Τεχνολογία επεξεργασίας επιφανειών DHI με τεχνολογία άνθρακα
1. Ιστορία άμεσης επένδυσης σειράς άνθρακα
Η διαδικασία άμεσης επίστρωσης σειράς άνθρακα χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία πλακέτας κυκλωμάτων για 35 χρόνια. Οι διαδικασίες που χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία περιλαμβάνουν μαύρες τρύπες, εκλείψεις και σκιές. Η πρωτότυπη τεχνολογία άμεσης επένδυσης μαύρης τρύπας κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1984 και υπήρξε εμπορικά επιτυχημένη ως διαδικασία επένδυσης FR-4 μέσω οπών.
Επειδή η μαύρη τρύπα είναι μια διαδικασία επικάλυψης, όχι μια διαδικασία οξειδοαναγωγής όπως η χημική δεξαμενή χαλκού, η τεχνολογία δεν είναι ευαίσθητη στην επιφανειακή δραστηριότητα διαφορετικών διηλεκτρικών υλικών και μπορεί να χειριστεί υλικά που είναι δύσκολο να επιμεταλλωθούν. Επομένως, αυτή η διαδικασία έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε φιλμ πολυϊμιδίου σε εύκαμπτα κυκλώματα, υψηλής απόδοσης ή ειδικά υλικά, όπως το πολυτετραφθοροαιθυλένιο (PTFE). Η τεχνολογία άμεσης επιμετάλλωσης του άνθρακα και του γραφίτη έχει εγκριθεί για αεροδιαστημικές και στρατιωτικές αεροηλεκτρονικές εφαρμογές και πληροί τις απαιτήσεις της ενότητας 3.2.6.1 της προδιαγραφής IPC-6012D.
2. Ανάπτυξη πλακέτας κυκλώματος
Με την ανάγκη σχεδιασμού πλακέτας τυπωμένων κυκλωμάτων, οι διαδικασίες άμεσης ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης συνέχισαν να αναπτύσσονται τα τελευταία χρόνια. Λόγω της κίνησης μικροποίησης, από εξαρτήματα μολύβδου έως εξαρτήματα επιφανείας, ο σχεδιασμός PCB έχει εξελιχθεί ώστε να προσαρμόζεται σε μικροσυστατικά με περισσότερες ακίδες, με αποτέλεσμα αυξημένα στρώματα PCB, παχύτερες πλακέτες κυκλώματος και μέσω οπών Η διάμετρος είναι μικρότερη. Προκειμένου να αντιμετωπιστούν οι προκλήσεις του υψηλού λόγου διαστάσεων, οι τεχνικές προδιαγραφές της γραμμής παραγωγής θα πρέπει να περιλαμβάνουν τη βελτίωση της μεταφοράς και ανταλλαγής λύσεων μικροπόρων, όπως η χρήση υπερηχητικών κυμάτων για γρήγορη διαβροχή των πόρων και αφαίρεση φυσαλίδων αέρα, και ικανότητα βελτίωσης του μαχαιριού αέρα και του στεγνωτηρίου για να στεγνώσουν αποτελεσματικά παχιά κυκλώματα Μικρές τρύπες στο ταμπλό.
Έκτοτε, οι σχεδιαστές PCB έχουν εισέλθει στο επόμενο στάδιο: πείνα τυφλών οπών, ο αριθμός των πείρων και η πυκνότητα του πλέγματος σφαιρών υπερβαίνουν την επιφάνεια του σκάφους που διατίθεται για διάτρηση και καλωδίωση. Με το πλέγμα των πακέτων συστοιχίας σφαιρών πλέγματος 1,27 mm έως 1,00 mm (BGA) και το πλέγμα πακέτων κλίμακας chip 0,80 mm έως 0,64 mm (CSP), οι τρύπες micro blind έχουν γίνει όπλο για τους σχεδιαστές να αντιμετωπίσουν τις προκλήσεις της τεχνολογίας HDI.
Το 1997, τα κινητά τηλέφωνα άρχισαν να χρησιμοποιούν το σχέδιο 1 + N + 1 για μαζική παραγωγή. αυτό είναι ένα σχέδιο με μικρο-τυφλές οπές στην επικάλυψη στον πυρήνα του στρώματος. Με την αύξηση των πωλήσεων κινητών τηλεφώνων, των προ-χαρακτικών παραθύρων και των λέιζερ CO2, UV, UV-YAG λέιζερ και συνδυασμένου UV-CO2 λέιζερ για να σχηματίσουν μικρο τυφλές οπές. Τα μικρο-τυφλά vias επιτρέπουν στους σχεδιαστές να δρομολογούν κάτω από τα blind vias, ώστε να μπορούν να αναδιανείμουν περισσότερα πλέγματα καρφίτσας χωρίς να αυξάνουν τον αριθμό των επιπέδων. Το HDI χρησιμοποιείται ευρέως σε τρεις πλατφόρμες: μικροσκοπικά προϊόντα, υψηλής ποιότητας συσκευασίες και ηλεκτρονικά προϊόντα υψηλής απόδοσης. Η μικρογραφία στο σχεδιασμό του κινητού τηλεφώνου είναι αυτή τη στιγμή η πιο παραγωγική εφαρμογή.
3. Άμεση επένδυση
Τα συστήματα άμεσης επιμετάλλωσης, όπως οι μαύρες τρύπες, πρέπει να ξεπεράσουν τεχνικά εμπόδια για την αντιμετώπιση των προκλήσεων επιμετάλλωσης των τυφλών οπών και των μικροφώνων HDI. Όταν μειώνεται το μέγεθος της τυφλής οπής, αυξάνεται η δυσκολία αφαίρεσης σωματιδίων άνθρακα στο κάτω μέρος της τυφλής οπής, αλλά η καθαριότητα του πυθμένα της τυφλής οπής είναι ένας βασικός παράγοντας που επηρεάζει την αξιοπιστία. Ως εκ τούτου, η ανάπτυξη νέων καθαριστικών και μικρο-χαρακτικών είναι να βελτιωθεί η τύφλωση Πώς να καθαρίσετε το κάτω μέρος της τρύπας.
Επιπλέον, με βάση τη θεωρία και την πρακτική εμπειρία, ο σχεδιασμός των ακροφυσίων του τμήματος μικρο-διάβρωσης τροποποιήθηκε για να είναι ένας συνδυασμός διαμόρφωσης ψεκασμού-εμποτισμού-ψεκασμού. Η πρακτική έχει αποδειχθεί αποτελεσματικός σχεδιασμός. Η απόσταση μεταξύ του ακροφυσίου και της επιφάνειας της πλακέτας κυκλώματος μειώνεται, η απόσταση μεταξύ των ακροφυσίων μειώνεται και η δύναμη κρούσης ψεκασμού στην πλακέτα κυκλώματος αυξάνεται. Με την κατανόηση των λεπτομερειών, ο νέος σχεδιασμός ακροφυσίων μπορεί να χειριστεί αποτελεσματικά την υψηλή αναλογία διαστάσεων μέσω οπών και τυφλών οπών.
Με την ανάπτυξη της επόμενης γενιάς έξυπνων τηλεφώνων, οι κατασκευαστές άρχισαν να χρησιμοποιούν οποιοδήποτε στρώμα σχεδιασμού στοιβαγμένων τυφλών οπών για να εξαλείψουν τις οπές, γεγονός που πυροδότησε μια τάση ότι καθώς το πλάτος της γραμμής και το διάστημα των γραμμών μειώθηκαν από 60 fromm σε 40μm, η παραγωγή κυκλώματος σανίδες Το αρχικό πάχος φύλλου χαλκού που χρησιμοποιείται στη διαδικασία μειώνεται σταθερά από 18 μm σε 12 tom σε 9 μm. Και κάθε υπερτιθέμενο στρώμα οποιασδήποτε πλακέτας κυκλώματος στρώματος πρέπει να επιμεταλλωθεί και να ηλεκτρολυθεί μία φορά, γεγονός που αυξάνει σημαντικά τη ζήτηση χωρητικότητας της υγρής διαδικασίας.
Τα smartphone είναι επίσης οι κύριοι χρήστες εύκαμπτων και άκαμπτων κυκλωμάτων. Σε σύγκριση με την παραδοσιακή χημική διαδικασία επένδυσης χαλκού, η εφαρμογή άμεσης επένδυσης στην παραγωγή οποιουδήποτε στρώματος, εύκαμπτου κυκλώματος (FPC) και άκαμπτου-εύκαμπτου κυκλώματος έχει αυξηθεί σημαντικά, επειδή αυτή η διαδικασία συγκρίνεται με την παραδοσιακή χημική διαδικασία χαλκού χαμηλότερο κόστος , λιγότερη χρήση νερού, λιγότερη παραγωγή λυμάτων
4. Οι ολοένα στενότερες απαιτήσεις πλάτους γραμμής / διαστήματος γραμμής PCB απαιτούν αυστηρό έλεγχο του βάθους χάραξης
Τώρα, η τελευταία γενιά smartphone και προηγμένων συσκευασιών υιοθετούν σταδιακά την εναλλακτική μέθοδο ημι-προσθέτων (mSAP). Το mSAP χρησιμοποιεί εξαιρετικά λεπτό φύλλο 3ilm για να επιτύχει πλάτος γραμμής 30/30 μικρών και σχεδιασμό βήματος. Κατά τη διαδικασία παραγωγής χρησιμοποιώντας εξαιρετικά λεπτό φύλλο χαλκού, είναι απαραίτητο να ελέγχεται με ακρίβεια η ποσότητα της διάβρωσης του δαγκώματος των αυλακώσεων μικρο-χάραξης σε κάθε διαδικασία. Ειδικά για τις παραδοσιακές χημικές διαδικασίες εμβάπτισης και άμεσης επιμετάλλωσης χαλκού, η ποσότητα της διάβρωσης του δαγκώματος του επιφανειακού φύλλου χαλκού πρέπει να ελέγχεται με μεγάλη ακρίβεια
5. Πρόοδοι στη διαμόρφωση του εξοπλισμού
Προκειμένου να βελτιστοποιηθεί η διαδικασία άμεσης επιμετάλλωσης ώστε να ταιριάζει με τη διαδικασία mSAP, αρκετά διαφορετικά σχέδια εξοπλισμού δοκιμάστηκαν σταδιακά στην πειραματική γραμμή πριν τεθούν σε πλήρη παραγωγή. Τα αποτελέσματα των δοκιμών δείχνουν ότι, μέσω καλής σχεδίασης εξοπλισμού, μπορεί να παρέχεται μια ομοιόμορφη αγώγιμη επίστρωση άνθρακα σε ένα ευρύ φάσμα λειτουργίας.
Για παράδειγμα, στη διαδικασία άμεσης επίστρωσης της σειράς άνθρακα, χρησιμοποιείται μια κατοχυρωμένη με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας διαμόρφωση κυλίνδρου για να κάνει την επίστρωση άνθρακα πιο ομοιόμορφη. Και μειώστε την ποσότητα εναπόθεσης άνθρακα στην επιφάνεια του πίνακα παραγωγής, μειώστε την ποσότητα του αιωρήματος άνθρακα και ταυτόχρονα αποτρέψτε το υπερβολικά παχύ στρώμα άνθρακα στις γωνίες των τυφλών οπών ή μέσω οπών.
Επανασχεδιάστηκαν επίσης οι προδιαγραφές εξοπλισμού της δεξαμενής μετά την μικροεκτύπωση Το αν το κάτω μέρος της τρύπας είναι 100% καθαρό είναι το πιο ποιοτικό ζήτημα του κατασκευαστή. Εάν υπάρχει κατάλοιπο άνθρακα στο κάτω μέρος της τυφλής οπής, μπορεί να περάσει τη δοκιμή κατά τη διάρκεια της ηλεκτρικής δοκιμής, αλλά επειδή η περιοχή διατομής της αγωγής μειώνεται, η δύναμη συγκόλλησης μειώνεται επίσης, με αποτέλεσμα τη θραύση λόγω της απουσίας θερμικής καταπόνησης κατά τη συναρμολόγηση Το πρόβλημα της αστοχίας. Καθώς η διάμετρος της τυφλής οπής μειώνεται από τα παραδοσιακά 100 μικρά στα 150 μικρά στα 80 μικρά στα 60 μικρά, η αναβάθμιση των προδιαγραφών εξοπλισμού του αυλακιού μικρο-χάραξης είναι κρίσιμη για την αξιοπιστία του προϊόντος.
Μέσω δοκιμών και έρευνας για την τροποποίηση των προδιαγραφών εξοπλισμού της δεξαμενής μικρο-χάραξης για τη βελτίωση της ικανότητας διεργασίας για την πλήρη απομάκρυνση των υπολειμμάτων άνθρακα στο κάτω μέρος της τυφλής οπής, έχει εφαρμοστεί σε γραμμές μαζικής παραγωγής Η πρώτη σημαντική βελτίωση περιλαμβάνει τη χρήση αυλακώσεων διπλής χάραξης για να παρέχει ακριβέστερο έλεγχο της ποσότητας του τσιμπήματος. Στο πρώτο στάδιο, το μεγαλύτερο μέρος του άνθρακα στην επιφάνεια του χαλκού απομακρύνεται, και στο δεύτερο στάδιο, χρησιμοποιείται φρέσκο και καθαρό διάλυμα μικρο-χάραξης για την αποτροπή της επιστροφής των σωματιδίων άνθρακα στον πίνακα μαζικής παραγωγής. Στο δεύτερο στάδιο, η τεχνολογία μείωσης του χαλκού σύρματος υιοθετήθηκε επίσης για να βελτιώσει σημαντικά την ομοιομορφία της μικρο-χάραξης στην επιφάνεια της πλακέτας κυκλώματος.
Η μείωση της μεταβλητότητας της ποσότητας δαγκώματος στην επιφάνεια του κυκλώματος βοηθά στον ακριβή έλεγχο της συνολικής ποσότητας χάραξης στο κάτω μέρος της τυφλής οπής. Η μεταβλητότητα της ποσότητας του τσιμπήματος ελέγχεται αυστηρά από τις παραμέτρους χημικής συγκέντρωσης, σχεδιασμού ακροφυσίων και πίεσης ψεκασμού
6. Χημική βελτίωση
Όσον αφορά τη χημική βελτίωση, οι παραδοσιακοί παράγοντες καθαρισμού πόρων και τα φίλτρα μικρο-χάραξης δοκιμάστηκαν και τροποποιήθηκαν, λαμβάνοντας υπόψη την ικανότητα ελέγχου της διάβρωσης του δαγκώματος. Τα οργανικά πρόσθετα στο μέσο καθαρισμού εναποτίθενται επιλεκτικά μόνο στην επιφάνεια του χαλκού και δεν θα εναποτίθενται στο υλικό της ρητίνης. Επομένως, σωματίδια άνθρακα θα εναποτίθενται μόνο σε αυτήν την ειδική οργανική επικάλυψη. Όταν η πλακέτα κυκλώματος εισέρχεται στο αυλάκι μικρο-χάραξης, η οργανική επικάλυψη έχει υψηλή διαλυτότητα στο όξινο υγρό. Επομένως, η οργανική επικάλυψη απομακρύνεται από το οξύ στην αυλάκωση μικρο-χάραξης και ταυτόχρονα, η επιφάνεια του χαλκού κάτω από τα σωματίδια άνθρακα είναι χαραγμένη πλευρικά, η οποία μπορεί να επιταχύνει την αφαίρεση σωματιδίων άνθρακα στην ίδια πλευρά.
Ένα άλλο έργο βελτίωσης είναι ότι η χρήση μικρο-χάραξης δύο συστατικών μπορεί να βελτιώσει την ικανότητα αφαίρεσης σωματιδίων άνθρακα και να μειώσει την μικρο-τραχύτητα της επιφάνειας του χαλκού. Αφήστε την τραχύτητα της επιφάνειας του χαλκού να ευνοήσει την στεγνή μεμβράνη. Τα αποτελέσματα της δοκιμής δείχνουν ότι ο σχετικά ομαλός πυθμένας της τρύπας τυφλών βοηθά στη βελτίωση της αξιοπιστίας της επένδυσης στο κάτω μέρος της τρύπας. Μετά τη βελτιστοποιημένη διαδικασία άμεσης επίστρωσης σειράς άνθρακα, το φύλλο χαλκού στο κάτω μέρος της τυφλής τρύπας ήταν εντελώς καθαρό, το οποίο μπορεί να επιτρέψει στον ηλεκτρολυτικό χαλκό να συνεχίσει να αναπτύσσεται στο πλέγμα χαλκού στο φύλλο χαλκού για να επιτύχει την καλύτερη πρόσφυση επένδυσης.
Ο συνδυασμός βασικών δεξαμενών διεργασίας και ειδικών βελτιώσεων στα χημικά αποτελούν μια προηγμένη διαδικασία HDI / mSAP κατάλληλη για παραγωγή χρησιμοποιώντας εξαιρετικά λεπτό φύλλο χαλκού. Μέσω μιας απλής διεπαφής άμεσης συγκόλλησης χαλκού-χαλκού, σχηματίζεται ένα συνεχές μεταλλικό πλέγμα, το οποίο βελτιώνει την αξιοπιστία των τυφλών οπών. Η επεξεργασία της αυλάκωσης μικρο-χάραξης επιτρέπει την ιδανική μικρο-τραχύτητα του χαλκού φύλλου στο κάτω μέρος της τυφλής οπής για χρήση ως ηλεκτροφόρο υπόστρωμα χαλκού που γεμίζει οπές. Αυτό προάγει τη συνεχή ανάπτυξη του πλέγματος του ηλεκτρολυτικού χαλκού στο κάτω μέρος της τυφλής οπής κατά μήκος του πλέγματος του χαλκού φύλλου. Μετά την κανονική θερμική επεξεργασία υψηλής θερμοκρασίας, οι κόκκοι χαλκού διατάσσονται σε πλέγμα και σχηματίζουν ένα πλήρες συνεχές μεταλλικό πλέγμα.
Παρατήρηση και ανάλυση δειγμάτων κοπής FIB για σχηματισμό λεπτών φετών δείχνουν ότι οι γραμμές διασύνδεσης είναι ομοιόμορφες σε μέγεθος και δομή κόκκων (Σχήμα 5). Μετά από θερμικό σοκ ή θερμικό κύκλο, το όριο μεταξύ του χαλκού φύλλου στο κάτω μέρος της τυφλής τρύπας και του επιμεταλλωμένου χαλκού είναι δύσκολο. Βρίσκεται ότι δεν υπάρχει κανένα νανο-κενό όπου άλλες διαδικασίες είναι επιρρεπείς, εκτός εάν προκαλείται από παράγοντες όπως ως οξείδωση ή ρύπανση.
Η απεικόνιση δέσμης εστιασμένων ιόντων (FIB) της διεπαφής μεταξύ του επιχρισμένου στρώματος χαλκού και του επιθέματος στόχου, η κορυφαία τεχνολογία άμεσης ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης επιτρέπει την ισχυρή σύνδεση χαλκού-χαλκού για καλή απόδοση υπό θερμική πίεση.
Οι γραμμές παραγωγής απευθείας ηλεκτρολυτικής επικάλυψης, όπως "μαύρες τρύπες", χρησιμοποιούνται επί του παρόντος στη διαδικασία μαζικής παραγωγής εναλλακτικού ημι-πρόσθετου (mSAP) από εξαιρετικά λεπτό φύλλο χαλκού 3 μικρών. Αυτά τα συστήματα χρησιμοποιούν σχετικό εξοπλισμό που ελέγχει με ακρίβεια την ποσότητα μικρο-χάραξης στη μαζική παραγωγή. Η πλακέτα κυκλώματος 12 στρωμάτων που παράγεται με αυτόν τον εξοπλισμό έχει περάσει το τεστ 300 Cycle IST. Στα παραπάνω προϊόντα, οι μαύρες τρύπες χρησιμοποιούνται στα L2 / 10 και L3 / 11 χρησιμοποιώντας τη διαδικασία mSAP. Το μέγεθος των τυφλών οπών είναι 80 ~ 100 x 45μm και κάθε πλακέτα κυκλώματος περιέχει 2 εκατομμύρια τυφλές οπές.
Χρησιμοποιήστε το AOI για να ελέγξετε για υπολείμματα άνθρακα στη διαδικασία. Τα αποτελέσματα της επιθεώρησης έδειξαν ότι στην έξοδο 5.000 PSM / μήνα, δεν εντοπίστηκαν ελαττώματα. Η ηλεκτρολυτική επίστρωση αυτών των κυκλωμάτων γίνεται σε μια γραμμή παραγωγής κάθετης συνεχούς ηλεκτρολυτικής επικάλυψης (VCP). Το εσωτερικό στρώμα υιοθετεί την πλήρη επίστρωση της διαδικασίας Tent-Etch και η στρώση mSAP πρέπει να είναι ηλεκτρολυτική επίστρωση. Η εικόνα περίθλασης ηλεκτρονικής οπίσθιας διασποράς (EBSD) στο Σχήμα 6 δείχνει την ομοιομορφία του μεγέθους κόκκου στη διεπαφή μεταξύ του επιθέματος στόχου και του επιχρισμένου στρώματος χαλκού.
