采用RCC与化学蚀刻法制作高密度互连

      采用RCC与化学蚀刻法制作高密度互连印制板

      摘 要：本文阐述了RCC材料与化学蚀刻法制作高密度互连印制板的工序和详细方法，意在探寻最为经济、简单而又行之有效的工艺。　　关键字：RCC材料 盲孔 化学蚀刻法 　　 一综 述 　　随着IT行业日新月异的变化，电子产品问着轻、薄、短、小型化发展，相应的印制板也面临高精度、细线化、高密度的挑战。全球市场印制板的趋势是在高密度互连产品中引入盲、埋孔，从而更有效的节省空间，使线宽、线间距更细更窄。而相应的为适应积层法和微细孔技术而发展的RCC材料(涂树脂铜箔Resin Coated Copper Foil，缩写RCC)也日益成熟。 　　1．1 RCC简介 　　RCC是由表面经粗化、耐热、防氧化等处理的铜箔和B阶段树脂组成的，其结构如图1所示：铜箔(9-18μm)树脂层(60-100μm)图一：涂树脂铜箔的结构 RCC的树脂层，应具备与FR-4粘结片(Prepreg)相同的工艺性。此外还要满足积层法多层板的有关性能要求，如： 　　(1)高绝缘可靠性和微导通孔可靠性；　　(2)高玻璃化转变温度(Tg)；　　(3)低介电常数和低吸水率；　　(4)对铜箔有较高的粘和强度；　　(5)固化后绝缘层厚度均匀。　　同时，因为RCC是一种无玻璃纤维的新型产品，有利于激光、等离子体的蚀孔处理，有利于多层板的轻量化和薄型化。另外，涂树脂铜箔具有12μm，18μm等薄铜箔，容易加工。 　　 1．2盲孔的形成 　　1)传统的机械钻孔工艺已不能满足微细孔的生产，如数控钻床批量钻孔最小孔径为 0．1--0．3mm，而且钻盲孔要求刀具在2轴方向具有很高的精确度，才能确保刚好将环氧层钻透，而又不破坏下一层的铜箔。而现实由于钻床台面的平整度、印制板的翘曲度等因素，不能严格保证机械钻盲孔分厘不差，只能控制钻头深度在±50μm(2mil)，这远远不能满足盲孔生产的需要。 　　对于钻头深度控制的突破性构思是电场传感器(EFS即Electric Field Sensor)的应用，钻头就像天线能探测信号，当钻头接触到金属表面(如板子的铜表面)指定的信号就戏剧性的改变，这样控制的深度为±5μm(0．2mil)，可以达到制造盲孔的要求。将这一构思与传统钻孔工艺相结合，解决了2轴方向深度控制问题，但微细孔(小于0．3mm)，的形成，问题依然存在。 　　2) 现代的激光蚀孔技术在埋、盲孔制作方面有着独特的优势。激光钻孔之所以能除去被加工部分的材料，主要靠光热烧蚀和光化学烧蚀。PCB，钻孔用的激光器主要有FR激发的气体C02激光器和UV固态Na：VAG激光器两种。激光钻孔速度虽快，但是和转轴钻孔(spindle drillng)相比，因为钻孔时板是单块而不是叠层放置，所以钻孔成本相对高许多。 　　3) 等离子蚀孔，首先是在覆铜板上的铜箔上蚀刻出窗孔，露出下面的介质层，然后放置在等离子的真空腔中，通入介质气体如CF4／H2／02／He／Ar，在超高频射频电源作用下气体被电离成活性很强的自由基，与高分子反应起到蚀孔的作用。它的优点是所有导通孔一次加工并且不留残渣，问题是处理时间较长，且成本高不适于大批量生产。 　　 二化学蚀刻法 　　化学蚀刻法在涂树脂铜箔上制作盲孔是一项低成本而又行之有效的工艺方法。化学蚀刻法是在覆铜板表面做抗蚀层(干膜或湿膜)，用只含盲孔孔位的底版曝光／显影／蚀刻铜，去掉孔表面的铜形成裸窗口，露出介质层树脂。然后用加热的浓硫酸喷射到裸窗口上，腐蚀掉树脂，形成盲孔。 RCC铜箔 RCC树脂抗蚀层湿膜或干膜化学蚀刻法腐蚀铜窗口去掉抗蚀层浓H2SO4去除树脂介质孔金属化现以一宽带网卡的积层式6层板为例介绍工艺流程(要求：6层板，1-2层含盲孔， 5-6层含盲孔，板厚0．8mm以下。) 　　生产流程：

　　下料(芯板2／3层，4／5层，)→制作内层板一内层层压(2／3，4／5层)→向两方向压外层(涂树脂铜箔) (1／6层)→外层盲孔图形转移(1、6层盲孔)→腐蚀盲孔位置上与盲孔直径一致的铜箔，裸露介质树脂→浓硫酸喷射去除环氧介质形成盲孔→钻通孔→前处理→沉铜(平板电镀)→外层图形转移→电镀→蚀刻→印阻焊→热风整平或其它可焊性保护层→铣外形→通断测试→检验→包装。 　
   　三讨论
　　RCC材料和积层法技术的成熟为盲孔的制作铺平了道路。
　　3，1浓硫酸的作用与影响 　　因为RCC材料不含玻璃纤维，加热的浓硫酸在较强的喷射压力下能较快去除环氧介质，而又省掉去玻璃纤维的工序。其腐蚀深度与时间、浓度的关系：　　腐蚀树脂的深度(μm) 　　90％ 92％ 94％ 96％ 98％ 浓硫酸的浓度　　T=38℃ t=60s,无喷淋压力下，浓硫酸浓度与腐蚀深度关系图 　　因盲孔一般都是小于0．3mm的微小孔，而浓硫酸因其粘度高难以进孔。若将其加热可有效的增加流动度，并辅之以机械振动或喷淋压力，热的浓硫酸就能充分发挥自身优势。而浓硫酸对铜表面和下一层的铜无腐蚀作用，且能有效的清除环氧树脂，不象机械钻孔、激光钻孔那样产生树脂腻污，也不会出现类似机械钻孔钻到下一层铜箔的情形。如下图四是没有机械喷淋条件下，浓硫酸蚀刻出的盲孔的显微剖切照片。如有均匀的喷淋压力盲孔的孔壁会更直，侧蚀会更小。 　　因浓硫酸蚀刻环氧介质时，其蚀刻能力是各向同性的，当它垂直蚀孔的同时也侧向蚀刻，导致铜箔下面产生侧蚀的问题。又因为浓硫酸吸水性强，浓度易变，因此严格监控浓硫酸浓度，固定温度指数，根据RCC材料的树脂厚度和硫酸的浓度、温度关系图三决定洗孔的时间，才能确保环氧介质被去掉而产生的侧蚀又最小。 　　所以化学蚀刻法在涂树脂铜箔上制盲孔是一项低成本而又可靠的工艺方法。 　　

      3．2化学沉铜 　　含盲孔的印制板生产过程需要重点控制的另一个工序为化学沉铜，因积层法制多层板，需一次或多次沉铜。盲孔孔径小，化学镀铜溶液难以进孔，而且不如贯通孔，溶液能够顺利进出交换更新。因此实现盲孔的金属化使层与层之间连通便成为至关重要的工作。而RCC材料较其他环氧覆铜板薄，对制作相伺孔径(0．3mm)的盲孔，其层与层间板厚孔径比如下：材料类型 RCC材料铜箔厚度 18μm树脂厚度 50μm 100μm板厚孔径比(盲孔) 0．23：1 0．39：1 　　由上表可见，利用RCC材料作盲孔，板厚孔径比小于1：1，孔金属化相对容易许多。板厚孔径比大大减小，有利于活化溶液、还原溶液、化学镀铜溶液在孔内的交换。另外，化学镀铜生产线再辅之以阴极移动、空气搅拌，减少气泡在盲孔内滞留的机会，就可确保盲孔的电气互连万无一失。用浓硫酸蚀刻出来的孔较机械钻孔÷激光成孔更彻底，无污物，减少了盲孔孔金属化前的清洁处理工作。而且孔金属化后可避免镀层不牢、热冲击脱落等问题。
　　3．3多层盲孔 　　多层盲孔的制作有几种流程，以1／2／3层盲孔的六层板为例(树脂厚度为70gm)： 　　方法一：加工完的内层板(3／4)→外压涂树脂铜箔(2，5)→盲孔图形转移→腐蚀铜箔，形成裸窗口→浓硫酸喷射去除环氧介质(70lμm)形成盲孔→孔金属化→电镀铜加厚→黑化→压涂树脂铜箔→形成盲孔(同上) 此流程采用循序渐进的方式加工盲孔，既常规积层法，工序多，且不易控制。因为需两 次浓硫酸洗孔，两次孔金属化；且因为内层盲孔金属化，黑化必须注意微蚀量，防止孔壁铜被蚀去过多。它的特点是盲孔、埋孔分散在不同层，用积层法可以很好的实现。 　

   　方法二：加工完的内层板(3／4)→外压涂树脂铜箔(2，5)→盲孔图形转移→腐蚀铜箔，形成裸窗口→浓硫酸喷射去除环氧介质(70μm)形成盲孔→黑化→压涂树脂铜箔(1， 6)→盲孔图形转移→腐蚀铜箔，形成裸窗口→浓硫酸喷射去除环氧介质(140μm)形成盲孔→孔金属化→电镀铜加厚此流程比方法一少一孔金属化、电镀铜加厚工序，但因第一次形成盲孔后未金属化，第二次层压树脂仍会流入，所以第一次浓硫酸喷射去除环氧介质的意义不大。 　　方法三：加工完的内层板(3／4)→压涂树脂铜箔(2，5)→盲孔图形转移→腐蚀铜箔，形成裸窗口→黑化→外压涂树脂铜箔(1，6)→盲孔图形转移→腐蚀铜箔，形成裸窗口→浓硫酸喷射去除环氧介质(140μm)形成盲孔→孔金属化→电镀铜加厚 　　此流程最为简洁，因为只需一次浓硫酸喷射去除环氧介质，孔金属化，工序少，容易控制，缩短周期。如果只有盲孔且盲孔集中在1／2／3层或者只有埋孔且集中在2／3层，用此法简便易行。Z 　　3．4问题 　　3．4，1因盲孔孔径小，多层盲孔图形转移时应注意定位精确，否则盲孔重合度差。 　　3．4．2浓硫酸喷射去除环氧介质形成盲孔后的检验也是一个难点。用检孔镜查孔时，盲孔下层正好显现一同心圆斑则能保证盲孔的连通。掌握浓硫酸洗孔的最佳深度，使两层间的树脂刚好去掉，孔金属化后与下一层连通，又使盲孔位置的铜突沿最小。

　　3．4．3层压也是制作盲孔的关键工序，控制与普通内层板基本一致。为了达到满意的层压效果，对于盲孔应注意填孔，避免气泡难以排除而最终影响层与层间的结合力。但因 RCC材料具有较薄的优势，孔径又很小时，孔内滞留的气体相对较少，利用真空压机进行层压，控制好升温速率、压力，得到合格的层压板亦非难事。 　　 四结论　　涂树脂铜箔与化学蚀刻法结合应用于埋盲孔的制作，成本低，小批量和大规模生产都适用，在国内市场具有广阔的发展前景。