HDI高铜厚精细线路制作关键技术研究
摘 要：印制电路板（Printed Circuit Board）简称PCB是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电器连接的提供者，并大范围应用于各种各样的电子产品中。随着电子设备越来越复杂，需要的零配件自然越来越密集了，高密度互连（High Density Interconnect， HDI）印制电路板（简称为HDI板）自然产生，并得到迅速发展。目前，如何让铜厚度高、线路密度大、形状又有规则的HDI高铜厚精细线路在生产中制作出来，已经成为PCB行业的一个关键技术难题。为此，文章以HDI高铜厚精细线路制作关键技术改良全加成工艺为主要研究目标。
关键词：印制电路板；高铜厚精细线路；改良
中图分类号：TN41 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）26-0021-03
Abstract： The printed circuit board （PCB） is an important electronic component， the support of electronic components， and the provider of electronic components and electrical connections， widely used in a variety of electronic products. With the increasing complexity of electronic devices， the number of components needed is becoming more and more intensive. High Density Interconnect printed circuit boards （HDI boards） are naturally produced and developed rapidly. At present， how to make HDI high copper thick fine circuit with high copper thickness， high line density and regular shape has become a key technical problem in PCB industry. Therefore， the main research object of this paper is to improve the full addition technology of HDI high copper thick fine circuit.
Keywords： printed circuit board （PCB）； high copper thickness fine circuit； improvement
1 概述
電子设计在不断提高整机性能的同时，也在努力缩小其尺寸。从手机到智能武器的小型便携式产品中，小是永远不变的追求。高密度集成（HDI）技术可以使终端产品设计更加小型化，同时满足电子性能和效率的更高标准。其中，导电线路高铜厚和高精密技术是实现电子设备微型化、大功率化的核心内容[1-4]，而怎样减小线路宽度、增加线路厚度又是PCB领域研究的一个难点。另外，线路形状的规则度对电信号传输效果有着显著的影响，因此，制作出形状规则度较高的精细线路，有利于提高电信号的传输效果；对于高功率、高可靠、高品质的电子产品发展也具有重要的意义[5-7]。为此，本文在现有生产设备和条件下，研究了改良全加成工艺制作比半加成法和减成法更适合制作线宽较小、铜厚较大、线路规则度要求高的线路。
2 实验部分
2.1 实验主要仪器和材料
（1）减铜机器；（2）铜厚测试仪；（3）贴膜机；（4）LDI曝光机；（5）显影机器；（6）电镀机器；（7）退膜机器；（8）蚀刻机器；（9）金相显微镜；（10）玻璃纤维布为FR4基体的增强材料。
2.2 实验过程
此次实验，使用半加成法、减成法、改良全加成法；制作线宽/距为55μm/55μm、铜厚为35μm的精细线路，来分析改良全加成工艺在制作精细线路的优点。
2.2.1 工艺制作流程
半加成法：覆铜基板→贴干膜→曝光→显影→图电→退干膜→蚀刻
减成法：覆铜基板→贴干膜→曝光→显影→蚀刻→退干膜
改良全加成法：导电基板→贴干膜→曝光→显影→图电→图形转移
2.2.2 工序与工艺参数
贴干膜：经水洗、微蚀、烤板等一些前处理后再贴干膜，选用厚度为26μm的宏瑞抗蚀干膜，贴干膜条件为：温度100℃，压力6.1kg/cm2，传输速度1.2m/min；
曝光：在川宝曝光机上曝光处理，曝光的能量为13.8mj/cm2；
显影：显影处理过后，减去未曝光的区域，显影速度是3.1m/min；
图电：在1.6L电镀槽中，采用不溶性阳极材料和空气搅拌方式进行电镀，控制电流密度为1.55A/dm2，电镀铜配方为：H2SO490～110mL/L，CuSO4·5H2O 75～85g/L，Cl- 55～65ppm，加速剂 0.75-0.85mL/L，抑制剂 15.5-21mL/L（半加成法、改良全加成法）；
蚀刻：利用CuCl2-HCl型蚀刻液将非线路区域蚀刻掉，剩下导电线路区域。蚀刻液组成为：Cu2+150～160g/L、HCl 1.9～2.3mol/L（半加成法、减成法）；
退干膜：将贴在铜层上经过曝光机固化后的干膜用浓度为3.2～4.5%的NaOH溶液褪去（半加成法、减成法）；
图形转移：将铝板（包含导电线路）和半固化片（PP）通过热压的方式进行压合，最终将线路图形从铝基板上转移到覆铜绝缘基材上，完成整个全加成法线路的制作（改良全加成法）。
3 结果与讨论
图1是线宽/距为55μm/55μm、铜厚为35μm的精细线路切片，首先，图1中白色部位为导电线路的横截面，黑色为半固化片（PP）压合后的绝缘材料；其中，图1（a） 为半加成法制作产品；图1（b）为减成法产品；图1（c）为改良全加成工艺制作产品。从图1便可以清楚地看出，导电线路规则度由低到高的顺序为：减成法产品<半加成法产品<改良全加成工艺产品。
最后，通过实验，表1是三种方式制作的精细线路数据和蚀刻因子的计算结果。
根据导电线路切片（图1）及表1中的统计数据得出结果如下：
半加成法制作精细线路：当线路铜厚达到35μm左右时，线宽的下底、上底宽度相差比较小（平均3.3μm左右），说明了此方法在一定的程度上解决了侧蚀现象（减小了下底、上底的宽度差），平均蚀刻因子达到25.1。但线宽的下底、上底宽度平均值均小于55μm，线路的横截面积平均值为1237.7μm2，小于理论设计值（1510μm2）。以上结果表明：半加成法能够制作出线宽为55μm、铜厚为35μm的精细线路，但线路的规则度和品质大大低于改良全加成法制作的精细线路。
减成法制作精细线路：线宽的下底和上底宽度相差很大（平均相差30.2μm左右，最大相差36.8μm）、侧蚀现象很严重，下底宽度（平均55.8μm）与设计值55μm相差很小，但是上底宽度（平均25.5μm）和设计值55μm相差很大；线路的横截面积平均值为1291.9μm2，小于理论设计值（1510μm2）。另外，从表1中可以得出，通过减成法制作精细线路的平均蚀刻因子仅为2.1，PCB质量规范条例（IPC-A-600H-2010）要求，蚀刻因子不低于2[8]。因此，利用减成法制作的线宽55μm、铜厚35μm的精细线路，其线路规则度和品质很差，几乎不能满足PCB质量规范条例（IPC-A-600H-2010）要求，即产品几乎达不到要求。
改良全加成法制作精细线路，线宽的下底宽度和上底宽度相差很小（平均相差1.5μm左右，最大相差3.8μm），且下底宽度（平均49.6μm）和上底宽度（平均50.4μm）均非常接近设计值55μm；线路的横截面积平均值为1515.5μm2，接近理论设计值（1510μm2）。从上述结果可以得出，利用改良全加成工艺制作的线宽55μm、铜厚35μm的精细线路，其线路规则度和品质非常好。所以，改良全加成法更适合制作线宽较小、线路铜厚度较大、线路规则度要求较高的线路。
结合图1和表1中的数据可以看出，改良全加成法制作的导电线路规则度，其线路的品质（线宽、铜厚、面积与设计值的偏差）方面均远远优于减成法和半加成法。所以，改良全加成法更适合制作线宽较小、线路铜厚度较大、线路规则度要求较高的线路。
4 结论
经过线宽/线距为55μm/55μm， 铜厚为35μm的精细线路研究，结果表明：在相同的导电线路密度和厚度前提下，改良全加成工艺制备的精细线路，其导电线路规则度、线路品质（线宽、铜厚、面积与设计值的偏差）远远优于减成法和半加成法产品， 即改良全加成工艺更适合制作高品质、高铜厚HDI板电子产品。
参考文献：
[1]Zhou G， He W， Wang S， et al. A Novel Nitric Acid Etchant and Its Application in Manufacturing Fine Lines for PCBs[J]. Electronics Packaging Manufacturing IEEE Transactions on， 2010，33（1）：20-35.
[2]王俊峰.电子封装与微组装密封技术发展[J].电子工艺技术， 2011，32（4）：195-205.
[3]Zhang J， Ye Y， Xie Y， et al. High density print circuit board line width measurement algorithm ased on statistical process control theory [J]. Optik-International Journal for Light and Electron Optics， 2013，124（20）：4470-4478.
[4]Chang F Y， Jambek A B， Al-Hadi A A. Advantages and Challenges of 10-Gbps Transmission on High-Density Interconnect Boards[J]. Journal of Electronic Materials， 2016，45（8）： 3130-3145.
[5]周文木，徐杰棟，吴梅珠，等.IC封装基板超高精细线路制造工艺进展[J].电子元件与材料，2014，33（2）：4-10.
[6]Petter P M H， Veit H M， Bernardes A M. Evaluation of gold and silver leaching from printed circuit board of cellphones[J]. Waste Management， 2014，34（2）：470-483.
[7]王艳艳，何为，周国云，等.减成法制作双面COF印制电路板工艺研究[J].印制电路信息，2011（5）：15-21.
[8]李晓蔚.HDI板制作的共性关键技术研究与应用[D].重庆大学，2014.