚度均勻性控制等。

3 材料選擇

有機封裝基板是玻纖布、有機樹脂、銅導體、陶瓷填充顆粒等組成的復雜非均相材料。不同材料熱膨脹系數(shù)（CTE）差異很大，硅基芯片的CTE為0.0005%/℃～0.0007%/℃（5 ppm/℃～7 ppm/℃），而有機基板基材x、y方向的CTE0.0012%/℃～0.003%/℃（12ppm/℃～30 ppm/℃）。由于基板與芯片之間熱膨脹系數(shù)的差別，在焊接溫度由高溫向低溫變化過程中會產(chǎn)生熱殘余應力（在焊點處形成剪應力），這種殘余應力將會導致焊點界面疲勞斷裂[2]。有研究表明，芯片CTE和基板的CTE之差應小于0.0005%/℃～0.0007%/℃（5 ppm/℃～7 ppm/℃），才能保證這類產(chǎn)品焊接封裝的可靠性[8]。

根據(jù)有機基板的設計要求，本文實驗中選擇的材料包括：芯板材料為某公司的超細玻纖改性環(huán)氧板材，積層材料選用某公司的有機絕緣膜，主要成分為環(huán)氧樹脂和無機顆粒填料。

4 關鍵工藝技術與流程設計

采用SAP研發(fā)封裝基板要解決的關鍵工藝包括三個方面：精細線路工藝、層間互連工藝（微導通孔工藝）以及介質(zhì)形成工藝。

4.1 精細線路工藝流程設計

精細線路實現(xiàn)是決定SAP能力最關鍵的技術之一。本實驗設計的精細線路制造流程如下：

介質(zhì)層基底材料粗化→化學沉銅種子層→感光層制作（干膜壓合）→曝光→顯影→圖形電鍍→抗蝕層剝離（剝膜）→差分刻蝕，轉(zhuǎn)入層間互連工藝流程（銅柱工藝）。

4.2 層間互連工藝（微導孔工藝）設計

本實驗提出有機基板采用實心銅柱（凸點）作為層間互連導體，層間互連關鍵在于銅柱如何制作，以及與介質(zhì)層制作的先后順序，一般傳統(tǒng)激光鉆孔工藝均采用先介質(zhì)層后層間微導孔，此處采用先完成銅柱的工藝路線，設計流程如下：

精細線路電鍍完成→感光抗蝕膜壓合→選擇性曝光→顯影→銅柱電鍍→剝膜→差分刻蝕，轉(zhuǎn)入介質(zhì)層流程。

4.3 介質(zhì)層形成工藝設計

采用環(huán)氧和無機填料預成型的薄膜作為介質(zhì)，既可以采用先激光鉆孔再填孔互連，也可以采用先完成銅柱再制作介質(zhì)層，設計的流程如下：

差分蝕刻后→層間絕緣膜壓合→精密研磨→化學鍍銅，轉(zhuǎn)入精細線路流程，進入下一個循環(huán)。

4.4 樣板制備的工藝試驗過程及結(jié)果討論

樣板技術指標設計（見表1）。

表1 實驗樣板技術指標

4.4.1 精細線路制作

工藝試驗采用的精細線路最小線寬為15 μm～20 μm。其關鍵點在于：導體與介質(zhì)的結(jié)合力、圖形及電鍍精度、刻蝕精度等。本實驗采用半加成工藝方法，在介質(zhì)上制備銅線路圖形，主要通過選擇性電鍍的方式制備形成精細線路，再利用精密刻蝕工藝去除種子層。首先，用化學鍍銅作為種子層保證介質(zhì)表面導電，然后進行后續(xù)的電鍍；其次，利用感光抗蝕材料將不需要形成線路的部分保護起來，需要電鍍的部分露出；第三，選擇性將線路電鍍到一定厚度；第四，剝除感光抗蝕材料，露出種子層；最后，利用精密刻蝕工藝，進行精細線路蝕刻。

（1）導體與介質(zhì)的結(jié)合強度。

導體與介質(zhì)的結(jié)合力是進行精細線路制作首要解決的問題，其關系到后續(xù)線路工藝的可實現(xiàn)性和可靠性。采用化學鍍銅作為線路電鍍的種子層，化學銅層與介質(zhì)的結(jié)合強度決定了后續(xù)線路結(jié)合強度，而化學銅與介質(zhì)材料的結(jié)合主要是物理結(jié)合以及較弱的范德華力，因此，決定其結(jié)合強度的主要因素是化學鍍銅前的介質(zhì)表面粗糙度。

介質(zhì)表面粗糙度與SAP精細線路的結(jié)合強度的關系如圖4所示。從圖中可以看出：一方面絕緣介質(zhì)膜表面形貌越粗糙，后續(xù)SAP導體銅層制作時，銅與絕緣介質(zhì)膜結(jié)合力越好；另一方面，粗糙的介質(zhì)膜表面，會造成導體銅層滲入介質(zhì)過深，層間導體小于安全距離，導體間隙變小發(fā)生電遷移短路，后續(xù)刻蝕精度降低等問題，圖5解釋了粗糙度對精細線路影響示意圖。

從線路精度來說，表面粗糙度越低，平整度越好，對線路精度越有利；從導體與介質(zhì)結(jié)合強度考慮，表滿粗糙度越高，接觸面積越大，線路剝離強度越高，結(jié)合強度越高，對線路可靠性有利。因此根據(jù)精細線路的結(jié)合強度要求，采取適當?shù)奶幚?，使表面達到適當?shù)拇植诙?，既保證線路精度又保證適當?shù)慕Y(jié)合強度（如圖4）。

表面粗糙度一般用Ra和Rz兩個指標來表示，Ra表示平均粗糙度，Ra越大表示粗糙度越大。Ra表明了平均的粗糙度概念，但不能完全表示表面的狀況，沒有界定表面高低起伏的極差范圍，即使Ra很小，但表面也可能很粗糙，因此，采用Rz表示表面的極差狀況，表面粗糙度指標Ra和Rz越大，則表明板面粗糙度越大，線路底部與介質(zhì)的接觸面積越大，對物理結(jié)合而言，接觸面積與結(jié)合強度是正相關的。圖4下方對應的拉力測試數(shù)據(jù)證明這種相關關系，測試是采用IPC-4104標準的測試方法，研究經(jīng)驗表明要獲得較好的粘結(jié)強度，粗糙度Ra應大于0.2 μm，Rz大于2 μm，一般Ra在0.3 μm～0.6 μm，Rz在4 μm～6 μm，會得到較好的結(jié)合力。

（2）種子層——化學鍍銅。

化學鍍銅所形成的種子層主要作用是在線路及銅柱電鍍時作為導體層，對于精細線路而言，化學銅種子層越薄，對于精細線路的線寬精度控制越有利，但同時要考慮線路電鍍時的微蝕去氧化過程損失銅厚，確?；瘜W沉銅層的完整性。一般化銅厚度控制在3 μm～5 μm，均勻性±0.5 μm?；瘜W銅層與樹脂表面的結(jié)合力除取決于樹脂表面粗糙度外，化學沉銅的晶粒大小也是重要影響因素，沉積速度不宜過快，晶粒細小致密，并能滲透到樹脂粗糙的間隙內(nèi)，才能保證一定的抗剝強度。另外，化學沉銅前后都要將基板烘干處理，化學沉銅前烘烤主要將樹脂內(nèi)的殘留水汽全部烘干，防止水汽殘留導致后續(xù)化銅起泡、脫落等問題；化學沉銅后烘烤一方面消除化銅層內(nèi)應力，另一方面化銅層經(jīng)過烘烤處理晶格重排，進一步增加化學銅與樹脂的結(jié)合力。

圖4 幾種介質(zhì)膜粗化后表面形貌圖

圖5 介質(zhì)膜表面粗糙度對精細線路制作的影響

（3）精細線路的圖形轉(zhuǎn)移。

采用SAP的精細線路是通過選擇性電鍍方式獲得。如上所述，在化學銅面選擇性電鍍線路，需要將不需要電鍍的部分保護起來，電鍍部分露出。感光抗蝕劑就是通過掩模選擇性曝光發(fā)生光化學反應，再通過顯影的方式，得到精細線路圖形的過程。完成顯影后即可進入線路電鍍流程，根據(jù)線路厚度要求，采用適當?shù)碾娏骱碗婂儠r間，保證電鍍均勻性。若僅進行單層線路，電鍍后即可將感光抗蝕干膜剝離，露出化學銅面，最后通過差分刻蝕，將非線路部分的化學銅層刻蝕掉。

實驗中精細線路和銅柱的成像設備采用玻璃掩?；蜍浄屏盅谀５钠叫泄馄毓庠O備。選用解析能力8 μm的高解析度干膜（感光抗蝕劑），干膜厚度18 μm～20 μm，化學沉銅后微蝕前處理后貼膜，再通過真空壓膜增加干膜與銅面的結(jié)合力。影響精細線路精度和良率的因素有以下幾方面：化學沉銅前處理將影響感光抗蝕層與銅面的結(jié)合；曝光時間、抽真空時間、曝光能量等因素決定線路圖形精度；顯影過程與曝光過程是交互影響圖形精度的因素。

當線寬/間距達到20 μm/20 μm或者以下時，光線的反射、折射、衍射等會使線路邊緣縮小或者擴大，這種影響會隨著曝光時間的加長而越發(fā)明顯，恰當顯影是指前處理壓膜參數(shù)、曝光參數(shù)、顯影參數(shù)協(xié)同作用的結(jié)果。銅面粗糙度對線寬精度和干膜結(jié)合力的影響作用相反，粗糙度大線寬精度難以達到，粗糙度小使干膜結(jié)合力差造成飛線，與前述介質(zhì)和化學銅的結(jié)合原理相同，不再贅述。

實驗結(jié)果顯示：化學沉銅后采用H2SO4+H2O2體系進行微蝕，表面粗糙度Ra值有較明顯增大，微蝕將疏松的化學銅界面刻蝕掉，但對表面高度差即Rz改變不明顯。而先采用噴砂或浮石粉刷磨處理再進行微蝕處理，表面粗糙度明顯改變，Rz改變主要是由于機械處理改變了表面高度差，再經(jīng)過微蝕增大了Ra，可得到明顯的粗化面。對于顯影后的線路，表面粗糙度對線路底部和邊緣的影響明顯，因Rz值增大到一定程度，抗蝕劑貼膜時無法完全填充間隙，導致在顯影時溶液將底部掏空的現(xiàn)象。過大的機械處理和較大的微蝕量造成的粗糙度過大不僅無法增大感光抗蝕干膜的結(jié)合強度，反而出現(xiàn)底部剝離，線路邊緣粗糙，電鍍時發(fā)生短路、夾膜的風險增大。因此，在進行精細線路制作時，應控制好表面粗糙度Ra和Rz（見圖6）。

圖6 前處理和線路顯影后精細線路表面形貌

對于SAP工藝，選用一定厚度的高解析度感光抗蝕膜、平行光設備、恰當?shù)谋砻嫣幚?、曝光參?shù)以及顯影參數(shù)共同影響形成精細線路圖形的形成過程，而完成抗蝕劑的轉(zhuǎn)移過程只是完成線路圖形的“填充模具”，填充的過程就是線路電鍍過程。完成電鍍后，要剝離感光抗蝕膜，對于超細節(jié)距線路，電鍍均勻性不良會有夾膜問題，造成后續(xù)刻蝕過程短路。精細線路圖形電鍍，鍍銅厚度及均勻性14.5 μm±3 μm，圖形電鍍工藝上采用精密整流器控制和特殊陽極結(jié)構(gòu)設計小電流長時間的電鍍方式，改善精細線路鍍銅的均勻性，防止小間距處電鍍不均勻而出現(xiàn)夾膜問題；同時電鍍掛板采用滿掛方式，不足的加圖形陪板，避免兩側(cè)電流密度集中而出現(xiàn)夾膜問題。圖形設計上，在板邊無效圖形區(qū)增加了相應的輔助圖形，輔助圖形的分布密度按照圖形區(qū)的密度設計，可以有效改善板邊電流密度過大而出現(xiàn)夾膜的問題。

化學沉銅同時伴隨析氫過程，氫可能被滯留于化銅層之中，通常晶體缺陷包括位錯、孿晶、晶粒邊界等；化學鍍銅層的銅百分含量、密度、延展率通常均低于電鍍銅，因此，快速蝕刻后化學銅面與介質(zhì)層之間易形成側(cè)蝕進一步降低線路的接觸面積。側(cè)蝕咬蝕量取決于化銅層厚度、化銅與介質(zhì)結(jié)合強度、精細線路間距三個因素，由于IC封裝基板的線寬/間距越來越小，通過降低化銅層厚度，并采用專用蝕刻液以降低側(cè)蝕，進而降低超精細線路制作過程線路剝離概率。采用H2SO4+H2O2體系和表面活性添加劑的蝕刻藥水，各噴頭壓力可調(diào)的噴淋蝕刻設備，蝕刻量控制在3 μm～5 μm，將化學銅層蝕刻掉，形成精細銅線路，完成了精細線路圖形的制作。各主要流程工藝參數(shù)優(yōu)化后，進行精細線路綜合試驗，得到理想的精細線路圖形，設計線寬15 μm/15 μm，線路厚度約15 μm（如圖7）。

4.4.2 微銅柱（凸點）制作

采用感光抗蝕干膜作為模板提供三維局限空間用于銅柱的電鍍，對銅柱的形態(tài)及尺寸起了決定性的作用。利用負性感光抗蝕干膜通過UV曝光成像的方式，形成規(guī)則均一的圓形陣列，再通過顯影的方式得到柱形空間，最后利用電鍍方式將柱形空間填滿形成銅柱。銅柱尺寸精度影響因素主要有以下幾個方面：干膜厚度及均勻性決定銅柱高度、解析度決定銅柱直徑規(guī)則性，曝光、顯影、電鍍和刻蝕等參數(shù)決定最終銅柱形貌。

（1）感光抗蝕干膜的選擇。

感光抗蝕干膜的選擇與銅柱最終的高度是緊密相關的。初始設計干膜厚度要高于最終銅柱的高度，主要是考慮在后續(xù)的刻蝕、介質(zhì)層研磨過程中會有工藝損耗，同時板面線路間隙填充也降低了干膜的實際厚度。在完成線路電鍍后壓合銅柱圖形干膜，可以采用兩種壓膜方式，即單層干膜和多層干膜壓合，其厚度選擇和優(yōu)劣勢比較如表2所示?？梢钥闯霾捎枚鄬颖「赡ぃ穸扔懈屿`活的選擇，可以采用不同解析度和感光度的干膜進行壓合，解決了單層厚干膜解析度不能滿足超細銅柱圖形的解析度要求。

（2）銅柱成型

銅柱圖形工藝要解決以下兩方面問題：一是采用多層薄干膜疊加設計時多次壓膜的界面結(jié)合問題；二是曝光成像及厚干膜的顯影殘留問題。對于銅柱圖形工藝問題，主要解決厚干膜微開孔（65 μm～100 μm）、底部殘膠和干膜類型及厚度設計問題。經(jīng)多次試驗測試，多層薄干膜疊加，光敏度由底層向上依次增大，采用真空壓膜的方式，并且要將設計厚度流出工藝冗余；底部殘膠問題與干膜厚度，曝光能量、顯影時間有關，更主要是與開孔直徑以及厚徑比有關，干膜越厚、孔徑越小，顯影難度越高，需要將顯影點提前到30%以內(nèi)，大大增加顯影時間，同時顯影后的清洗采用超聲清洗和壓縮空氣與高壓水結(jié)合的方式，保證孔內(nèi)沖洗徹底。

圖7 精細線路截面切片（×500）

表2 感光抗蝕干膜比較

（3）銅柱電鍍工藝。

實驗中采用干膜開微盲孔，然后通過電鍍填孔形成銅柱，電鍍銅柱在線路層的焊盤上以干膜開孔后直接電鍍獲得微導疊孔。銅柱電鍍工藝要解決以下問題：①銅柱圖形盲孔表面浸潤和銅面潔凈問題；②銅柱底部界面結(jié)合力問題；③電鍍后銅柱高度均勻性問題。采用等離子體處理干膜微盲孔內(nèi)表面，其實質(zhì)是解決干膜微孔內(nèi)的清潔并改善改善干膜界面的表面能，從而增加溶液的浸潤性。在等離子處理前必須進行80 ℃、30 min烘烤，去除板面及孔內(nèi)的水汽，否則將影響等離子體處理效果。采用等離子體處理，可以有效清除銅柱底部的干膜異物殘留，同時還能達到潤濕干膜的效果，提高干膜的表面能，有利于后續(xù)銅柱電鍍時的藥水交換，獲得完整的銅柱圖形。等離子體潤濕處理后，使干膜開窗底部干凈、無異物殘留，然后再進行微蝕處理，徹底去除銅柱底盤的氧化和污染，使開窗底部獲得潔凈的銅面，有利于銅柱電鍍。

銅柱結(jié)合力與基底銅的結(jié)合力取決于電鍍前的銅面潔凈程度，電鍍填孔過程參數(shù)控制，特別是初始電鍍時的參數(shù)控制，更主要的是銅柱直徑，決定了銅柱與基底銅的接觸面積。優(yōu)化初始電鍍電流參數(shù)，采用小電流電鍍主要目的在于使結(jié)晶更細密，界面接觸更好，從而有效提高銅柱底部結(jié)合問題，再利用較大電流電鍍，提高銅柱生長速度。采用上述措施和參數(shù)，設計不同直徑的銅柱圖形并用相同的電鍍參數(shù)電鍍，通過對銅柱推力測結(jié)果來看，銅柱結(jié)合力整體較好。對于銅柱直徑與結(jié)合力的關系趨勢，如圖8所示，推力與銅柱直徑的平方是線性關系。當銅柱直徑不斷縮小時，結(jié)合力將急劇減小，而銅柱與基底銅的結(jié)合力最小的臨界值決定了銅柱的最小直徑，也就是決定了銅柱的最高密度。當銅柱直徑縮小到50 μm時，推力的估測值為25 g，經(jīng)試驗證實，銅柱直徑50 μm左右時發(fā)生銅柱機械性剝離、缺失等缺陷概率大大增加。

圖8 銅柱結(jié)合力隨銅柱直徑變換關系

電鍍后，銅柱都會高出干膜5 μm～10 μm，高出部分由于不受干膜限制而向各個方向沉積結(jié)晶，形成俗稱“蘑菇頭”的銅帽（如圖9）。

圖9 銅柱研磨前后形貌對比圖表

為保證下一層線路及堆疊孔的高度一致性，需要將“蘑菇頭”削平，同時保證整個板面的共面性良好，須采用精密的機械刷磨工藝。機械研磨方式根據(jù)刷磨材料分為：砂帶研磨、陶瓷刷研磨、不織布研磨三種方式。通過研究陶瓷刷輪、不織布刷輪、砂帶研磨三種機械研磨方式各項特性，將三種研磨方式優(yōu)化搭配研磨，先用砂帶粗磨將高出的部分快速磨平，再用不織布刷磨提高表面粗糙度的均勻性，最后用陶瓷刷輪精磨起到板面整平和進一步提高表面粗糙度均勻性的作用，為下一步沉銅及圖形制作提供平整均勻的表面。

（4）銅柱去膜工藝。

銅柱干膜較厚，去膜時優(yōu)選有機胺體系高效去膜液，采用非接觸式去膜方式，并適當降低去膜速度。當常規(guī)去膜后仍有夾膜時，可以采用等離子體處理，再水平剝膜，確保精細線路、銅柱之間無任何夾膜。去膜的關鍵點：①帶干膜銅柱研磨的參數(shù)和去披峰微蝕量要匹配，使銅柱呈現(xiàn)完美的圓形；②控制去膜速度及去膜液成分的有效成分；③當去膜不凈時，采用等離子體處理，在能夠去除夾膜的前提下最大限度減少處理時間，避免等離子體對化銅層下樹脂的攻擊。

4.4.3 介質(zhì)層制作

積層介質(zhì)層材料一般分兩大類，感光性樹脂和熱固性樹脂材料，每種材料又有兩種產(chǎn)品形態(tài)。一種是液態(tài)狀，一種是薄膜狀。液態(tài)材料形成絕緣介質(zhì)層的加工方法多為涂覆方式，薄膜狀材料形成絕緣介質(zhì)層多為輥壓或真空貼壓方式。實驗中采用薄膜介質(zhì)作為封裝基板的積層介質(zhì)材料。

（1）介質(zhì)厚度選擇。

介質(zhì)膜的最終厚度是根據(jù)電性能需求確定的，而工藝過程的厚度設計是與流程損耗密切相關的，結(jié)合工藝試驗和理論計算，得出如下公式：

介質(zhì)厚度＝理論介厚＋樹脂填充厚度＋樹脂咬蝕余量＋研磨余量；

介質(zhì)膜工藝研磨余量＝5 μm～15 μm；

實驗中采用65 μm的標稱厚度薄膜介質(zhì)可滿足上述要求。

（2）薄膜介質(zhì)的壓合工藝。

真空壓介質(zhì)層薄膜工藝是指采用真空壓膜機將絕緣薄膜材料貼覆在完成微導疊孔制作的基板上。真空壓膜機能有效防止壓膜過程出現(xiàn)薄膜皺褶及氣泡，真空壓介質(zhì)層薄膜溫度及壓力隨時間變化曲線（如圖10、圖11）。

圖10 真空壓介質(zhì)層薄膜溫度及壓力隨時間變化曲線

圖11 薄膜介質(zhì)不同升溫速率固化曲線

真空壓薄膜介質(zhì)層薄膜過程中，薄膜材料受熱粘度降低，出于流動狀態(tài)，在壓力和真空作用下完全填充到微導線和銅柱之間的間隙。經(jīng)過真空壓膜后的薄膜材料還需要進一步加熱固化，原來B階樹脂材料轉(zhuǎn)化為C階，發(fā)生完全交聯(lián)反應。實驗表明，薄膜加熱固化過程，溫度曲線的控制影響到介質(zhì)層表面樹脂沉積。升溫速率越快，固化后薄膜表面SiO2填料越少，樹脂越厚。經(jīng)粗化處理后對比可以看出，升溫速率快的試驗組，其樹脂表面更加粗糙，這種相對粗糙的樹脂表面有利于增加抗剝離強度。

（3）介質(zhì)層平整。

薄膜壓制后，要使介質(zhì)膜層厚度均勻、表面共面性良好，需要對表面進行整平。采用砂帶+陶瓷輥+不織布刷輥相結(jié)合的研磨方式，通過砂帶粗磨+陶瓷刷大電流粗磨、小電流精磨+不織布拋光相結(jié)合等方式，使表面共面性、平整性、粗糙度都適合下一個循環(huán)的精細線路和銅柱工藝。經(jīng)過試驗得出優(yōu)化的平整參數(shù)如下：采用1000#砂帶粗磨，功率0.2～0.6 kW，研磨1～2遍，再用4×800#陶瓷刷粗磨，電流1.0 A，研磨1～3遍，然后2×800#陶瓷0.5 A小電流精磨1遍，最后2×1000#不織布0.5 A小電流拋光一遍。最終達到控制整板面絕緣層介厚及均勻性目的，確保最終介厚與均勻性達到技術指標要求（如圖12）。

圖12 薄膜研磨后露出平整的銅柱情況

（4）樣板試制。

經(jīng)過各分工序的實驗與研究試制，完成了有機基板的綜合試制，樣板金相截面如圖13所示。從圖中可以看出，樣板經(jīng)過5次積層的任意層互連，層間對準度±8 μm，介質(zhì)平均厚度40 μm±5 μm范圍內(nèi)，經(jīng)過電測，其互連性能完全符合設計要求。

圖13 逐層對位、5次積層有機封裝基板金相圖

5 小結(jié)

針對2.5 D封裝用有機基板的技術發(fā)展現(xiàn)狀，以一款實用高性能CPU的2.5 D封裝有機基板為研究對象，本文對實現(xiàn)有機基板樣品制備的流程、工藝和技術難點進行了實驗和討論，最終完成了合格樣板的制備，并具備小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)能力。本文研究的有機基板制造工藝方法是半加成（SAP）工藝，關鍵技術包括三個方面：一是精細線路的實現(xiàn)技術，二是可多次積層的層間微導孔互連工藝，三是超薄介質(zhì)層制作工藝。