新一代PCB技術(shù)的多層板—PALUP基板

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　　一． 序言

　　在2002年初，Denso(デンソ)公司開發(fā)成功一種多層板的摩擦工藝技術(shù)及其產(chǎn)品，當(dāng)它一問世，就成為了在2002年中，被日本及世界PCB業(yè)最為關(guān)注的焦點(diǎn)之一。不少專家將它認(rèn)為是下代的多層板新技術(shù)的代表。這項(xiàng)技術(shù)就是被稱為PALUP(Patternde Prepreg Lap Up Process),即“用已進(jìn)行了圖形加工的薄片，通過一次層壓形成多層板的工藝”。

　　Denso公司的一位高層管理人員是這樣評(píng)價(jià)PALUP基板的：”它繼承了過去全貫通孔和積層板的各種優(yōu)點(diǎn)，全部各層中都體現(xiàn)了通孔直列層間排列的結(jié)構(gòu)及可再循環(huán)化、低成本的特點(diǎn)?！?引自花井嶺朗先生語)。

　　之所以PALUP一出臺(tái)就引起業(yè)界的“轟動(dòng)“，主要因?yàn)樗憩F(xiàn)出了以下三方面的鮮明特點(diǎn)：

　　21世紀(jì)，可被看作是“環(huán)境技術(shù)”的時(shí)代。在安裝技術(shù)的領(lǐng)域，“無鹵化基板”、“無鉛焊材料”等的開發(fā)及應(yīng)用，說明了安裝業(yè)界對(duì)環(huán)保的越來越重視。在電子產(chǎn)品中，應(yīng)將來環(huán)保要求的發(fā)展，采用了與目前的無鹵化、無鉛焊 材料技術(shù)路線有所差異的制造技術(shù)。它是在“使原材料可再循環(huán)”的前提下進(jìn)行開發(fā)的。所用的絕緣基材是可再生的熱塑性樹脂，采用的導(dǎo)體材料是高熔點(diǎn)金屬。由于這樣的材料構(gòu)楊，可實(shí)現(xiàn)材料的分離和再生特性。使所制造出的電子產(chǎn)品將不會(huì)廢棄，而可再利用。

　　伴隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展趨向，多層板將與IC封裝的多引腳化發(fā)展相適應(yīng)，而加速它的高密度化進(jìn)展。為此，按過去的全貫通孔和積層法多層板工藝法去制造的多層板，將是“更加復(fù)雜的多層板”。PALUP針對(duì)上述的發(fā)展趨勢(shì)具有前瞻性的對(duì)多層板工藝法進(jìn)行了重大改革，它的制造過程只是將一片片單面基板疊合在一起，進(jìn)行一次性的層壓成型加工制成多層板。使用得原來多層板的復(fù)雜工藝就了簡(jiǎn)易工藝。并且在層壓加工過程中，也就形成了可任意設(shè)定的疊加通孔、形成了可不受層數(shù)限制的配線層。

　　PALUP是多廠家共同合作的成功典范，它是五個(gè)與基板制造相關(guān)的廠家聯(lián)合奮斗的結(jié)果。

　　二、PALUP基板的結(jié)構(gòu)特征

　　PALUP基板的結(jié)構(gòu)特征如圖1所示。

　　在基板的表面有連接盤，而所有的這種連接盤都連接在通孔之上。板的所有布線都設(shè)置在內(nèi)層中。在導(dǎo)通孔的形成上是十分自由的。導(dǎo)通孔在層間可以實(shí)現(xiàn)對(duì)任意層的連接。層的厚度可以按不同的要求，任意選擇。又珈通孔由于采用了垂直排列，而確保了連接可靠性縮短了設(shè)計(jì)與制造的周期(見表1所示).基板材料使用均一產(chǎn)高耐熱性熱塑性樹脂布線層的制法,很近似于陶瓷基板.只不過用具有柔性的熱塑性樹脂代替了氧化鋁陶瓷材料,用銅金屬布線材料代替了鎢金屬材料.由于這種結(jié)構(gòu)特征,PALUP基板可以制作到50層.

　　圖2表示了PALUP基板的開發(fā)目標(biāo).在圖中橫坐標(biāo) 表示連接通孔的高密切度化進(jìn)展:各種通孔連接在多慨板內(nèi)所占據(jù)的空間在該圖上定性的表達(dá)而出.發(fā)展高密度化的依次順序是: 金屬化全貫通孔、各種分支排列的積層法多層板通孔、PALUP基板中的疊加通孔。在圖2中的縱坐標(biāo)則表示可靠性進(jìn)展。在可靠性方面，使用各種電鍍法代表了不同的金屬結(jié)合方式和特性；使用各種糊膏填埋法代表了不同的通孔連接方式和特性。金屬化全貫通孔技術(shù)在的金屬結(jié)合上是可靠性高的，但這種方式不利于高密度化。在積層法多層陶板技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)展起的”含有多成分組合的疊加通孔”連接方式。

　　三 PALUP用的在板材料

　　PALUP用的基板材料是使用了高耐熱性熱塑性樹脂構(gòu)成。它是由デンソ公司與三菱樹脂公司共同聯(lián)合研制出一種熱塑性樹脂——聚醚酮醚(Polyether Enter Ketone,PEEK)所制成的薄膜，它被稱為“IBUK”。還有由ヅャパンゴァテックス 公司所提供的液日聚合物類材料“PAL-CLAD”。還類熱塑性樹脂可滿足以下三方面的要求：

　　1． 高尺寸精度
　　2． 確保焊接耐熱性；
　　3． 基板XY方向的線膨脹系數(shù)能接近銅的線膨脹系數(shù)。
　　所采用熱塑性樹脂——聚醚酮醚它具有高耐熱性(最高工作溫度為2700C)高占粘接性、低價(jià)電常數(shù)性( )、并可實(shí)現(xiàn)板的薄型化、板面的高滑性。另外，表2還示出了與ヅャパンゴァテックス公司共同開發(fā)的“PAL—CLAD”的材料特性。
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　　總之，在絕緣層中采用這類熱塑性樹脂使基板可具有低介電常數(shù)，低吸濕性，由于它在絕緣層中不含有玻璃纖維，使更加有利于微細(xì)通孔的形成，而另一方面它又具有保持剛性強(qiáng)度的特性。

　　四．制造工藝

　　PALUP基板的制造工藝過程在圖3中表示。積層法多層板工藝特點(diǎn)，是它的積層法層形成是要逐層的反復(fù)層壓加工才完成的。因此，積層法多層板工藝還存在著加工時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)品合格率低等問題。它在制造過程中，由于樹脂受到熱應(yīng)力的影響，而引起基板的尺寸發(fā)生變化較大。這樣，要想用積層法多層板法去制作出微細(xì)的疊加通孔的基板是十分困難的。

　　PALUP采用了熱塑性樹脂，使基板有一定的柔韌性。在受到熱沖擊時(shí)產(chǎn)生剛性的熱應(yīng)力較小。在板的層數(shù)增加時(shí)，可以通過一次的層壓就完成多層的成型加工，因而可獲得優(yōu)異的尺寸精度。這種多層板的“半固化片”是單面溶接著銅箔的熱塑性樹脂薄片。在銅箔上先加工上電路圖形，連接部位用激光加工出有底的通孔，并對(duì)加工出的通孔進(jìn)行金屬糊膏的填埋。

　　在層間的連接技術(shù)中，在有底的通孔中填埋金屬糊膏是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)。通常的金屬糊膏是由金屬作為填料、熱固性樹脂作為粘接劑而組成的。電容量問題和連接可靠性問題一直成為該方面技術(shù)中的重要課題。若用熱塑性樹脂(并且沒有玻璃纖維作增加)作金屬糊膏的粘接劑，由于它的Z軸方向(基板的厚度方向)的線膨脹系數(shù)通常較大，這樣就無法保證通孔的連接可靠性。通過該公司的不斷的研制，開發(fā)了低溫的“擴(kuò)散接合”方法來實(shí)現(xiàn)金屬結(jié)合。即所開發(fā)的金屬糊膏，是在多層層壓加工中，同時(shí)與銅箔達(dá)到擴(kuò)散接合。通過該公司的不斷的研制，開發(fā)了低溫的“擴(kuò)散接合”方法來實(shí)現(xiàn)金屬結(jié)合。即所開發(fā)的金屬糊膏，是在多層層壓加工中，同時(shí)也與銅箔達(dá)到擴(kuò)散接合。通過激光形成有底通孔，進(jìn)行金屬糊膏的填埋—這項(xiàng)工作是較難的。本技術(shù)是開發(fā)了專用的設(shè)備解決了此問題。

　　在激光加工的通孔內(nèi)填埋了金屬糊膏的薄片，通過擺過擺放位置上的對(duì)位重合、接合后，進(jìn)行層壓加工。此時(shí)，糊膏的燒結(jié)、擴(kuò)散接合、對(duì)多層的連接也同時(shí)進(jìn)行。圖4中所示了在31層的高多層板剖面情況。它是由剖面照相和X光照相來反映的。其中，圖中在通孔的放大照片上，顯示了直列通孔的實(shí)際情況。在X 光照相的照片上，可看到在層間上的許多黑點(diǎn)，就是一個(gè)一個(gè)的通孔的燒結(jié)金屬。
綜上所述，PALUP基板有以下幾點(diǎn)是制造技術(shù)的關(guān)鍵：

　　1. 要保證高耐熱性和高尺寸精度的“單面覆銅箔的熱塑性樹脂薄片”的開發(fā)。
　　2. 低溫?zé)?、擴(kuò)散接合型的金屬糊膏的開發(fā)。
　　3. 激光形成有底通孔，進(jìn)行金屬糊膏的填埋技術(shù)的開發(fā)。
　　4. 一次多層的層壓技術(shù)。
　　這種基板的全金屬配線結(jié)構(gòu)，必須要達(dá)到疊加通孔的高連接可靠性。圖5所示了PALUP基板的可靠性實(shí)驗(yàn)結(jié)果(對(duì)疊加6個(gè)通孔的評(píng)價(jià)結(jié)果).可以通過此實(shí)驗(yàn)看出:氣態(tài)下的冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn),液態(tài)下冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)中,該種基板保持著低的電阻變化.很好的確保它的可靠性.
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　　五.PALUP基板的特性與課題

　　PALUP基板的主要特性見表3表示
　　由表3可以看出:PALUP基板所用的基板材料—熱塑性樹脂，表現(xiàn)出低介電常數(shù)、介質(zhì)損失因數(shù)、低吸濕性的特性。所制出的基板可以滿足整機(jī)產(chǎn)品的高頻化的要求。并可以高

　　由表3可以看出:PALUP基板所用的基板材料—熱塑性樹脂，表現(xiàn)出低介電常數(shù)、低介質(zhì)損失因數(shù)、低吸濕性的特性。所制出的基板可以滿足整機(jī)產(chǎn)品的高頻化的要求。并可以滿足高密度化的多層板性能需求，特別是適用于多引腳的封裝作為基板。

　　另外，不含玻璃纖維的熱塑性樹脂作為這種基板的絕緣基材，很適合于當(dāng)前以至今后的安裝技術(shù)發(fā)展的要求，例如，它的剛性板形態(tài)在安裝的場(chǎng)合下，可以降低再流焊時(shí)基板的翹曲，并起到保持由銅箔構(gòu)成的接地層和電路層的剛性強(qiáng)度作用，這種熱塑性樹脂的熔點(diǎn)在3400C以上，它可以抵御低于此溫度的熱沖擊。

　　六．PALUP基板所適用的產(chǎn)品和今后發(fā)展方向

　　PALUP基板目前憶在試驗(yàn)線上進(jìn)行了少量的生產(chǎn)。計(jì)劃在2003年4月正式開始大生產(chǎn)。PALUP技術(shù)的問世，主要面對(duì)的是有高可性、高多層電路要求的基板產(chǎn)品 ，還有高頻高速信號(hào)傳輸電路要求的基板。另外，它可代替原有的環(huán)氧樹脂類基板和陶瓷基材類基板使用。

　　PALUP工藝技術(shù)，不但適用于剛性多層板制造，而且還可以用此工藝去制作多層撓性印制工藝技術(shù)制造三維立體型的基板、內(nèi)藏元器件的基板，系統(tǒng)封裝(SIP)基板等。

　　在PALUP基板用樹脂中，不含對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)。樹脂中只含有C(碳)H(氫)O(氧)N(氮)的元素.它屬于”自消火型熱塑性樹脂”,也是一種無鹵化阻燃性的樹脂.并且在加熱到它的熔點(diǎn)以上時(shí),樹脂就可以熔化.有了這個(gè)特性,使它可以進(jìn)行再利用,可以很容易的將金屬與樹脂進(jìn)行分離.

　　綜上所述,PALUP基板無論在技術(shù)上,還是在市場(chǎng)上都有廣闊的發(fā)展前景.它將帶動(dòng)整個(gè)PCB技術(shù)有更大的質(zhì)的飛躍.??
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