-
增層法多層板與非機鑽式導孔
Build
Up MLB and Non
–
Drilled Via
Hole
作者：白蓉生
先生
前言：
早期多層板之層間互連與零件腳插裝，皆依靠全通式的鍍通孔
(
PTH
)
去執行。彼
時組裝不密，佈線不多，故問題也不大。然因電子產品功能提升與零件增加，乃由早先
的通孔插裝改為節省板面的表面黏裝。
1980
年後
SMT
開始漸入量產，使得
PCB
在小孔
細線上成為重耍的
課題。然而這種採用鍚膏與波焊的雙面黏裝做法，仍受到零件不斷複
雜化與引腳持續增多
，以及
晶片級封裝
< br>(CSP)
極端輕薄短小的多層板壓力下，積極因
應的<
/p>
PCB
業界又於
1990
年起推出
非機械鑽孔
式的盲孔埋孔甚至通孔，與板外逐次增
加層面的
增層法
(Build Up Pro
cess
工研院工材所譯為
積層式
多層板
)
，在微
薄化
方面再次出現革命性的進步。本文即針對該非傳統鑽孔的各種專密製程加以概述，並
專
對電漿咬孔與雷射燒孔等兩種商用製程做較詳細的介紹。
一、傳統多層板的製做與受限
1.
傳統流程
傳統多層板對層與層之間
互連
的做法，是先在各
內層薄基上，
以阻劑選擇蝕銅做出所需的圓墊
< br>，經壓合及鑽孔後即可將各層圓墊予以串通。並
再以
PT
H
及電鍍銅方式使各層
孔環
得興孔壁導通。最後完成外層板面蝕刻的線路，即
成為每層用孔環啣接全通孔
(PTH)
的互連系統，其流程概要
如下：
１
.
先就各內層面上的線路與圓墊進行成像與蝕刻
(Print and
Etch)
，得到所
需的導體圖形。
２
.
隨即進行黑
/
棕氧化處理
(Black
／
Brown Oxide
Treatment)
完成各內層板。
３
.
加入膠片
(Prepreg)
與外層銅箔進行疊合與壓合，成為多層板半成品。
４
.
再進行鑽孔、鍍通孔
(PTH)
、成像
(Image Transfer;
正片法或負片法
)
及
蝕刻得到外層線路並完成多層板之成品。
2.
外層面積的限制
傳統多層板係採單次壓合為半成品
，再行鑽孔鍍孔與線路蝕刻而達到整體互連之目
的。凡欲與孔銅壁導通者則利用
孔環
Ring)
與其他線路啣接
;
凡不欲與孔銅壁
導通者
，
則在各層孔環外緣與大銅面之間採用
空環
予以隔絕
(Isolation)
。
此種一次成型全板貫穿的傳統互連
做法，處於目前之多腳零件增量裝配，在降低成
本減少層數，致使細線佈局不斷增密而渴
求面積情形下，只有儘量縮小孔徑興孔環，甚
至出現極其困難的無環
(Landless)
通孔以為因應。如此將使孔徑逼小到
1Omil
以下的境
界，對生產力與成本方面都造成極大的負面
影響。
面臨密集組裝時傳統全通孔所呈現的缺失有：
層間互連用的傳統通孔無法直接做在板面
SMD
的腳
墊上，需另以
扇出
圖
l.
左為傳統
SMD
焊墊進行互連所需之
”
扇出
”
(Fan Out)
引線與墊上直接盲孔無
Fan
Out
之比較。右為插孔、
SMD
扇接導孔、及電漿法盲導孔等孔徑大小之比較。
Fan Out
)
方式連通各腳墊，
對板面的有限空間而言可謂十分浪費。
全通孔會破壞多層板內在電壓層的完整
性，使電容蒙受損失增加雜訊。
爭奪零件組裝所需的面積。
妨礙多層板內在訊號層的佈線面楨。
密集組裝迫使通孔孔徑愈來愈小，成本也愈來愈貴。
<
/p>
早期鍍通孔除用於層間
互連
之目的外，還需擔負起零件腳
插裝
的任務，故孔徑
興孔距皆有其下
限。
I986
年以後
SMT
十分成熟之際，除了高功率大
型
CPU(
約
1OW)
與附加卡
(Add-on
Card)
仍需揮裝以確保可靠度之外，其餘大多數零件的
引腳
均已改成
表面黏裝
，因而板面上只需留下必要的矩型焊墊以供接腳即可。
此種只扮演層間
互連
的傳統鍍通孔，似乎無需一定要貫穿全板，大可改
變成為只在部份層次間連通的盲孔
(Blind
Hole)
與埋孔
(Buried <
/p>
Hole)
，以省下通孔在板
面上的用地
，讓有限的外層面積儘量用以佈線與焊接零件。這就是板外逐次增層法
(Build-
up)
與非機鑽式
(Non-drilled)
導孔
(Via)
的起因。
圖
2.
全通
PTH
之傳統多層板經部份改成盲孔埋孔後之擠縮小型化情形。
3.
傳統埋導孔
(Buried
Via)
與盲導孔
(Blind
Via)
傳統多層板的埋孔製作並不困難，只要按一般雙面板做法，先將各內層薄板進行鑽
孔
、鍍孔及線路蝕刻後，再用真空壓合法以膠片之流膠去填滿各內導孔，即可壓合成為
有<
/p>
埋孔
的多層板。
至於
傳統盲孔的做法也不難，常見的六層板可分別先做兩片有通孔的薄雙面板當成
外層，與另
一片無孔的內層板一併壓合成為六層板，即出現已填膠的盲孔。再進行整體
全通孔的製作
，則成為有盲孔與通孔的
MLB
。若欲另做埋孔時，則也可將中
間的內層板
先做成雙面板，三片雙面板壓合後即可達到有盲孔埋孔的六層板。此類製程稱
為
逐次壓
合
<
/p>
Laminated)
式多層板。此等做法流程太長，占用生產線
資源太多，成本
並不便宜。
至於壓合後外層板面所特做的
機鑽式盲孔
，其製作並不容易。首先要精
確設定鎖頭在
Z
軸的下鑽深度，使恰好到達某一內層銅墊上，形成有錐底的杯狀盲孔。
所鑽出的
裸盲孔
還要再經小心
鍍銅才能成為可連通的
盲導孔
。其
工程中不但設定深度十分不易，而且化
學銅與電鍍銅也因其槽液無法流動替換，在不易
趕走氫氣下一旦其縱橫比超過
1
：
1
時，則錐底即很難
鍍滿。
圖
3.
左為機鑽定深盲孔，孔徑
48mil
孔深
44mil
之鍍後情形。中為
CO2
雷射四個脈衝
二、增層法
(Build Up
Process)
與非機鑽式之埋孔與盲孔
現以雙面或四層板為基礎，採納上
述
逐次壓合
的
觀念，於其板外逐次增加線路層，並以
非機鑽式
之盲孔做為增層間的互連
，已成為時
下最受全球業界注目的
增層
法
，
(Build Up
Process)
。為避免在發音上
與原有
加成法
混淆起見，特譯之為
增層法
以資區別。此等新開
發非鑽孔式各種超薄多層板，其做法極多各種花樣不
勝枚舉，大體上可分四類：
1.
感光成孔式導孔
(Photo-
Via)
圖
4.
以感光成孔所做的兩增層，及與
FR-4
核板壓合再經機械鑽做全通孔
(PTH)
之示意圖。
利用感光阻劑層兼做為久性的感光介質層（
Photo-
Imageable Dielectric
簡稱
PID)<
/p>
，先在完工的雙面核心板上進行塗佈
PID
層，並針對特定孔位處加以顯像
(Developing)
，
使露出碗底所預留的銅墊即形成碗狀裸盲孔。再以化學銅與電鍍銅進行
全面加成，經選擇
性蝕刻後即可得外層到線路與盲導孔。也可不鍍銅而改成塞銀膏或銅
膏填孔而完成導通。
此雙面核心板得到第一次兩面
增層
後，還可再繼續塗佈
PID
與加
成鍍銅及蝕刻，做出高密薄形的
Build
up
多層板。
此類
感光導
孔
之商業製程很多，其中
IBM
公司
l989
年在日本
Yasu
工廠所推出的
SLC
製程<
/p>
(Surface Laminar Circuits)
最早奪
得先聲。該法是以
CibaGeige
濂塗式綠漆
Probimer
52
的油墨做為感光介質
(PID)
，比法可得
3mil/3mil
之線寬線距，盲孔之底徑
約
5mil<
/p>
，
孔口約
10mil
。
杜邦亦於
1997.7
推出一種
乾膜式的
PID
，
其商名為
ViaLux
100
，
使得施工為方便，介質平坦性也將
更好。
圖
5.
此為
採用
PID
所感光及顯像而成的增
層
光孔
，孔徑
6mil
，孔深
2mil
，孔壁銅厚
1mil<
/p>
。
注意其鍍銅層是以低電流所鍍故分佈十分良好。
IBM
另
在紐約州的
Endicott
廠及德州
Austin
廠均曾將
SLC
之洛劑顯
像改成水溶液
顯像；後者稱為
ALT
法
曾於筆記型電腦
Think
Pad
的
主機板，以及工作站繪圖卡，
PCMCIA
卡，
MCM-L
與攝錄影機之電路板方面有過量產用途。
本法所用環氧樹脂式的液態感光介質，除上述
Probimer
52
或
65
外
，尚另有
Shiply
FP-9500
等十餘種濕膜或乾膜式的感光介質。由於其等樹脂之
Tg
普
遍不高，只做為導線
或焊接的多層板尚可，一旦需晶片直接安裝
(DCA
，
COB
等
< br>)
而
需高溫打線（
Wire Bond)
時
，則因材質在高溫中較軟而達不到打線的品質。我國工研院
工材所，亦曾以酚醛樹脂添加
感光樹脂做為介質，進行研究試做。
2.
雷射鑽（燒）孔
Laser Ablation
2
.1
二氧化碳雷射
:
是利用
CO
2
及摻雜其它如
N
2
、
He<
/p>
、
CO
等氣體，在增加功率及維持放電時
間下，產生波長
在
9
，
300nm~10
，
600nm
之間可實用的脈衝式
(Pulse)
紅外雷射光。業界用於鑽
孔者有
RF
Excited
CO
2
及
TEA CO
2
兩種方式激發的雷射，可用以製做盲孔之板材以無玻纖布的特殊
背膠銅箔
(Resin
Coated
Copper
Foil
，
RCC)
最佳，一般普通銅箔與傳統膠片所壓合的增
層盲孔也還可行
。
但均需採選擇性蝕銅製程
< br>，
除去局部銅箔
蓋子
而露出孔位處的基材，
再以不傷銅箔只能燒毀非金
屬物質的
CO
2
雷射光
，
按鑽孔程式帶逐一燒出盲孔
。
此等雷射
可被樹脂大量吸收，故能順利使之燒毀及氣化而完成鑽孔。至於玻纖部份則因
吸收不足
致使燒除效果也較差。
圖
6. CO2
雷射鑽孔須先蝕銅才能
燒掉正下方的非金屬板材，見到銅底後即可洗孔鍍孔。
2.2Nd :
YAG
雷射：
係由
鈮
(Neodymium)
與
釔鋁柘榴石
Aluminium
Garnet)
兩種固媒體所共
同激發出現的雷射光。此等
紫外光之能量很強可直接穿過銅皮燒成盲孔，或可調整能旦
燒穿兩層銅皮成較深的盲孔。
但由於尖峰能量很強，常會造成板材的灼傷或燒焦，對整
體孔的品質頗有影響。
2.3Excimer(Excited
Dimer)Laser
準分子雷射
是由某些稀有氣態鹵化物、二聚物
，及氧化物等激發而成的雷射光，係波長在
200nm~300nm
之間的紫外光。此等雷射之功率雖高但卻範圍很大不易集中，故只能在特
殊光罩的跼
限下，才能對有機樹脂進行精密的修整、輕蝕或清潔的工作，用以鑽孔則耗
時過久效率太
差。
圖
7.
此為目前鑽孔用各種雷射的光譜圖，可見到
YAG
雷射之原始波
(1064nm
)
，三次倍頻後
3.
乾式電漿蝕孔
Plasma Etching
是在核心板材
(Core)
上進行
增層
的做法，與上述
雷射法
頗為相似，只是將盲孔
內的非金屬板材
改用電漿蝕空使露出碗底，不過電漿只能吃掉樹脂而不能咬玻璃。經線
路製作後即可完成
層間的導通互連。
此法最早是
1989
年由
Dr. Walter Schmidt
於蘇黎世開創的
Dyc
onex
公司所推出，
現商業化之名稱為
DYCOstrate
法。
可於孔位銅箔蝕去後，
採多片板子同時送入電槳機中，
在
CF4
，
O2
及
N2
等氣體電離後的自由基攻擊下，同時做出通孔或盲孔。此
DYCOst
rate
法現已授權
IBM
及
HP
兩家公司，
HP
公
司在美國及海外
PCB
業界的名氣較大，故乃
< br>
二房
東
方式另做技術授權的生意，國內現亦有三家公司簽約取得
電漿蝕
孔
製程的使用權。
預計此種電漿法將會
在高階板類進入量產的領域。
圖
8.
此
為三種盲孔製程
(
電漿、雷射、感光）的簡明對比情形。
4.
濕式化學蝕孔
Chemical
Etching
當孔位銅箔被蝕去後，以強鹼性化學溶液對特殊配方的基材進行溶蝕，直到露出底
部銅墊後即得到被淘空的盲孔。比法曾在日本業界使用。上述四種微盲孔
(5mil
以下
)
技
術，
將在高密度小型薄板上逐漸取代傳統通孔
(PTH)
，
進一步使得板面上零件的佈局與組
裝更為緊密。
三、現有增層法
(Build
Up)
商業製程之總整理
90
年代初由於零組件之工作電壓下
降
(
由
5V
降
至
3V
左右
)
，封裝
(Packaging)
技術
進
步，引腳增多，迫使在電路板面的組裝密度再度增大。使得
小孔
在業界的規格由原
來
< br>10mil
以上的機鑽小孔
(Small Hole)<
/p>
，逐漸轉變成為非機鑽式的埋盲
微導孔<
/p>
Via
Hole)
。風潮鼓動之下，美日歐等先進業者們莫不磨拳擦掌，在過去的
5~6
年間紛紛
推出具有各種埋盲方式的
< br>增層法
。現舉常見的十餘種商業製程簡要說明於後：
e Laminar
Circuits(SLC)
係採
FR-4
雙面板為核心，外塗以環
氧樹脂為主的感光介質
(Dk
3.8)
，於感
光及溶劑顯像製成裸盲孔後
(Photo-
Via)
，再做化銅電鍍與蝕刻線路的加成，得
到與底層互連的盲孔。
如比重覆即可完成
逐次增層
的多層板。
此
法是由
IBM
於
1989
年
在日本的
Yasu
工廠所
開發，可到達
3mil/3mil
之線寬線距，及
5~10mil
之孔徑。另外
日本
Ibiden
公司亦於同年有類似的
< br>感光成孔
法，
但卻另採用專密性
環氧樹脂與
PES
樹
脂共同塗佈，稱為
Addtive Build Process(AAP/1O)
。據稱其線路附著力比
SLC
要強三
倍。
圖
9.
此為
SLC
製程經兩次
Photo Via
增層後的切片示意圖，係以
FR-4
雙面板為內建基礎而向外單面或
雙面出發做起的。
Redistribution Layer
(FRL)
< br>使用環氧樹脂式
感光介質
，
PID)
及化學銅加成，在
既有的
FR-4
雙面板上完成
感光盲孔
的增層。孔徑約
5~10mil
，線寬線距可
達
3mil/3mil
。完工的板面可進行高密度組裝。本法係由
IBM
之
Endicott
工廠在
1992
年所開發，
1995
年進入量產。係改採水溶性顯像法以改善
SLC
溶劑顯像的缺點。後
TBM
公司在德州的
Austin
廠又改為化學銅與電鍍銅的加成線路，簡稱
AL
T(Alternative
Laminar
Technology)
法，現已進入量產
階段。
圖
10.
此為
IBM
公司改善
SLC
而成
FRL
之感光導孔式多層板。
illed Via (Mfvia)
係利用
F
R-4
雙面板兩面分別印上
PID
，經
感光成孔及填入銀膏成柱狀導電物。經烘
乾整平及另壓合上銅箔後即可得到與內層的互連
，於是可再製作外層線路完成
MLB
。這
種採銅箔與銀膏柱體緊壓而導通的
盲孔
方式，可免去
PTH
與鍍銅的麻煩。
此法現只用
於
Prolinx
的
V-BGA
產品上，國內已有兩家公司正在
量產。上述所用銀膏的銀含量及品質都比一般
< br>銀貫孔
用於低階雙面板者都要
高出很多。另日本
CMK
所推出
SPM
銀膏多層板
也
採用高階銀膏做為互連，但
卻是用以填塞全通孔，與前述者並不完全相同。
圖
11.
此為
Microfilled
法對
光孔
塞入銀膏而導
通的
Prolinx
專利
V-BGA
結構圖。
r Formed
Circuits
此為日本名幸電子
(Meiko)
所推出的製程，
是分別在不銹鋼板上先鍍上銅層及蝕成線
路，
< br>再塗佈液態感光的環氧樹脂，
並進行第二次線路與盲孔的增層。然後將所得之兩張
增層薄板
一併
壓合在同一張
FR-4
膠片的兩面，成為有
反盲孔
的四層板。此外
日立
電線
亦曾開發類似轉移性線路法，
但卻是在有鎳遮蔽層的銅箔上製作，
該公司曾用以製
作
MCM-L
。
圖
12.
此
為日本名幸公司先分別在不銹鋼板上以加成法做出兩張雙面板，然後以一張
FR-4
膠片為核材，
再壓合而成的多層板。
Via Multi Board
此法為日本
NEC
公司為其
CSP
晶片級封裝法
所開發的多層板，簡稱
DVM
。其做法先
用傳統
FR-4
薄基板，做出已黑化的內層板當成核心板，再
於兩面貼合上環氧樹脂式的
PID(50
μ
)
，
隨即進行感光鹼洗成孔，
而露
出內層孔底銅墊。
之後再進行鹼性高錳酸鉀的
粗化以增加導體的
附著力以及加成法的活化，並壓上環氧樹脂式的乾膜，成像露出孔底
後，即以厚化銅去加
成而得到有深窩的盲孔板。
圖
13.
此為
NEC
的
DVM
光孔
與厚化銅增層法的簡要說明。
rate
係瑞士
D
YCONEX
公司在
1992
年推出的
專利製程，是用電漿蝕刻法不咬金屬的原理，
在指定位置處先蝕去銅箔，再咬掉非金屬板
材而成埋孔盲孔，然後進行局部銅線路的製
作，即可得到增層式的多層板。
tive Adhesive Bonded
Flex (
又稱為
Z-link)
這是超薄型無玻纖
PI(Polyimide)
材質的多層軟板，係美商
Sheldal
公司的專利。
所得六層板厚度僅
10.4mil,
八層板也只有
14.2mil
而已。
其做法是將各雙面板先行鑽孔，
並以<
/p>
真空金屬化
法<
/p>
(Vacuum
Metalization
，其通孔簡稱
MTH)
做上金屬孔壁，使完成雙
面導通。
之後再將各雙面板另利用
單向導電接著層
(Anisotropic
Adhesive)
進行壓合。
各通孔處的銅墊在接著層中金屬泡的擠壓下
，
可得到
垂直導電
的效果，
但水平方向卻
仍呈現隔絕
(Isolate)
狀態。本法之
線寬線距可達
1~2mil
，孔徑
1~
8mil
。
圖
14.
此為美商
Sheldal
軟扳公司採單向導電接著層所壓合黏結之超薄式多層板。
Layer Inner Via Hole
(ALIVH)
此
全層內導孔
法為日本
松下電器
在
1992
年所推出的增層法製程，
所用膠片為環
氧樹脂或醯胺
(Aramid)
樹脂所組成，且內外層均使用
0.5oz
銅
箔以減少板厚。其埋孔盲
孔的形成則是採用
CO
2
雷射燒製，孔徑
2mil
，
每秒鐘可燒出
100
個孔。但不用化學銅而
另以導電銅膏塞入孔內完成層間互連，為其一大特色。對極小
晶片級封裝
方式
(Chip
Scale
Package)
十分有利。
圖
15.
日本松下公司之
ALIVH
法，是用
CO2
< br>雷射對內層燒出內埋導孔，再用銅膠填入而導通，然後再
壓成的多層板。
Sheet Build Up
本法係將上下兩張
背膠銅箔
，於滾輪加熱中輾壓
在已有雙面線路的核心薄板上。
之後對所增層的銅表面進行蝕銅，再用強鹼化學品蝕去樹
脂而達孔，或另鑽出通孔。並
以
UV
及
加熱方式使樹脂硬化，然後進行化學銅與電鍍銅的製作，完成各孔壁之連通。
圖
16.
直接將兩張背膠銅箔
(RCC)
輾壓在另一個雙面板上，再做出表面線路與蝕去銅蓋，之後
另用化學品
咬空板材而成盲孔。
Build Up
-
-
-
-
-
-
-
-
-
上一篇：初中英语论文浅谈英语早读课高效阅读法的运用
下一篇：七年级英语科期末工作总结