第五章 基板技术Ⅰ—有机基板

一、封装基板概述：
1、发展动向：
a.需求：小型、高性能、便携化、个人信息终端；
b.电子装置：小型、薄型、高性能、高周波、低价格；
c.LSI器件：多引脚、窄节距、模块化、超小元器件；
d.实装技术：超小型封装及裸芯片实装（TAB/COB/BGA/CSP/FC/MCM等）；
e.市场：手机、网络及通信设备、数码相加、微机、笔记本电脑、PDA、各类平板显示器；
f.PWB：高密度布线、薄型、更高的电气特性、更高的尺寸稳定性、更低的价格、更高的实装密度；
2、性能要求：
a.要减小信号传输延迟时间；
b.特性阻抗要匹配；
c.要尽量降低L、C、R等的寄生效应；
d.为了降低交调噪声（cross-link noise），要尽量避免信号线之间离得太近以及平行布线，同时为了减小此影响，应选用低介电常数的基板材料；
e.电路图形的设计应考虑到防止信号反射噪声；

二、封装基板分类：
1、按基材分类：按基板的基本材料，基板可以分为有机系（树脂系）、无机系（陶瓷系、金属系）及复合系三大类。其中有机系分为：
a.纸基板：
■纸、酚醛树脂覆铜板（FR-1、FR-2、XPC、XXXPC）
■纸、环氧树脂覆铜板（FR-3）
■纸、聚酯树脂覆铜板
b.玻璃布基板：
■玻璃布、环氧树脂覆铜板（FR-4、G10）
■玻璃布、耐高温环氧树脂覆铜板（FR-5、G11）
■玻璃布、聚酰亚胺树脂（PI）覆铜板（GPY）
■玻璃布、聚四氟乙烯树脂（PTFE）覆铜板
■玻璃布、BT树脂覆铜板
■玻璃布、PPE树脂覆铜板
■玻璃布、PPO树脂覆铜板
c.复合材料基板：
■环氧树脂类：纸（芯）、玻璃布（面）的、环氧树脂覆铜板（CEM-1）、玻纤非织布（芯）、玻纤布（面）的、环氧树脂覆铜板（CEM-3）
■聚酯树脂类：玻纤非织布（芯）、玻璃布（面）的、聚酯树脂覆铜板（CRM-7、CRM-8）
d.耐热性塑性基板：
■聚砜系树脂基板；
■聚醚酰亚胺树脂基板；
■聚醚酮树脂基板
e.挠性基板：
■聚酯覆铜膜基板
■玻璃布-环氧树脂覆铜积层板；
■聚酰亚胺覆铜膜基板
f.积层多层板基材：
■感光树脂（液态、干膜）
■热固性树脂（液态、干膜）
■附树脂铜箔（RCC）
■其他半固化片基材（芳酰胺纤维非织布的环氧树脂基材等）
无机系基材包括：
g.金属类基板：
■金属基型
■金属芯型
■包覆金属型
h.陶瓷类基板：
■氧化铝基板Al2O3、3Al2O3.2SiO2
■氮化铝基板AlN
■碳化硅基板SiC
■低温烧成玻璃陶瓷基板LTCC
i.其他基板：
■玻璃基板（用于LCD、PDP显示器等）
■硅基板
■金刚石
2、按结构分类：
a.一层导体型：
■刚性：单面板
■挠性：单金属层板（2层式、3层式）
b.两层导体型：
■刚性：双面板（电镀通孔印制线路板、金属衬底通孔印制线路板）
■挠性：双金属层板
c.多层导体型（3层导体以上）
■刚性：多层印制线路板（电镀通孔方式、积层多层板）
■刚-挠性：刚-挠性多层印制线路板
■挠性：多金属层挠性印制线路板
3、通用PWB：单面板、双面板、多层板；
4、多层印制线路板的结构：
a.电镀通孔多层PCB；
b.金属芯/金属衬底多层PCB；
c.刚-挠性多层PCB；
d.电镀层间连接积层式多层印制线路板；
e.转印积层式多层PCB；
f.利用导体浆料实现层间连接的积层式多层PCB；
g.其他类型的多层板；

三、多层印制线路板的电气特征：一般而言对PCB所要求的特性如下：
1、直流特性：
a.导体电阻
b.绝缘电阻：
2、交流特性：
a.特殊阻抗
b.信号传输速度
c.交叉噪声
d.高频特性
e电磁波屏蔽（EMI）特性

四、电镀通孔多层印制线路板：
1、制作方法概述：
a.电路的形成方法：加成法（全加成法、半加成法、部分加成法）和减成法（全面电镀法、图形电镀法）；
b.通用PWB典型的制造工艺：在PWB的制造过程中，通孔的金属化非常关键。全面电镀法是先在PWB上钻孔或冲孔，而后利用化学镀在孔的内壁沉积金属层，实现电气导通，再依次电镀铜、涂（贴或电泳沉积）胶、光刻等制成电路图形。全面电镀法有下述优点：
■镀层厚度均匀，而不必像图形电镀法那样对于每个型号都要严格控制图形的均匀性；
■对光刻胶的性能要求不苛刻，对光刻胶的厚度及侧壁形状等要求不很严格；
c.电镀通孔工艺：多层PCB的制作主要由三大工序完成：
■内层制作-积层工序；
■制孔-外层制作工序；
■后处理工序；
2、减成法：此种方法是利用表面的铜箔，通过蚀刻，使其部分去除，进而形成表面电路图形，故称减成法（subtractive）。而就电镀表面电路图形的方法而论，其中又分为全面（panel）电镀法和图形（pattern）电镀法；
3、加成法：此方法是直接在绝缘基板上电解析出导体金属，并由此形成电路布线。加成法（additive）不是采用铜箔，而是通过化学镀铜来形成电路图形和通孔内壁导通层。加成法又分为全加成法（full-additive）和半加成法（semi-additive）；
4、盲孔（blind via）、埋孔（buried via）和层间连接（IVH）;
5、顺次积层法：多层PCB不仅在表面，而且在内层也布置有导体布线，按预先设计的层结构积层，并由通孔电镀实现层间的电气连接，积层工序一般是将带有图形的芯材与半固化（prepreg）交互叠层，经过热加压完成积层成型。通常由一次积层完成制品。但是，对于层结构复杂以及层数很多的情况，一次积层往往达不到足够高的精度，为此需要将其分成若干组，分别积层，然后再整体积层，此称为顺次积层法。

五、积层多层印制线路板：
1、发展过程：
a.1988年西门子公司开发制造了名为microwiring substrate的积层多层印制线路板；
b.1991年IBM公司以SLC（surface laminar circuit）名称发表积层多层印制线路板；
c.1995年松下公司开发出ALIVH（all layer inner via hole）型积层多层印制线路板；
d.1996年东芝公司开发出B2it（buried bump interconnection technology）型积层多层印制线路板；
e.1998年开始积层多层印制线路板开始工业应用，此后在先进工业国家迅速推广普及；

2、电镀方式各种积层法的比较：关于材料，涉及到涂树脂铜箔（又称树脂包铜箔、RCC等）、热固性树脂、感光树脂等三大类。积层多层PCB一般由两部分组成，其中间部分为芯板，上下为积层部分。

3、涂树脂铜箔（RCC）方式：采用涂树脂铜箔法进行积层的工艺过程如下：
芯板（多层板）—铜箔粘压—光刻法蚀刻、铜箔成孔做掩膜（或直接）激光制孔—去除孔壁树脂残留、化学镀铜、全面镀铜—表面电路图形蚀刻成形—制成两层导体层

4、热固性树脂方式：采用激光蚀孔-图形电镀法进行积层的工艺过程如下：
芯板（多层板）—热固性树脂涂布或粘压—激光蚀孔—表面粗化、化学镀铜—由电镀阻挡层形成待镀图形、图形电镀铜—电镀阻挡层剥离蚀刻—完成两层导体层积层

5、感光性树脂方式：采用光刻蚀孔—板面电镀法进行积层的工艺过程：
芯板（多层板）—感光树脂涂布或粘压—曝光显像—粗化处理、化学镀铜、全面镀铜—光刻制作表面电路图形—完成两层导体层的积层

6、其他采用电镀的积层方式：转印法实现多层积层的工艺过程：
平面镀铜—待镀电路图形制作图形电镀—粗化处理—激光蚀孔、制作通孔—化学镀铜、电镀铜—第二层积层制作第二层的层间互连孔

7、采用导电浆料的积层方式：ALIVH法（any layer inner via hole structure：任意层内互连孔结构）、B2it法（buried bump interconnection technology：预埋凸块互连技术）、其它方法；

8、一次积层工艺：这里所讲的一次积层工艺是将具有不同电路图形的多层一次积层，严格讲并不属于上述的积层工艺的范畴，但从最终结果看，仍可达到积层式多层PCB的效果；

9、芯片及表面的平坦化；

10、多层间的连接方式：电镀法制作层间互连柱的工艺过程（plated riser 法）
芯板—全面导通化（化学镀铜）—由于膜制作电镀阻挡层图形电镀铜—剥离干膜阻挡层、蚀刻化学镀铜层、涂覆绝缘树脂—表面研磨、粗糙化—化学镀铜、电镀铜、表面电路图形制作

11、积层多层印制线路板用绝缘材料：薄膜电路中可以采用感光性聚酰亚胺、BCB等材料，在以有机系为基材的布线基板上作为积层用的绝缘材料；

12、各种激光制孔方式对比：形成层间互连孔的紫外线曝光法跟微电子工程中的光刻法基本相同，在激光制孔方法中，采用准分子激光的方法早已达到使用化，而采用等离子刻蚀制作互连孔的方式在欧美也达到实用化水平，除此之外，在利用特殊保护膜的条件下，还可以采用喷沙制孔及化学溶解制孔等；

13、可靠性实验：积层多层板的环境试验主要有以下一些方法：
a.热冲击试验（循环试验、液相、气相）；
b.热冲击试验（高温浸泡）；
c.热冲击试验（砂浴）；
d.温湿度偏置循环试验；
e.耐湿性试验（定常加湿）；
f.HAST（highly accelerated temperature&humidity stress test）（不饱和）；
g.PCT（pressure cooker test）（饱和）