當(dāng)線寬線距小于50μm(2mil)者，傳統(tǒng)CCL的減成法幾已無(wú)用武之地。而目前CSP或FC覆晶等載板的Line/Width已逼近到了15μm/15μm，對(duì)于大排板之量產(chǎn)而言，只能采用無(wú)銅箔披覆(Copper Claded)的絕緣板材做為SAP(Semi-Additive Process)半加成法的起步。下列者為已量產(chǎn)之FC商品與連環(huán)圖示之SAP流程，并在后文中說(shuō)明各制程站的作用及要點(diǎn)。
Inner layerABF laminationLaser drillElectroless CU Seed layerPhoto resist patterningElectrolytic Cu platingPhoto resist removalSeed layer etching
1.1 ABF絕緣薄材的真空壓膜
1.1.1ABF薄材之結(jié)構(gòu)
在已完成線路及黑氧化處理之大型雙面(或四層)內(nèi)層薄芯板(Core厚度2.5mil)上，雙面同時(shí)真空壓貼上白色無(wú)銅卻備有聚酯護(hù)膜(Mylar，Polyester)的B-Stage ABF薄膜板材，隨后還需在180℃中繼續(xù)硬化30分鐘。此ABF(Ajinomoto Bond Film)為日商“大運(yùn)味之素”旗下“味之素精密技術(shù)”公司(AFT)的高價(jià)板材，其現(xiàn)行商品有三種：
?、僖话阈蚐H9K(Tg165℃，TMA)
②無(wú)鹵型GX-3(Tg153℃)
?、蹮o(wú)鹵低Z膨脹型GX-13(Tg156℃)，其а2之Z膨脹僅155ppm/℃而已。
注意，味之素精密技術(shù)(AFT)公司不但在載板領(lǐng)域推出獨(dú)特的ABF產(chǎn)品，而且在軟板業(yè)界也另有ABF-XA5之2L式基材與ABF-LE-T的3L式基材應(yīng)市。
1.1.2真空壓膜
首先按傳統(tǒng)多層板之制程先完工內(nèi)層芯板，再進(jìn)行樹(shù)脂孔與全板面的徹底削平，以方便ABF薄材的雙面貼合。根據(jù)Ajinomoto Fine Techno(AFT)網(wǎng)站上的資料，系將自動(dòng)裁膜機(jī)所切割有如干膜式的ABF三層材，再利用抽真空式自動(dòng)貼膜機(jī)，先在內(nèi)層芯板雙面貼上已撕掉隔離膜的ABF雙層材。該連續(xù)式真空貼膜的溫度約110℃時(shí)間約30秒，之后還要再利用熱壓床在110℃與5kgf/cm2的高壓中歷經(jīng)60秒的壓平與固化。隨后即可撕掉Mylar(PET)的透明保護(hù)膜，并繼續(xù)所貼ABF膜材的后硬化工程。以GX13為例，還需在180℃中又經(jīng)30分鐘的熟化(Cure)才算增層之完工。
1.2 雷射成孔及全板面式除膠渣
ABF熟化后的膜厚約在30～70μm之間，薄板者以30～40μm較常用一般雙面CO2雷射完工的2～4mil燒孔，其孔形都可呈現(xiàn)良好的倒錐狀。無(wú)銅面之全板除膠渣(Desmearing)后，其全板面與孔壁均可形成極為粗糙的外觀，化學(xué)銅之后對(duì)細(xì)線路干膜的附著力將有幫助。
覆晶載板除膠渣的動(dòng)作與一般PCB并無(wú)太大差異，仍然是預(yù)先膨松(Swelling)、七價(jià)錳(Mn+7)溶膠與中和還原(Reducing)等三站。不同者是一般PCB只處理通孔或盲孔的孔壁區(qū)域，但覆晶載板除了盲孔之孔壁外，還要對(duì)全板的ABF表面進(jìn)行整體性的膨松咬蝕，為的是讓1μm厚的化銅層(已較一般PCB厚了一倍以上)在外觀上更形粗糙，而令干膜光阻與電鍍銅在大面積細(xì)線作業(yè)中取得更好的附著力。
1.2.1SAP半加成法除膠渣之差異
一般多層板的除膠渣只是針對(duì)PTH或μ-Via等孔壁而做，處理的總面積并不算大。但SAP法卻不但處理微盲孔壁，而且還同時(shí)要對(duì)兩外表無(wú)銅的大板面進(jìn)行反應(yīng)。兩者間之巨大差異當(dāng)然不能采用同一標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)管理。必須改變的第一要件就是對(duì)Mn+6的及時(shí)電解氧化以維持槽液的起碼效果；其二是如何清除高溫槽液中已遭還原的Mn+4沉淀物；其三是如何排除強(qiáng)堿槽液反應(yīng)生成CO2進(jìn)而累積的Na2CO3。目前尚無(wú)良好辦法解決Mn+4和Na2CO3等固形物問(wèn)題，只能按處理的總面積而倒掉部分槽液。當(dāng)然也還要參考槽液的比重以管制Na2CO3的總量，以決定是否需要更換新槽。由是可知SAP此站成本之高絕非一般PCB除膠渣之可比。
1.2.2除膠渣后還要咬掉球狀無(wú)機(jī)Filler以增加化銅層的附著力
ABF膜材的除膠渣與硬板另外不同者，是中和還原之后還要加做一道咬脫SiO2或玻璃小珠等填充料(Fillers)的工序，以加大表面積確保后續(xù)化銅層的抓地力。缺點(diǎn)是板材死角大幅增多下，導(dǎo)致后來(lái)蝕刻咬掉化銅層形成獨(dú)立線路之際活化用的貴金屬鈀層卻仍然會(huì)殘留在板材中，埋下細(xì)密線路間絕緣不良的隱憂(yōu)。尤其是外層板面只有一層薄薄的綠漆保護(hù)下，高溫高濕環(huán)境長(zhǎng)期工作中難免不保出現(xiàn)絕緣失效，甚至引發(fā)訊號(hào)完整性不佳的問(wèn)題。
圖10.此二圖為SEM在1萬(wàn)倍下的畫(huà)面，左為除膠渣后ABF的表面外觀，右為再繼續(xù)咬蝕SiO2拉掉小球出現(xiàn)小圓坑的畫(huà)面，如此將對(duì)化學(xué)銅層提供更好的抓地力而有助于干膜光阻的附著。
1.3 光阻成像前的低應(yīng)力化學(xué)銅
ABF表面完成2μm化學(xué)銅之后即可進(jìn)行干膜光阻的壓貼，隨后進(jìn)行曝光與顯像而取得眾多線路與大量盲孔(18×24”排板的雙面常在80萬(wàn)盲孔以上)的鍍銅基地，以便進(jìn)行線路鍍銅與盲孔填銅。此處之電鍍銅即等于一般PCB的二次銅，而化學(xué)銅層則有如一般PCB在CCL銅箔上所增加的化銅與一次銅。
由此可知SAP法的化學(xué)銅所扮演的角色要比一般PCB的化學(xué)銅更為吃重，其厚度方面也要求增加到1！1.5μm至少是常規(guī)的兩倍以上。為了要取得更好的附著力起見(jiàn)，此處的化銅層還十分講究結(jié)晶變大與應(yīng)力降低的升級(jí)版本；不但生產(chǎn)速率要變慢(連常規(guī)化銅的一半都不到)，而且CP級(jí)的各種化學(xué)品更使得成本上升3倍以上。一般HDI多層板已經(jīng)負(fù)擔(dān)不起，只有FC載板還能勉為其難的采用此種高檔高單價(jià)的低應(yīng)力化學(xué)銅。
1.4 干膜成像后的電鍍銅
SAP所用的電鍍銅與一般HDI填充盲孔者并無(wú)不同，均屬縱橫比較低非深孔性的高速鍍銅。換句話(huà)說(shuō)就是不大講究延伸率(Elongation)與抗拉強(qiáng)度(Tensile Strength)的短孔鍍銅。在多次增層填充盲孔的ELIC主導(dǎo)市場(chǎng)下，此等多次高速鍍銅最主要的訴求就是“快”。但在酸性鍍銅極限電流密度(Limited Current Density，Jlim)的天生障礙下，根本無(wú)法拉高電壓提升電流，只有盡量逼近銅槽中陰陽(yáng)極之距離(垂直掛鍍已由原本的20cm拉近到5～10cm，水平走鍍更逼近到2cm)，以降低銅游子的電阻進(jìn)而達(dá)到提升可用電流密度之上的。同時(shí)也借由升高槽液溫度(由20℃到40℃)以降低電阻與拉高電流。但如此一來(lái)將不能繼續(xù)使用可溶性的銅球，以維持陰陽(yáng)極間距離的恒定，于是鈦綱類(lèi)非溶陽(yáng)極乃大行其道于填孔鍍銅的領(lǐng)域中。然而非溶解陽(yáng)極產(chǎn)生氧氣的種種禍害，特別是有機(jī)添加劑的裂解與超用，其中尤以用量最多的載運(yùn)劑為甚。于是槽液致命傷的有機(jī)總碳量(Total Organic Compound,TOC)乃節(jié)節(jié)攀高，為了維持鍍銅的起碼品質(zhì)，又不得不定時(shí)倒掉部分槽液(每周倒掉1/10槽液)，只補(bǔ)充DI水以抑制TOC的不斷上升。至于鈦綱陽(yáng)極的快速耗損與氧化銅的補(bǔ)充又成為另兩項(xiàng)成本的負(fù)面因素。傳統(tǒng)深孔的緩慢鍍銅與新式盲孔的快速填銅，其彼此間的是是非非與優(yōu)劣良窳，則端看是從哪一種立場(chǎng)去思考了。
1.5 咬掉部份化銅后完成線路
完成填充盲孔與增厚線路的鍍銅工序后，即可剝除光阻而直接進(jìn)行全面性蝕該。此時(shí)板面上非線路絕緣區(qū)的化學(xué)銅很容易蝕除，于是在不分青紅皂白全面銃蝕下，線路的鍍銅當(dāng)然也會(huì)有所消磨但還不致傷及大雅。所呈現(xiàn)的細(xì)線不但肩部更為圓滑連底部多余的殘足也都消失無(wú)蹤，品質(zhì)反倒更好！此等一視同仁通面全咬的蝕該法特稱(chēng)為Differential Etching。
圖14.此六圖均為SAP 3＋2＋3大版面量產(chǎn)薄板(總厚40mil)之切片圖；左上為1mil細(xì)線與內(nèi)核板之50倍整體畫(huà)面。中上為200倍明場(chǎng)偏光畫(huà)面，可見(jiàn)到核板被陶瓷刷輪小心真正削平與三次ABF之增層。右上為暗場(chǎng)1000倍的呈現(xiàn)，其黑化層清楚可見(jiàn)。左下為1000倍常規(guī)畫(huà)面，可清楚見(jiàn)到有銅箔之核板其線路邊緣之向外斜伸與ABF板材在SAP增層之直立線邊彼此有所不同。中下為200倍的暗場(chǎng)真像，可見(jiàn)到核板玻纖膠片與三層ABF薄材以及外層的綠漆，還可窺得各增層獨(dú)立線路間ABF上的深色細(xì)影，那正是揮之不去留下后患的活化鈀層了。右下為3000倍ABF增一層的暗場(chǎng)畫(huà)面，底墊為1/3oz銅箔與厚電鍍銅，銅箔底部之黃銅層以及盲孔左右之活化鈀層與化銅層均清晰可見(jiàn)。
二、相鄰OSP墊面的異色
OSP處理過(guò)的各種板類(lèi)，經(jīng)常在某些電容器的兩端墊上出現(xiàn)深淺不同的棕色差異，經(jīng)過(guò)焊錫性試驗(yàn)與下游客戶(hù)的實(shí)地量產(chǎn)，均未發(fā)生任何焊點(diǎn)不良的問(wèn)題。但鍥而不舍的客戶(hù)還是窮追猛打，不斷要求真因與改善。PCB業(yè)者也會(huì)想盡各種招數(shù)甚至還追究到藥水供應(yīng)商去，在從來(lái)無(wú)解下不免也懷疑到是否設(shè)計(jì)與布局(Layout)方面出了什么問(wèn)題，想要把皮球踢回客戶(hù)端以求脫困。然而在苦無(wú)證據(jù)下，也只好無(wú)可奈何的認(rèn)錯(cuò)道歉與理賠以求息事寧人。
2.1 外觀與放大存證
筆者最近又曾碰到了相同的案例，經(jīng)多方深入追根究底下，終于將謎團(tuán)解開(kāi)而自認(rèn)已取得了真相，以下將采圖解方式逐一說(shuō)明此等似乎劣質(zhì)的發(fā)生原理。
圖15.從左二圖紅標(biāo)貼紙可見(jiàn)到分屬兩電容器焊墊的中墊顏色特別深，與上兩個(gè)顏色較淺者形成強(qiáng)烈的對(duì)比。右二圖從另一片相同料號(hào)板子的同一位置處也見(jiàn)到色差很大的現(xiàn)象，可見(jiàn)此等異色現(xiàn)象并非單獨(dú)事件而是整批性的問(wèn)題。
2.2 微切片觀察
為了弄清楚三個(gè)相鄰異色的真相，首先即對(duì)該位置進(jìn)行切片觀察，下圖15即為三墊的剖面情形及其于全板布局的關(guān)系位置，并由圖14可知此三墊均座落于某十層板的第十層表面(L10)。中間顏色較深者是L10的獨(dú)立墊，左右兩側(cè)墊則各有盲孔鍍銅互連到L9，且還繼續(xù)向內(nèi)連到L8以及其他各內(nèi)層去(已超出畫(huà)面范圍以外了)。
圖16.上圖放大200倍說(shuō)明三墊居全板L10之位置，下三圖放大500倍下清楚見(jiàn)到兩側(cè)有盲孔銅墊所鍍的三次銅，兩側(cè)淺色墊之面銅層顯然已較中間獨(dú)立深色墊者被咬得更多一些。
2.3 咬銅多少比較的數(shù)量化
為了再進(jìn)一步了解三墊電鍍銅層在OSP流程中，各被咬掉多少而在厚度方面有所差異起，乃刻意利用顯微鏡之軟體量測(cè)三墊銅厚以做為對(duì)比。從下三切片圖之?dāng)?shù)字說(shuō)明看來(lái)顯然是中間深色獨(dú)立墊者被咬的最少，而兩側(cè)淺色互連墊中又以直接利用2個(gè)疊盲孔內(nèi)連到L8者被咬得最多。
除了此等微切片軟體測(cè)厚外，還可利用WyCo的精密粗糙度量測(cè)儀，對(duì)所標(biāo)示的兩種銅墊針對(duì)極材表面進(jìn)行精密量測(cè)，以再次佐證推論的正確性。由所得數(shù)據(jù)可知獨(dú)立深色墊之平均銅高為29.1μm，而互連盲孔淺色墊之平均銅高為25.3μm。注意下二圖中藍(lán)色表示最低位的板材表面，草綠色者為銅墊高度，外緣紅色者則為更高的綠漆。(見(jiàn)圖18)
2.4 OSP皮膜的生成
潔凈銅面在甲酸或乙酸配置的OSP槽液中首先被溶出成Cu+1，而此一價(jià)銅離子將立刻與藥水中的有機(jī)物咪唑(Imidazole)絡(luò)合(錯(cuò)合)成為棕色的有機(jī)皮膜而逐漸增厚。上述有盲孔的淺色銅墊由于咬銅又快又猛，導(dǎo)致其部份一價(jià)銅會(huì)快速被氧化成藍(lán)色的二價(jià)銅而進(jìn)入槽液而不再成膜，致使其形成皮膜的厚度比起獨(dú)立墊來(lái)不免相形見(jiàn)拙，因而就呈現(xiàn)深色與淺色的強(qiáng)烈對(duì)比了。(見(jiàn)右圖所示)
文章摘自《印制電路資訊》09年11月第6期