印刷电路高密度互连基板(HDI)在大量生产中仍面临一些问题，有些是可靠性严重缺失，有些是外观缺失而造成大量的重工或检验成本及客户报怨。

考虑到技术能力与流程成本，设计布局工程师及流程设计工程师必须考虑他们的设计选择对后续工程的实际生产效益的影响，同时又能兼顾成本与品质。

本文章藉由探讨整个供应炼从线路布局，生产流程设计，原物料技术采用到后续组装可能面对的技术需求与挑战，在现有技术能力及未来技术开发趋势的基础上，提供可行性解决方案。

印刷电路高密度互连基板(HDI)在设计上考虑到内外层线路及组件连结时，盲孔,埋孔及增层设计在线路布局上有多重的选择，如单纯线路导通盲孔(Blind Via：图一之a)，铜垫上盲孔直接互连(Via in Pad：图一之b) ， 组件铜垫或散热铜垫内嵌盲孔(Stacked Via: 图一之c)

为满足高密度互连的布线要求，雷射钻孔是必须的。

内层线路导通盲孔设计

在高密度互连基板(HDI)进行压合覆盖处理时，所有的盲孔必须要保证xx填满。如果有盲孔空泡存在，则会导致层间分离或爆板的信赖度失效问题。

当绝缘层高于70um 的厚度及雷射孔径小于70um或是纵横比高于1:1时，即容易造成压合空泡，因此设计上应尽量避免纵横比大于1:1的盲孔孔径。实际生产过程中必须同时考虑绝缘材料的厚度和盲孔的直径。此外盲孔镀铜能力对填孔也有很大的影响。

实际上在更轻薄短小及阻抗控制的设计上仍会考虑设计纵横比大于1:1的雷射孔径。比如受限于雷射孔径对位及逃线密度设计，只能缩小雷射孔径及Via Land。如为了增加阻抗匹配，则需考虑增加绝缘层厚度或是雷射孔深度。

在生产制作上对于高纵横比盲孔电镀可考虑两个方案来解决盲孔空泡的潜在信赖度问题，一是提高电镀光泽剂的灌孔能力，一般的电镀光泽剂盲孔电镀灌孔能力只能达到{bfb}，好的盲孔电镀光泽济灌孔能力可达到130%，且孔型圆滑适合绝缘材料填孔(图二)，二是以镀铜填孔制程方式直接避免空泡的残留，早期盲孔填孔能力只能达到70um的绝缘层厚度，目前的量产产品已提升到可填满100um的电镀能力。

外层线路导通盲孔设计

印刷线路板于外层线路制作完成后，均会覆盖绿漆以避免铜面氧化并在后续组装的高温焊接中保护线路板。雷射盲孔于填入绿漆后依其纵横比高低而呈现品质的差异，一般来说绝缘层40um以上时，经常会遇到绿漆填孔不良造成的绿漆空泡(图三之a)或是因为盲孔绿漆覆盖不足造成的盲孔边缘绿漆厚度不足(图三之b)而有假性露铜的外观缺点，此二项缺点均有潜在的信赖度失效风险。

解决绿漆盲孔填孔品质问题有多项制程可供选择。

1.    以传统印刷方式挡点印刷先行填入30um绿漆再覆盖全面绿漆，需多次印刷以达到绿漆填      孔的目的。

2.    以垂直滚统式滚轮(Roller Coater)来回多次涂怖以达到绿漆覆盖及填孔之目的。

3.    以绿漆吸真空印刷机(Liquid Solder Masker Vacuum Printer)吸真空后再覆盖绿漆及填孔。  吸真空印刷机需较长时间吸真空，产能较一般印刷制程低。

4.    以干膜绿漆真空压合机(Dry Film Solder Masker Vacuum Laminator)先行覆盖干膜绿漆后   吸真空加温压合。

5.    以镀铜填孔方式于电镀铜制程直接将盲孔电镀填孔，减少绿漆制程复杂度并改善绿漆空泡      及假性露铜。(图四)

铜垫上盲孔直接互连和内嵌盲孔

铜垫盲孔和内嵌盲孔在设计上此种布局自由度较高，在线路逃线配置上可以减少连接点，而增加板面空间进行更多回路(I/O)的设计。内嵌盲孔结构有几种不同的类型。两种主要的类型是Laser Via on PTH, 和Laser Via on Laser Via pad (即所谓的“free stack-up”)。 不过此种设计信赖度风险增加, 相对制造成本也较高，一般来说除非高密度线路需要，否则设计人员宁可增加层数来减少Via on Pad 的设计。

层间对位设计时雷射盲孔 需严格控制于Pad 中心，因此微孔的位置能被恰当的对齐。(图五)

Laser via on PTH Pad 通常面临到细线路蚀刻的挑战，PTH pad 需经过两次镀铜制程来提供孔铜及PTH pad 面铜，两次镀铜厚度虽经过减铜制程但{zh1}可能仍然有25um 以上厚度(图六之a) ，常不利于细线路蚀刻,只能做到75um : 75um 线宽与间距的线路。另外在树脂塞孔及磨刷制程造成的基板涨缩也间接造成因层间材料涨缩不匹配而影响层间分离的信赖度失效模式。目前开发中的通孔电镀填孔计划于通空镀铜时即填孔形成Pad(图六之b)， 提供后续laser via on pad，可减少制程生产的复杂度及降低成本，提供细线路蚀刻的解决方案及增加铜厚改善电性、热传递性并降低噪声。

Laser Via on Pad 取代机械钻孔因而特别适合为两层导通提高布线密度，在设计上可用雷射成孔70um来代替机械钻孔孔径100um，且提供Laser via on Pad 的直接连结设计 (如图一之b中的两层结构)。当使用conformal via fill电镀时，仍会面临图三所提绿漆填孔所造成绿漆空泡及假性露铜的潜在问题，其完整解决方案可以是绿漆填孔制程或是通孔电镀填孔，且正反两面同时提供Pad 的设计,电子组件设计更有弹性。

Stacked via结构虽然提高了设计的自由度，信赖度仍然为{zd0}挑战。降低信赖度风险有几项设计及生产控制要严格控管，任何缺失均是归属于信赖度失效的严重问题，严重的话可能导致厂商立即停产。

雷射盲孔过程控制

雷射孔径控制及监控包括厚度,材料,制程能力及稳定性(Cp/Cpk)及孔形等。(图七)

1． 严格控制雷射盲孔的底部A直径使界面有足够的附着力，并且要求盲孔的底部xx干净。

2． 控制盲孔顶部C的直径使其比底部的直径稍小，这样孔型可以被可靠的电镀。

3． 绝缘材料B的厚度变化要尽量小，使雷射盲孔钻孔过程中盲孔的规格保持一致，以及可靠的与目标pad接触。

4． 当形成迭层雷射盲孔时保持合适的对位。

制程监控如 AOI 检验，拉力测试(图八)，万孔板测试，恶化性信赖度测试，短断路电性测试及阻抗控制等是保证持续的达到标准所必须的。

铜垫内嵌盲孔应用

铜垫内嵌盲孔设计应用于打线(wire bonding) ， BGA ball连结Ball pad， 表面被动组件组装SMT 及散热片需求。根据特定的应用，有几种不同的表面金属化处理方式。一般打线需要镍金表面处理，FCBGA应用到化学锡或是镍钯金表面处理，被动组件组装表面更为多元如有机保焊剂及镍金表面，散热片一般设计为镍金表面。(图九为PCB板Via in pad 设计)

组件连结失效的原因，除了不恰当的表面金属化处理，还包括微盲孔填孔时控制不良造成焊接空洞及裂痕，或直接影响到打线失效或组件连接不良。铜垫内嵌盲孔设计其所提供的表面要保持尽可能平整，以规格小于10um Dimple为目前规范，未来则要求到Dimple 5um 以内以确保组件连结完整(图十) 。这些要求可以通过使用MicroFill? EVF Enhanced Copper Via Fill产品来达到。

组件连结失效的原因，除了不恰当的表面金属化处理，还包括微盲孔填孔时控制不良造成焊接空洞及裂痕，或直接影响到打线失效或组件连接不良。铜垫内嵌盲孔设计其所提供的表面要保持尽可能平整，以规格小于10um Dimple为目前规范，未来则要求到Dimple 5um 以内以确保组件连结完整(图十) 。这些要求可以通过使用MicroFill? EVF Enhanced Copper Via Fill产品来达到。

Conclusions 结论

电镀填孔制程能力的提升提高了组件线路设计的自由度，并通过缩短制程生产时间和降低成本，有效提高了生产良率。在未来电子组件轻薄短小及提高性能的需求上，持续提供细线化及薄板能力的未来解决方案。

References  参考文献

1. M. Lefebvre, “Pattern Plate Copper Via Fill Processes for Packaging and HDI with Through-Hole Plating”, CircuiTree Webinar, Original Event Date: December 9, 2008
2. M. Lefebvre, E. Najjar, L. Gomez, L. Barstad, “Next Generation Electroplating Process for HDI Microvia Filling and Through Hole Plating”, IMPACT/EMAP 2008.

朱志亮(Julian Chu) 是罗门哈斯电子材料有限公司(台湾)Interconnect and Finishing Technologies亚洲区行销总监，他的联系方式是julianchu@rohmhaas.com

罗门哈斯电子材料有限责任公司是一家全球性的,全方位的供应印刷电路制造产品的公司，它还包括绝缘材料预处理和金属化，以及全方位的高密度连接和包装载体的盲孔填孔工艺。.