新一代PCB技术的多层板—PALUP基板

 

　　一． 序言

　　在2002年初，Denso(デンソ)公司开发成功一种多层板的摩擦工艺技术及其产品，当它一问世，就成为了在2002年中，被日本及世界PCB业最为关注的焦点之一。不少专家将它认为是下代的多层板新技术的代表。这项技术就是被称为PALUP(Patternde Prepreg Lap Up Process),即“用已进行了图形加工的薄片，通过一次层压形成多层板的工艺”。

　　Denso公司的一位高层管理人员是这样评价PALUP基板的：”它继承了过去全贯通孔和积层板的各种优点，全部各层中都体现了通孔直列层间排列的结构及可再循环化、低成本的特点。”(引自花井岭朗先生语)。

　　之所以PALUP一出台就引起业界的“轰动“，主要因为它表现出了以下三方面的鲜明特点：

　　21世纪，可被看作是“环境技术”的时代。在安装技术的领域，“无卤化基板”、“无铅焊材料”等的开发及应用，说明了安装业界对环保的越来越重视。在电子产品中，应将来环保要求的发展，采用了与目前的无卤化、无铅焊 材料技术路线有所差异的制造技术。它是在“使原材料可再循环”的前提下进行开发的。所用的绝缘基材是可再生的热塑性树脂，采用的导体材料是高熔点金属。由于这样的材料构杨，可实现材料的分离和再生特性。使所制造出的电子产品将不会废弃，而可再利用。

　　伴随着电子产品的发展趋向，多层板将与IC封装的多引脚化发展相适应，而加速它的高密度化进展。为此，按过去的全贯通孔和积层法多层板工艺法去制造的多层板，将是“更加复杂的多层板”。PALUP针对上述的发展趋势具有前瞻性的对多层板工艺法进行了重大改革，它的制造过程只是将一片片单面基板叠合在一起，进行一次性的层压成型加工制成多层板。使用得原来多层板的复杂工艺就了简易工艺。并且在层压加工过程中，也就形成了可任意设定的叠加通孔、形成了可不受层数限制的配线层。

　　PALUP是多厂家共同合作的成功典范，它是五个与基板制造相关的厂家联合奋斗的结果。

　　二、PALUP基板的结构特征

　　PALUP基板的结构特征如图1所示。

　　在基板的表面有连接盘，而所有的这种连接盘都连接在通孔之上。板的所有布线都设置在内层中。在导通孔的形成上是十分自由的。导通孔在层间可以实现对任意层的连接。层的厚度可以按不同的要求，任意选择。又珈通孔由于采用了垂直排列，而确保了连接可靠性缩短了设计与制造的周期(见表1所示).基板材料使用均一产高耐热性热塑性树脂布线层的制法,很近似于陶瓷基板.只不过用具有柔性的热塑性树脂代替了氧化铝陶瓷材料,用铜金属布线材料代替了钨金属材料.由于这种结构特征,PALUP基板可以制作到50层.

　　图2表示了PALUP基板的开发目标.在图中横坐标 表示连接通孔的高密切度化进展:各种通孔连接在多慨板内所占据的空间在该图上定性的表达而出.发展高密度化的依次顺序是: 金属化全贯通孔、各种分支排列的积层法多层板通孔、PALUP基板中的叠加通孔。在图2中的纵坐标则表示可靠性进展。在可靠性方面，使用各种电镀法代表了不同的金属结合方式和特性；使用各种糊膏填埋法代表了不同的通孔连接方式和特性。金属化全贯通孔技术在的金属结合上是可靠性高的，但这种方式不利于高密度化。在积层法多层陶板技术的基础上，发展起的”含有多成分组合的叠加通孔”连接方式。

　　三 PALUP用的在板材料

　　PALUP用的基板材料是使用了高耐热性热塑性树脂构成。它是由デンソ公司与三菱树脂公司共同联合研制出一种热塑性树脂——聚醚酮醚(Polyether Enter Ketone,PEEK)所制成的薄膜，它被称为“IBUK”。还有由ヅャパンゴァテックス 公司所提供的液日聚合物类材料“PAL-CLAD”。还类热塑性树脂可满足以下三方面的要求：

　　1． 高尺寸精度
　　2． 确保焊接耐热性；
　　3． 基板XY方向的线膨胀系数能接近铜的线膨胀系数。
　　所采用热塑性树脂——聚醚酮醚它具有高耐热性(最高工作温度为2700C)高占粘接性、低价电常数性( )、并可实现板的薄型化、板面的高滑性。另外，表2还示出了与ヅャパンゴァテックス公司共同开发的“PAL—CLAD”的材料特性。
  
　　总之，在绝缘层中采用这类热塑性树脂使基板可具有低介电常数，低吸湿性，由于它在绝缘层中不含有玻璃纤维，使更加有利于微细通孔的形成，而另一方面它又具有保持刚性强度的特性。

　　四．制造工艺

　　PALUP基板的制造工艺过程在图3中表示。积层法多层板工艺特点，是它的积层法层形成是要逐层的反复层压加工才完成的。因此，积层法多层板工艺还存在着加工时间长、产品合格率低等问题。它在制造过程中，由于树脂受到热应力的影响，而引起基板的尺寸发生变化较大。这样，要想用积层法多层板法去制作出微细的叠加通孔的基板是十分困难的。

　　PALUP采用了热塑性树脂，使基板有一定的柔韧性。在受到热冲击时产生刚性的热应力较小。在板的层数增加时，可以通过一次的层压就完成多层的成型加工，因而可获得优异的尺寸精度。这种多层板的“半固化片”是单面溶接着铜箔的热塑性树脂薄片。在铜箔上先加工上电路图形，连接部位用激光加工出有底的通孔，并对加工出的通孔进行金属糊膏的填埋。

　　在层间的连接技术中，在有底的通孔中填埋金属糊膏是一项非常重要的技术。通常的金属糊膏是由金属作为填料、热固性树脂作为粘接剂而组成的。电容量问题和连接可靠性问题一直成为该方面技术中的重要课题。若用热塑性树脂(并且没有玻璃纤维作增加)作金属糊膏的粘接剂，由于它的Z轴方向(基板的厚度方向)的线膨胀系数通常较大，这样就无法保证通孔的连接可靠性。通过该公司的不断的研制，开发了低温的“扩散接合”方法来实现金属结合。即所开发的金属糊膏，是在多层层压加工中，同时与铜箔达到扩散接合。通过该公司的不断的研制，开发了低温的“扩散接合”方法来实现金属结合。即所开发的金属糊膏，是在多层层压加工中，同时也与铜箔达到扩散接合。通过激光形成有底通孔，进行金属糊膏的填埋—这项工作是较难的。本技术是开发了专用的设备解决了此问题。

　　在激光加工的通孔内填埋了金属糊膏的薄片，通过摆过摆放位置上的对位重合、接合后，进行层压加工。此时，糊膏的烧结、扩散接合、对多层的连接也同时进行。图4中所示了在31层的高多层板剖面情况。它是由剖面照相和X光照相来反映的。其中，图中在通孔的放大照片上，显示了直列通孔的实际情况。在X 光照相的照片上，可看到在层间上的许多黑点，就是一个一个的通孔的烧结金属。
综上所述，PALUP基板有以下几点是制造技术的关键：

　　1. 要保证高耐热性和高尺寸精度的“单面覆铜箔的热塑性树脂薄片”的开发。
　　2. 低温烧成、扩散接合型的金属糊膏的开发。
　　3. 激光形成有底通孔，进行金属糊膏的填埋技术的开发。
　　4. 一次多层的层压技术。
　　这种基板的全金属配线结构，必须要达到叠加通孔的高连接可靠性。图5所示了PALUP基板的可靠性实验结果(对叠加6个通孔的评价结果).可以通过此实验看出:气态下的冷热循环实验,液态下冷热循环实验中,该种基板保持着低的电阻变化.很好的确保它的可靠性.
  

　　五.PALUP基板的特性与课题

　　PALUP基板的主要特性见表3表示
　　由表3可以看出:PALUP基板所用的基板材料—热塑性树脂，表现出低介电常数、介质损失因数、低吸湿性的特性。所制出的基板可以满足整机产品的高频化的要求。并可以高

　　由表3可以看出:PALUP基板所用的基板材料—热塑性树脂，表现出低介电常数、低介质损失因数、低吸湿性的特性。所制出的基板可以满足整机产品的高频化的要求。并可以满足高密度化的多层板性能需求，特别是适用于多引脚的封装作为基板。

　　另外，不含玻璃纤维的热塑性树脂作为这种基板的绝缘基材，很适合于当前以至今后的安装技术发展的要求，例如，它的刚性板形态在安装的场合下，可以降低再流焊时基板的翘曲，并起到保持由铜箔构成的接地层和电路层的刚性强度作用，这种热塑性树脂的熔点在3400C以上，它可以抵御低于此温度的热冲击。

　　六．PALUP基板所适用的产品和今后发展方向

　　PALUP基板目前忆在试验线上进行了少量的生产。计划在2003年4月正式开始大生产。PALUP技术的问世，主要面对的是有高可性、高多层电路要求的基板产品 ，还有高频高速信号传输电路要求的基板。另外，它可代替原有的环氧树脂类基板和陶瓷基材类基板使用。

　　PALUP工艺技术，不但适用于刚性多层板制造，而且还可以用此工艺去制作多层挠性印制工艺技术制造三维立体型的基板、内藏元器件的基板，系统封装(SIP)基板等。

　　在PALUP基板用树脂中，不含对环境有害的物质。树脂中只含有C(碳)H(氢)O(氧)N(氮)的元素.它属于”自消火型热塑性树脂”,也是一种无卤化阻燃性的树脂.并且在加热到它的熔点以上时,树脂就可以熔化.有了这个特性,使它可以进行再利用,可以很容易的将金属与树脂进行分离.

　　综上所述,PALUP基板无论在技术上,还是在市场上都有广阔的发展前景.它将带动整个PCB技术有更大的质的飞跃.