HDI板工藝技術演變

龔永林（本刊主編）

0 引言

高密度互連（high density interconnector，HDI）板出現至今已30 多年，在此期間HDI 板市場不斷擴大，技術也不斷提升。HDI 板制造工藝技術種類繁多，部分因不合時宜而被淘汰了，部分得到培育而成熟延續了。因此，了解一些HDI板制造技術演變知識，會對掌握HDI 板技術有所啟示與幫助。

1 不同HDI板制造技術

1.1 含有芯板的HDI板

下面介紹的這款HDI 板由芯板與積層構成，由導通孔進行層間連接。按所用積層絕緣材料不同和導通孔形成方法不同而有所區分。

1.1.1 光敏樹脂介質+光致成孔法

該款HDI板工藝流程如圖1所示。

圖1 光敏樹脂介質+光致成孔法HDI板工藝流程

該HDI 板的特點是積層的絕緣介質為感光性樹脂材料，有液態或干膜狀，層間連通孔由光致成像（曝光、顯影）形成，隨后進行全板化學鍍銅與電鍍銅，圖形轉移與蝕刻形成積層的電路圖形；重復上述步驟實現再次積層；最后板面加工阻焊層與連接盤電鍍鎳/金、外形加工等，完成HDI板制作。

早在1991 年，日本的IBM 株式會社就開發制造了一種HDI 板，采用表面層壓電路（surface laminar circuit，SLC）工藝，是用液態感光性環氧樹脂為絕緣層的一種典型的順序逐層而成的積層PCB。

1.1.2 熱固性樹脂介質+激光成孔法

該HDI 板工藝流程與圖1 基本相同，只是其中積層的絕緣介質是熱固性樹脂材料，有液態或半固化干膜狀，層間連通孔由激光鉆孔形成。

該方法的代表有日本Victor（JVC）公司，該公司從1994 年起對傳統的印制電路板（printed circuit board，PCB）生產工藝作全面改變，轉向積層法工藝。新的積層PCB 已被用于JVC 的數字式攝像機中。

1.1.3 樹脂介質覆銅箔+激光成孔法

該HDI板工藝流程與圖1基本相同，只是其中積層時除了絕緣介質樹脂外還覆蓋銅箔，積層材料有采用附樹脂銅箔（resin coated copper，RCC），或者分離的銅箔+半固化樹脂片、銅箔+半固化環氧玻璃布壓制于芯板上，層間連通孔由激光打孔形成，如圖2所示。早期應用該工藝方法的代表性公司有日本CMK公司和新光電氣工業公司。

圖2 樹脂介質覆銅箔+激光成孔法HDI板工藝流程

1.2 全積層HDI板

該類HDI 板沒有芯板，全部由導通孔進行層間連接（任意層互連），最后也沒有貫通孔。因導通孔內導體不同而有多種積層方法。

1.2.1 導電膏連接的全導通孔積層法

該HDI 板特點是層間導通孔填充導電膏實現層間導通。這項技術的代表是松下公司開發及應用的ALIVH（Any layer inner via hole）積層多層印制板，其流程與結構如圖3所示。

圖3 ALIVH積層板制造流程與結構

1.2.2 凸點穿刺連接的全導通孔積層法

該HDI 板工藝特點是不需要鉆導通孔和金屬化孔電鍍，直接由導電膏凸點穿透絕緣層實現層間互連（圖4），用網版印刷法在銅箔上印刷導電膏點，固化后成為導電凸點；覆蓋半固化片并穿透凸點，再覆銅箔壓制后使凸點將上下銅箔導通連接，進行電路圖形制作完成HDI板。

圖4 B2it積層板的互連過程

該工藝由東芝（Toshiba）公司開發，稱為埋入凸塊互連技術（buried bump interconnection technology，B2it：）。

1.2.3 銅柱凸墊連接的全導通孔積層法

該HDI 板工藝特點是不需要鉆導通孔和金屬化孔，直接由銅柱實現層間互連。如日本NEC 公司開發的超薄型封裝載板（multi layer thin substrate，MLTS）工藝，如圖5 所示。又如日本North Print 公司開發新曼哈頓凸塊互連（Neo-Manhattan bump interconnection，NMBI）技 術，如圖5（b）所示。它的特點是采用三層結構的銅箔材料（薄銅箔與厚銅箔及中間隔有阻擋蝕刻的導體層所組成）。

圖5 銅柱實現層間互連積層板的制造流程

1.2.4 一次壓合的全導通孔積層法

該HDI 板工藝特點是采用單面覆銅箔環氧玻璃布層壓板，在非銅箔面用激光鉆小孔，孔內電鍍銅填孔或導電膏填孔，分別制作各層（內層），再定位疊合一次壓合成為積層多層板，如圖6所示。

圖6 一次壓合積層法

日本Ibiden 公司的一次壓合積層法（single step press，SSP）技術是電鍍銅填孔，曾經用于生產高密度封裝載板。日本Denso 公司的一次壓合積層法技術稱為PALAP（Patterned prepreg lay up process），孔內填塞導電膏。

1.2.5 逐層堆疊孔電鍍連接的全導通孔積層法

該HDI 板工藝可以制作自由堆疊導通孔結構的積層板。日本Ibiden 公司稱為任意疊孔互連（free via stacked up structure，FVSS）技術，如圖7 所示，采用雙面覆銅板，經過常規的激光鉆孔、電鍍銅填孔和圖形轉移與蝕刻形成電路圖形，重復積層形成所需HDI板。

圖7 FVSS積層板的制造流程

1.2.6 線孔開槽成形積層法

為防止HDI 板精細線路與基材結合不牢而剝落，有一種開槽埋線積層技術，工藝流程如圖8所示。加工步驟主要為，在層壓板介質上激光開孔與線槽，化學鍍銅使板面金屬化，電鍍銅填充凹槽，磨削去除多余銅后形成線路與導通孔，多次積層，成為多層板。激光開線槽寬度可小于10 μm，誤差±1 μm。為簡化加工步驟，可以采取導電膏涂塞凹槽，形成導電膏電路圖形。

圖8 線孔開槽成形積層板流程

1.2.7 ACF積層法

該工藝使用各向異性導電膜（anisotropic conductive film，ACF）材料。ACF 由黏合劑和導電粒子組成，在膜垂直方向（Z軸）具有導電性，在膜水平方向（X、Y軸）具有絕緣性。因此，ACF既是層間絕緣介質和黏合劑，又是導電層。

ACF 積層法工藝較簡單，流程如圖9 所示。ACF 積層板的互連導電阻值較大、可靠性差，不適合高性能要求的HDI板。

圖9 ACF積層法流程

2 體現HDI板技術的基本因素

HDI 板技術基本因素是絕緣介質形式、孔成形和金屬化方法、線路圖形形成。這4 個方面變化造就了不同的HDI 板技術，將上述因素與工藝相關性進行歸納，如圖10所示。

圖10 HDI板技術因素與工藝相關性

2.1 絕緣介質

HDI板的多層化是疊加電路層，在2個電路層之間必須有絕緣介質。絕緣介質有液態樹脂和半固化樹脂膜，又分光敏型和熱固型。為了解決化學鍍銅與基材結合力弱的問題，采取絕緣介質附導體箔，即半固化樹脂膜與銅箔一起壓合，或者用附樹脂銅箔壓合。

2.2 孔成形

孔成形（或稱鉆孔）有多種方法，如機械鉆孔、機械沖孔、激光鉆孔、光致成孔、等離子體蝕孔、導電膏成孔、銅柱成孔等，這與積層介質性能有關，如光致成孔必須是光敏樹脂介質。隨著激光技術的提高，激光鉆孔成為成孔技術主流。

2.3 孔金屬化

導通孔金屬化方法有化學鍍銅（沉厚銅）、化學鍍銅加電鍍銅、碳黑石墨或導電聚合物的直接電鍍銅、導電膏（導電油墨）塞孔、實心金屬導通孔等?；瘜W鍍銅加電鍍銅工藝應用較廣，從環?；虺杀窘嵌瓤紤]，其他幾種也可得到應用。

2.4 電路圖形形成

電路圖形形成方法有減去法、半加成法（semi additive process，SAP）和全加成法（fully additive process，FAP）可以選擇。減成法（銅箔蝕刻法）普遍應用，但制作精細線路受到限制。全加成法采用選擇性化學鍍銅，因銅層與基材結合力問題及成本因素未能推廣?，F在50 μm 以下精細線路制作基本都采用半加成法或改進型半加成法（modified SAP，mSAP）。還有一種半加成技術A-SAP?（Averatek semi additive process），也有稱先進型半加成法（advanced SAP，aSAP），采用層壓板涂布一層催化性油墨，隨后沉積一層納米級鈀層，再化學鍍薄銅、圖形電鍍銅以及閃蝕得到精細電路，可以制作15 μm以下精細線路。

HDI 板要形成多個積層電路層，只要重復覆蓋絕緣介質層或絕緣介質附導體箔、導通孔制作和積層電路圖形制作就能實現。

3 現行HDI板主流技術

HDI 板制造工藝有多種，隨著要求的提高和技術的發展，有的工藝已消亡或淡出，有的尚需改進，有的成為主流?，F行HDI 板制造主流工藝是逐層積層（sequential build-up，SBU）法。

該HDI 板含有芯板，在芯板兩面逐層積層，由激光鉆孔、化學鍍銅和電鍍銅形成導通孔進行層間連接，最后可以有貫通孔或無貫通孔，表面有阻焊層和連接盤涂飾層，流程如圖11所示。

圖11 SBU流程

HDI 板積層是在芯板表面堆積絕緣介質和導體層，現在，技術成熟的有層壓半固化片與銅箔。

若銅箔較厚，不適合蝕刻出細線路，就采取蝕刻方法減薄銅，或者層壓絕緣樹脂層加薄銅箔，即mSAP 方法。此過程中，激光鉆孔和化學鍍銅加電鍍銅填孔是主流。

若該HDI 板沒有芯板，為任意層互連積層多層板，那么就在雙面板的基礎上進行逐層積層，該工藝同樣實現任意層互連HDI板。

完成多層電路積層后，類同于多層板表面加工，有涂覆光致成像阻焊劑，形成阻焊層圖形，連接盤的銅表面最終涂飾，如化學鍍鎳/鈀/金層。采用數控銑切板子外形與異形槽孔，完成交貨單元，進行電路檢測，排除電路的斷路或短路故障。最終板子清洗、檢查和包裝，完成HDI板制作。