新结构的积层印制电路板

近年来随着电子设备的小型轻量化和高性能化，高密度封装的半导体器件等正在飞速地发展成多针化和窄间距化(见图1)，为此，要求小型轻量化和高密度细线化的印制电路板与此要相适应，方能满足半导体器件高精度封装技术要求。于是在90年代初期，松下电子部品(株)研制和开发出新型的积层式多层板，并实现产量化。并与96年实现全层积层构造(全层IVH构造)的树脂多层印制电板，称之谓ALIVH(Any Layer IVHstmcturc Multi-layer Printed Wir-ing Board)，并实现了量产化。此后又于98年开发了CSP或MCM等小型封装裸芯片封装用的载体即AILVH-B(ALIVH for Bare-chip mounting)实现产量化。同时，日本维克托公司在94年采用液态树脂绝缘层制作积层用的基板即VIL(Victor Company of Japan Interconnected Layers PWB)并达到量产化开始提供、扩大销售。

　　积层板的构造是由「芯板+积层」和「全层积层」之区分，前者是以SLC(Surface Laminar Circuit)／日本IBM、APPl0/ィビヂソ、VIH／日本的维克托为代表的；芯板是来之常规工艺制造的印制电路板，并在其表面覆盖上绝缘层和布线层的。后者是以B2it (Buried Bump Intercotion Technology)／东芝、ALIVH为代表的，在制造工艺方面有差别，其积层的形成是由绝缘层构成的。所以采用芯板加积层的构造，是由于常规工艺制造高密度的、细线化的多层板无论从印制电路板的设计、制造工艺受到了很大的制约，同时孔金属化也形成了一定的难度。于是在98年实现孔内用「电镀柱充填的类型」。特别在JPCA2001年展览展示这种工艺方法，满足世纪封装技术发展的要求。
　　以下就是叙述ALIVH和VIH制造概况和ALIVH+VIH研制与开发过程。
　　一． ALIVHzz结构
　　1．与常规多层板结构的比较 从图2所示常规工艺制造的多层板，为达到层间的电气互连，必须进行数钻孔和贯通孔的孔化与电镀，这种孔势必减少基板的有效面积，为了与器件安装盘的连接，就必须在焊盘和别的位置设置贯通孔，因此极大的浪费了有效的面积。所有这些都成为印制电路板的小型化、设计合理化或者适应高速电路的大课题。如图2、图3所示的ALIVH构造的所有层间都设有IVH构造，在器件的正下方进行层间连接，无需电镀通孔，无论哪层都可以任意连接。 传统多层板电气连接采用金属化孔构造.
　　2．构成材料 从图3构成材料与技术所示，原来传统生产印制电路板所采用的基板材料为玻璃布，环氧树脂为代表，它基本上满足电子材料、防弹衣和消防服等强性和耐热性要求，而使用芳胺无纺布和含浸有高耐热性环氧树脂的半固化材料取代传统的高密度安装用印制电路板的玻璃布／环氧树脂绝缘材料。因为芳胺无纺布的无纺纤维具有高的性能特征如低热膨胀率、低的介电常数、高耐热性、高刚性和轻量化等，是一种优良的基板绝缘材料。此外，传统的印制电路板的通孔加工多数采用钻头的机械加工技术，而ALIVH构造则是采用脉冲振荡的CO：激光蚀孔进行导通孔加工，无纺布采用的小径化，实现了多数导通孔加工，而导通孔采用导电胶充填技术，取代了孔化和电镀铜，实现层间的电气互连的目的。不采用电镀铜的方法，导体由铜箔构成，导体厚度均一性高对细导线的形成非常有利。见金相图1 表1所示，表示了ALIVH的基本规格和特性。如四层板的板厚度为0．45mm、六层板板厚度为0．70mm。导体所使用的铜箔厚度，内层标准铜箔厚度18(最小12)μm，外层铜箔厚度使用35μm。孔径为200(最小150)μm、焊盘直径为400(最小300)μm或更小些，设计的导体标准宽度为100(最小60)μm、导体标准间距为100(最小70μm．从表2所示，它与FR-4(用玻璃布／环氧树脂制造多层板)从电气性能、机械性能等特性的比较，ALIVH的介质常数、密度、热膨胀系数小和玻璃转化温度高。从可靠性试验结果分析(见表3)表示了ALIVH层间电气互连的可靠性，在高湿氛围放置试验和各种类型的热冲击试验中，ALIVH的可靠性优良，电阻变化率都在20％范围以内。
　　3．设计规格特征： AUVH产品的设计规格的主要特征如下： ①全层IVH构造，导通孔的设置层没有限制。 ②全层均一规格无异种导通孔或者异种格子配线。 ③导通孔上焊盘，部晶安装盘可以与导通孔共用。 ④导通孔上导通孔与相邻接层导通孔位置没有限制(对于叠加型)。
　　4．展开 AHVH于96年10月应用于携带电话，使其急速地进入超细微化。随着材料研制开发和制造工艺等的改善和整合，正拓展到携带电话以外的领域，开发了作为细线化的半导体裸芯片安装用的载体即ALIVH-B并已量产化。ALIVH-B沿用导通孔上导通孔、导通孔上焊盘构造等的母板用的优点，为安装裸芯片的封装和组件用提供载体即积层板。 图5所示是部晶搭载状态。表4是两种类型构造的积层板布线工艺特性的比较。而制造工艺方面相同的，特别是开发制作细线图形，导体宽度/导体间距为50／50微米的图形加工和激光钻小孔120微米的技术。此外，使用在模块封装方面，所采用的导电胶、铜箔、绝缘基板材料都有很大的改进，大大提高可靠性。
　　5．环境保护 AHVH和ALIVH-B在环境保护方面，研制与开发无卤素绝缘基板材料。此外，封装时采用无铅焊料、高绝缘基板材料的高耐热性能。
　　二．VIL及其它
　　1．特长 VIH属于热硬化树脂和激光钻孔为「芯板+积层」提供构造的高密度积层用的基板。积层基板激光成孔，就是在积层绝缘材料采用激光射线直接照射即为直接成像法，也可采用附树脂铜箔或半固化片加铜箔等都可采用此法形成所需要的孔径。VIH就是采用直接成像法见图6： VIL第1个特长是独自开发的二种类型的热硬化性的树脂，从功能上它与FR-4同等，具有高的剥离强度、机械特性、绝缘性能可靠性和电气特性见图7：
　　第2特长就是精细电路图形、小孔径采用适当的电气连接方法。导体层是采用芯板铜箔并通过减成法使导体厚度减薄形成细导线化。此外，采用图形电镀法也很容易和适宜。因此制作成精细导线图形就成为可能。从精细图形制作方法和激光钻孔，经过加工后孔所形成的断面图，其孔的形状，有着良好的药液循环性能。但必须将孔内的残渣除去，才能很容易的使孔内形成均一的电镀层，特别是量产化，就必须确保小孔径具有高可靠性电气连接。
　　第3特长，多次积层所形成的多层积层板而不采用压力方法，因此高层数层间的定位精度经过多次积层会有变化的。从量产化角度分析，要确保高层数层间的高的定位精度。独自开发高精度激光加工机和CCD摄像机用于高精度孔定位机，确保精细孔径加工用小径钻头接触的可靠性，保证电气连接的可靠性。此外多次积层另一个课题，就是内层孔径被绝缘材料埋人和要确保多次积层表层表面的平坦度，前者台形的孔的形状具有良好的脱气性，较好的实现形成第二层绝缘层的。 写真3封装基板的实例所示，其中设计的线宽和间距为L／S40微米、孔径为90微米。
　　2．应用： 图形精细化的形成，其主要特征就是适应0．5节距的CSP部品的小型化的需要，积层板适应了电子设备的高性能化的要求。VIL的代表产品就是携带电话的使用，基板表面封装部品的封装率达到80％以上，超过其它数字化电影、数字照相机、PDA等所使用的高性能高密度模块封装占有率。 VIL典型的结构层见写真5所示。其基本构成有IVH上的孔设置、阻抗控制、散热结构等已商品化。
　　3．环境对策： 主要对VIL积层材料中的卤素化合物对环境的影响。这就需要研发无卤素成实现环境和VIL协调发展。同时，无铅焊料也于99年开始供应市埸，
　　4．今后的发展： VIL的今后发展重要的有三点，第1点就是向精细图形化发展。从现在的量产的情况采用L／S=50／50微米是实现高密度封装必要条件之一。VIL的特长之一就是不采用铜箔而采用图形电镀工艺方法实现50微米以下的精细导线化图形。第2点就是根据携带电子设备的特性要求，重要的提高机械强度。要研究与开发出用户所需要的VIL绝缘材料。第3点就是实现层间高密度互连的自由度。根据VIL的特长和导通孔上焊盘、导通孔上导通、导通孔上导通孔技术，必然会快速实现三次积层量产化。使全层IVH构造的「ALIVH」，结合使用芯板层实现高密度化成为可能。
　　三、ALIVH+VIL
　　1．积层构造的比较 前言已述基本有二种类型的积层印制电路板并进行构造上的比较，见图8所示。右侧有支承板型的积层印制电路板，左侧是全层积层型印制电路板。所谓支承板即芯板是按照传统工艺制造的多层板用于布线的需要，因为传统制造的多层板实现高密度布线受到制约。为此，采用积层就是为实现导线精细化，增加层数并超周期地完成量产化。
　　2．开发的经过： 根据「芯板层型积层印制电路板」缺点开发出新的构造ALIVH+VIL基板。由于支承板(芯板)和全层IVH构造在ALIVH上的采用使层间连接达到100％，及在VIL绝缘材料精细导线化形成技术的应用，就很容易使表层细线化与内层布线接受性获得高性能印制电路板。
　　3．商品概要： 图9所示，ALIVH和VIL技术的融合概念图ALIVH用4层多层芯板，表层是单面1层由VIL构成。图10所示，ALIVH用4层由VIL构成单面2层的断面构造图。积层中的VIL部分1层、3层，6层、4层就有可能采用跳跃式孔。芯板及全层积层ALIVH结构上使用全层IVH构造。
　　4．设计的优越性： 从设计规范分析，ALIVH继承原设计的上优点，提出更优越性设计规格如下： ①全层IVH规格：孔径的设置层不受限制； ②每层规格：每层设计组合可自由选择。表5标准设计规格和精细设计规格组合。 ③焊盘上导通孔：焊盘与孔的共用化(开发了精细孔镀层采用电镀铜)； ④导通孔上导通孔：邻近层孔位置不受限制(对应采用跳跃孔)。
　　5．共同开发的意向： 这个开发就是继续完成制造高密度封装基板和制造技术的完善。使高多层的ALIVH印制电路板高密度积层板用VIL技术的融，达到次世纪高密度封装技术的要求的商品。为此，实现早期开发合作于2001年5月组成，原因是由于新业务的发展需要，在思想上取得一致同意组合的。 今后两公司发展，以确保研制与开发各工程间顺利进行，于是在2002年4月组成共同开发组织。并确保各组织独自业务活动和产，同商品销售。图11就是两公司研发商品系列。
　　四．今后的发展 96年10月统计ALIVH产品用于携带电话上，生产累计近一亿台以上，获得高速的发展，今后从ALIVH+VIL两种技术的融合，生产出环保型的基板材料，基材不含有卤素化、封装焊料无铅化和提高耐热性能，克服ALIVH用料的吸湿性的缺点，继承全层IVH结构的优越性和新材料的开发，就能全面的推动新的高精度封装所需要的新商品研制与开发。