金立奎 黃得俊 邱永強(qiáng)

（珠海方正科技高密電子有限公司，廣東 珠海 519175）

0 前言

隨著終端電子產(chǎn)品輕量化、智能化和高頻高速化發(fā)展，印制電路板（PCB）產(chǎn)品也相應(yīng)向薄型、高密度、高精度、高速、高可靠性發(fā)展，由此導(dǎo)致PCB的圖形設(shè)計(jì)面積不斷縮小、布線密度不斷提高，對工廠的線路制作能力提出越來越高的要求。高精度PCB已經(jīng)量產(chǎn)多年，主要是通過增加密度達(dá)到降低整體板厚、節(jié)省空間的目的，同時也給PCB加工帶來一定難度。經(jīng)過多年的高發(fā)展，批量應(yīng)用盲孔孔徑76 μm，盲孔環(huán)寬度速降至50 μm以內(nèi)。為了滿足客戶的需求，必須要對PCB的對準(zhǔn)度能力進(jìn)一步提升，對準(zhǔn)度的管控，涉及到包括前期設(shè)計(jì)及加工制作管控在內(nèi)的整個流程。本文主要針對影響對準(zhǔn)度的主要原因進(jìn)行分析，對設(shè)計(jì)、各加工站別的設(shè)備精度、影響因子等進(jìn)行驗(yàn)證，并提出改善方案供同行生產(chǎn)時參考。

1 層間對準(zhǔn)度介紹及難點(diǎn)分析

1.1 高精密PCB層間對準(zhǔn)度介紹

對準(zhǔn)度例圖見圖1所示。影響制作層間對準(zhǔn)度就是PCB生產(chǎn)過程中各制程的匹配度。在高密度產(chǎn)品中，主要影響生產(chǎn)品質(zhì)的是盲孔打孔位置與承接連接盤（Pad）的匹配度（上下層盲孔偏移要求≤50 μm，不良圖示見圖1a），圖形生產(chǎn)時圖形與盲孔位置的匹配度（上部圖形Pad與盲孔不能破，不良圖示見圖1b）。隨著客戶設(shè)計(jì)高密度發(fā)展，對于對準(zhǔn)度要求也越來越高。

1.2 層間對準(zhǔn)度難點(diǎn)分析

對準(zhǔn)度的品質(zhì)關(guān)系到整個制造體系，包括工程設(shè)計(jì)、對位系統(tǒng)、盲孔加工、圖形加工、壓合加工等，下面針對每一個部分分別進(jìn)行分析解讀。

1.2.1 對位系統(tǒng)說明

為了保證對準(zhǔn)度精度，從下料開始到外層圖形都有測試出最佳的對位方式，形成一整套的對位系統(tǒng)。對位系統(tǒng)需每一層進(jìn)行承接，設(shè)計(jì)每一層的對位都以上一層加工出來的孔或Pad為參考，保證一致性，具體流程及對位方式見圖2所示。

1.2.2 激光孔加工

板件經(jīng)層壓高溫及在高壓下會造成漲縮，激光加工時使用的漲縮比例是否匹配，激光機(jī)臺抓取靶點(diǎn)是否失真及機(jī)臺加工精度是否可靠？這些都決定著盲孔與內(nèi)層承接圓盤的匹配性。

1.2.3 圖形加工

在高密度化發(fā)展的今天，采用照相底片曝光已經(jīng)不能完全滿足任意層互連高精度的需求，必須使用LDI（激光直接成像）曝光機(jī)。LDI曝光機(jī)的對位精度于其對位方式、對位靶標(biāo)的品質(zhì)及曝光機(jī)的精度直接相關(guān)。

1.2.4 壓合加工

由于HDI板很薄，在壓合過程中十分容易產(chǎn)生形變，如單角、單區(qū)域等局部形變等。當(dāng)內(nèi)層圖形產(chǎn)生形變以后，內(nèi)層圓盤等位置已經(jīng)發(fā)生變化，后續(xù)激光對位無法保證很好的承接，造成整體對準(zhǔn)度偏差大。壓合壓機(jī)的均勻性，壓合程式參數(shù)設(shè)計(jì)等對于對準(zhǔn)度的影響最大，所以保證壓機(jī)的均勻性，測試出最佳的壓合程式是保證對準(zhǔn)度的關(guān)鍵。

2 對準(zhǔn)度能力測試及提升

2.1 激光工序

對于對準(zhǔn)度的影響主要體現(xiàn)在激光機(jī)設(shè)備精度方面，若要達(dá)到高的對位精度，在生產(chǎn)前必須對機(jī)臺的能力進(jìn)行檢核及確認(rèn)。下面介紹一種檢測方法。

（1）使用傳統(tǒng)圖形轉(zhuǎn)移生產(chǎn)的底片，在底片上繪直徑300 μm～400 μm的圓盤圖形，每張底片分為3×3，合計(jì)9個區(qū)域（見圖3所示）。

（2）將準(zhǔn)備好的底片當(dāng)作生產(chǎn)的產(chǎn)品，激光正常打孔生產(chǎn)。生產(chǎn)完成通過高倍顯微鏡測量圖形盤與盲孔兩者同心度，從而來檢測設(shè)備精度（通常最大值25 μm），對不合格機(jī)臺需進(jìn)行相關(guān)調(diào)整維護(hù)。

圖1 對準(zhǔn)度例圖

圖2 對準(zhǔn)度對位系統(tǒng)示意圖

（3）對激光機(jī)臺精度測試狀況進(jìn)行確認(rèn)，并根據(jù)設(shè)備精度進(jìn)行分類管理：A類設(shè)備精度≤20 μm；B類設(shè)備精度≤25 μm；C類設(shè)備精度≤30 μm；D類設(shè)備精度≤35 μm。A/B/C類機(jī)臺可根據(jù)產(chǎn)品的難易程度進(jìn)行選用，D類需停機(jī)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，將設(shè)備的精度列表管理，并定期檢測。

圖3 激光機(jī)臺確認(rèn)底片示意圖

2.2 圖形轉(zhuǎn)移工序

為了保證圖形轉(zhuǎn)移與激光的匹配性，現(xiàn)大部HDI（高密度互連）生產(chǎn)廠商都使用了激光打出的靶標(biāo)對位；影響圖形與激光的匹配性的因素包含：對位靶標(biāo)的品質(zhì)、生產(chǎn)比例的匹配性及圖形曝光機(jī)臺的精度等方面。其中生產(chǎn)比例的匹配性主要是針對來料的比例確認(rèn)及要求來料品質(zhì)來解決，現(xiàn)主要針對其它兩個關(guān)鍵因子進(jìn)行測試及優(yōu)化。

2.2.1 對位靶標(biāo)對對準(zhǔn)度的影響

高密度圖形的位置需要與前一次的激光高度匹配，圖形生產(chǎn)時采用激光打出的靶標(biāo)對位，通過對比內(nèi)鉆孔與激光靶孔生產(chǎn)產(chǎn)品的偏移量，發(fā)現(xiàn)采用激光靶對位要比內(nèi)鉆孔的精度提升20 μm以上，測試偏移數(shù)據(jù)（見圖4、表1）。

2.2.2 曝光機(jī)臺精度對對準(zhǔn)度的影響

曝光機(jī)臺的精度通常直接關(guān)系到與激光的匹配性，LDI曝光機(jī)通常都具備精度的校驗(yàn)?zāi)芰Γㄟ^機(jī)臺的測試可以得到設(shè)備的初步精度（見圖5），一般設(shè)備的這個能力需要達(dá)到12 μm以內(nèi)，若超出需要立即維修或保養(yǎng)。

以上的精度校驗(yàn)方法不是精度體現(xiàn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)，可能出現(xiàn)校驗(yàn)后數(shù)據(jù)比較好，但生產(chǎn)的板實(shí)際有偏位的現(xiàn)象，以下介紹一種機(jī)臺精度的檢驗(yàn)方法：

（A）選一片板厚0.5～1.0 mm的基板，采用LDI曝光機(jī)1#、2#，使用同樣的對位靶標(biāo)分別制作出Pad及環(huán)（資料制作時Pad與環(huán)為同圓心），蝕刻后量5個區(qū)域/塊，3個點(diǎn)/區(qū)域，使用顯微鏡量測兩者圓心的距離（見圖6）。

（B）通過測量可發(fā)現(xiàn)機(jī)臺1#、2#的匹配性遠(yuǎn)沒有設(shè)備自己校驗(yàn)的數(shù)據(jù)那么好。從實(shí)際的數(shù)據(jù)來看，最大的偏移量會達(dá)到25 μm以上（見表2），這個數(shù)據(jù)在實(shí)物板生產(chǎn)時直接會體現(xiàn)在產(chǎn)品的對準(zhǔn)度上，當(dāng)數(shù)據(jù)大于25 μm以上時需要對設(shè)備進(jìn)行維修。如果需要達(dá)到更好的精度，需要采用分區(qū)對位及曝光的方式生產(chǎn)。

2.3 壓合工序

PCB壓合流程是通過高溫及高壓的方式將半固化片熔化后在壓力的作用下，實(shí)現(xiàn)基板與銅箔的結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)增層。壓機(jī)平整度及壓合的程式對壓合后的形變有明顯的影響，壓合后的板件發(fā)生形變，會造成激光打孔時底部的承接盤與激光孔不匹配現(xiàn)象，造成層間對準(zhǔn)度不良。針對壓機(jī)平整性需要通過設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，下面主要針對壓合程式對形變的影響進(jìn)行層別及改善。

壓合時芯板的形變主要受升溫速率和壓合溫度的影響，壓合時需要根據(jù)板件的材料選用對應(yīng)的程式。在實(shí)際生產(chǎn)中為了提升生產(chǎn)效率，壓合的時間需要盡量縮短，這與保證形變的條件相矛盾，需要在產(chǎn)能及品質(zhì)中間找出合適的點(diǎn)。壓合程式包含：溫度、壓力及時間三個因子，其中溫度為分為：升溫段、恒溫段及降溫段。升溫及恒溫段關(guān)系到產(chǎn)品的信賴性，降溫段與板件的形變直接相關(guān)；壓力及時間需要與溫度配合，在下壓的板件溫度與時間成反比。下面針對壓合程式與板件的變形進(jìn)行對比測試：

圖4 對準(zhǔn)偏移測量

圖5 激光機(jī)臺確認(rèn)底片示意圖

圖6 圖形單面精度測試示意圖

表2 OB機(jī)臺雙面精度測試表格

（1）測試方法：使用0.2 mm～0.3 mm厚的基板，同一比例生產(chǎn)內(nèi)一圖形后，用不同的壓合程式壓合后，經(jīng)X-Ray打靶后量測形變數(shù)據(jù)，量測位置（見圖7所示）。

（2）壓合制程參數(shù)優(yōu)化：調(diào)整降溫速率，降低下板溫度及壓力（見圖8）。

圖7 比例量測示意圖

圖8 壓合程式調(diào)整示意圖

（3）形變確認(rèn)結(jié)果：在保證可靠性的前提下，降低壓力，減少高壓時間，對于板材局部變形改善明顯。測試數(shù)據(jù)對比（見圖9）。產(chǎn)品設(shè)計(jì)的殘銅率設(shè)計(jì)、產(chǎn)品生產(chǎn)過程的搬運(yùn)動作、刷磨是否規(guī)范等都會對層間對準(zhǔn)度有一定影響，各種相關(guān)因素相互交錯，極為復(fù)雜，需要不

圖9 不同壓合程式形變對比示意圖

3 總結(jié)

精準(zhǔn)的層間對準(zhǔn)度是高精度HDI板生產(chǎn)最關(guān)鍵的技術(shù)之一。影響高密度板對準(zhǔn)度的因子除了有通過烘烤等方式增加材料尺寸穩(wěn)定性外，還需要重新對現(xiàn)在的對位系統(tǒng)進(jìn)一步分析，并針對性的確認(rèn)圖形機(jī)臺精度、激光機(jī)臺加工精度及壓合程式等主要因子。當(dāng)然，除了以上提到的項(xiàng)目，斷進(jìn)行總結(jié)與探索。