00047增层法多层板与非机钻式导孔

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1、增层法多层板与非机钻式导孔Build Up MLB and Non Drilled Via Hole作者：白蓉生先生 前言： 早期多层板之层间互连与零件脚插装，皆依靠全通式的镀通孔 ( PTH ) 去执行。彼时组装不密，布线不多，故问题也不大。然因电子产品功能提升与零件增加，乃由早先的通孔插装改为节省板面的表面黏装。 1980年后SMT开始渐入量产，使得 PCB在小孔细在线成为重耍的课题。然而这种采用钖膏与波焊的双面黏装做法，仍受到零件不断复杂化与引脚持续增多，以及 芯片级封装(CSP)极端轻薄短小的多层板压力下，积极因应的PCB业界又于1990年起推出 非机械钻孔 式的盲孔埋孔甚至通孔，与板

2、外逐次增加层面的增层法 (Build Up Process工研院工材所译为积层式多层板) ，在微薄化方面再次出现革命性的进步。本文即针对该非传统钻孔的各种专密制程加以概述，并专对电浆咬孔与雷射烧孔等两种商用制程做较详细的介绍。 一、传统多层板的制做与受限 1.传统流程 传统多层板对层与层之间互连(Interconnection)的做法，是先在各内层薄基上，以阻剂选择蚀铜做出所需的圆垫Pads)，经压合及钻孔后即可将各层圆垫予以串通。并再以PTH及电镀铜方式使各层孔环得兴孔壁导通。最后完成外层板面蚀刻的线路，即成为每层用孔环衔接全通孔(PTH)的互连系统，其流程概要如下： .先就各内层面上的线路

3、与圆垫进行成像与蚀刻(Print and Etch)，得到所 需的导体图形。 .随即进行黑/棕氧化处理(BlackBrown Oxide Treatment)完成各内层板。 .加入胶片(Prepreg)与外层铜箔进行迭合与压合，成为多层板半成品。 .再进行钻孔、镀通孔(PTH)、成像(Image Transfer;正片法或负片法)及 蚀刻得到外层线路并完成多层板之成品。 2.外层面积的限制 传统多层板系采单次压合为半成品，再行钻孔镀孔与线路蚀刻而达到整体互连之目的。凡欲与孔铜壁导通者则利用孔环(Annular Ring)与其它线路衔接;凡不欲与孔铜壁导通者，则在各层孔环外缘与大铜面之间采用空环

4、(Clearance)予以隔绝(Isolation)。 此种一次成型全板贯穿的传统互连做法，处于目前之多脚零件增量装配，在降低成本减少层数，致使细线布局不断增密而渴求面积情形下，只有尽量缩小孔径兴孔环，甚至出现极其困难的无环(Landless)通孔以为因应。如此将使孔径逼小到 1Omil以下的境界，对生产力与成本方面都造成极大的负面影响。 面临密集组装时传统全通孔所呈现的缺失有： 层间互连用的传统通孔无法直接做在板面SMD的脚垫上，需另以扇出( 图 l. 左为传统 SMD 焊垫进行互连所需之 ”扇出”(Fan Out) 引线与垫上直接盲孔无 Fan Out之比较。右为插孔、SMD 扇接导孔、及

5、电浆法盲导孔等孔径大小之比较。Fan Out)方式连通各脚垫，对板面的有限空间而言可谓十分浪费。 全通孔会破坏多层板内在电压层的完整性，使电容蒙受损失增加噪声。 争夺零件组装所需的面积。 妨碍多层板内在讯号层的布线面桢。 密集组装迫使通孔孔径愈来愈小，成本也愈来愈贵。 早期镀通孔除用于层间互连之目的外，还需担负起零件脚插装的任务，故孔径兴孔距皆有其下限。I986年以后SMT十分成熟之际，除了高功率大 型 CPU(约1OW)与附加卡(Add-on Card)仍需挥装以确保可靠度之外，其余大多数零件的引脚均已改成表面黏装，因而板面上只需留下必要的矩型焊垫以供接脚即可。 此种只扮演层间互连的传统镀通

6、孔，似乎无需一定要贯穿全板，大可改 变成为只在部份层次间连通的盲孔(Blind Hole)与埋孔(Buried Hole)，以省下通孔在板面上的用地，让有限的外层面积尽量用以布线与焊接零件。这就是板外逐次增层法(Build-up)与非机钻式(Non-drilled)导孔(Via)的起因。 图2. 全通 PTH 之传统多层板经部份改成盲孔埋孔后之挤缩小型化情形。3.传统埋导孔(Buried Via)与盲导孔(Blind Via) 传统多层板的埋孔制作并不困难，只要按一般双面板做法，先将各内层薄板进行钻孔、镀孔及线路蚀刻后，再用真空压合法以胶片之流胶去填满各内导孔，即可压合成为有埋孔的多层板。 至

7、于传统盲孔的做法也不难，常见的六层板可分别先做两片有通孔的薄双面板当成外层，与另一片无孔的内层板一并压合成为六层板，即出现已填胶的盲孔。再进行整体全通孔的制作，则成为有盲孔与通孔的MLB。若欲另做埋孔时，则也可将中间的内层板先做成双面板，三片双面板压合后即可达到有盲孔埋孔的六层板。此类制程称为逐次压合(Sequential Laminated)式多层板。此等做法流程太长，占用生产线资源太多，成本并不便宜。 至于压合后外层板面所特做的机钻式盲孔，其制作并不容易。首先要精 确设定锁头在Z轴的下钻深度，使恰好到达某一内层铜垫上，形成有锥底的杯状盲孔。所钻出的裸盲孔还要再经小心镀铜才能成为可连通的盲导

8、孔。其 工程中不但设定深度十分不易，而且化学铜与电镀铜也因其槽液无法流动替换，在不易赶走氢气下一旦其纵横比超过1：1时，则锥底即很难镀满。 图3. 左为机钻定深盲孔，孔径 48mil 孔深 44mil之镀后情形。中为 CO2雷射四个脉冲 二、增层法(Build Up Process)与非机钻式之埋孔与盲孔 现以双面或四层板为基础，采纳上述逐次压合(Sequential Lamination)的 观念，于其板外逐次增加线路层，并以非机钻式 之盲孔做为增层间的互连，已成为时下最受全球业界注目的增层法，(Build Up Process)。为避免在发音上 与原有加成法(Additive Proces

9、s)混淆起见，特译之为增层法以资区别。此等新开发非钻孔式各种超薄多层板，其做法极多各种花样不胜枚举，大体上可分四类： 1.感光成孔式导孔(Photo-Via) 图4. 以感光成孔所做的两增层，及与 FR-4 核板压合再经机械钻做全通孔(PTH)之示意图。利用感光阻剂层兼做为久性的感光介质层（Photo-Imageable Dielectric 简称PID)，先在完工的双面核心板上进行涂布PID层，并针对特定孔位处加以显像(Developing)，使露出碗底所预留的铜垫即形成碗状裸盲孔。再以化学铜与电镀铜进行全面加成，经选择性蚀刻后即可得外层到线路与盲导孔。也可不镀铜而改成塞银膏或铜膏填孔而完成

10、导通。此双面核心板得到第一次两面增层后，还可再继续涂布PID与加成镀铜及蚀刻，做出高密薄形的Build up多层板。 此类感光导孔之商业制程很多，其中IBM公司l989年在日本Yasu工厂所推出的SLC制程(Surface Laminar Circuits)最早夺得先声。该法是以CibaGeige濂涂式绿漆Probimer 52的油墨做为感光介质(PID)，比法可得 3mil/3mil之线宽线距，盲孔之底径约5mil，孔口约10mil。杜邦亦于1997.7推出一种干膜式的 PID，其商名为ViaLux 100，使得施工为方便，介质平坦性也将更好。 图5.此为采用 PID 所感光及显像而成的增层

11、光孔 (Photo Via)，孔径 6mil，孔深2mil，孔壁铜厚 1mil。注意其镀铜层是以低电流所镀故分布十分良好。 IBM另在纽约州的Endicott厂及德州Austin厂均曾将SLC之洛剂显像改成水溶液显像；后者称为ALT法曾于笔记型计算机Think Pad的主机板，以及工作站绘图卡，PCMCIA卡，MCM-L与摄录像机之电路板方面有过量产用途。 本法所用环氧树脂式的液态感光介质，除上述Probimer 52或65外，尚另有Shiply FP-9500等十余种湿膜或干膜式的感光介质。由于其等树脂之Tg 普遍不高，只做为导线或焊接的多层板尚可，一旦需芯片直接安装(DCA，COB等)而

12、需高温打线（Wire Bond)时，则因材质在高温中较软而达不到打线的质量。我国工研院工材所，亦曾以酚醛树脂添加感光树脂做为介质，进行研究试做。 2.雷射钻（烧）孔Laser Ablation 2.1二氧化碳雷射: 是利用CO2及掺杂其它如N2、He、CO等气体，在增加功率及维持放电时间下，产生波长在9，300nm10，600nm之间可实用的脉冲式(Pulse)红外雷射光。业界用于钻孔者有RF Excited CO2及TEA CO2两种方式激发的雷射，可用以制做盲孔之板材以无玻纤布的特殊背胶铜箔(Resin Coated Copper Foil，RCC)最佳，一般普通铜箔与传统胶片所压合的增层

13、盲孔也还可行。但均需采选择性蚀铜制程，除去局部铜箔盖子而露出孔位处的基材，再以不伤铜箔只能烧毁非金属物质的CO2雷射光，按钻孔程序带逐一烧出盲孔。此等雷射可被树脂大量吸收，故能顺利使之烧毁及气化而完成钻孔。至于玻纤部份则因吸收不足致使烧除效果也较差。 图6. CO2雷射钻孔须先蚀铜才能烧掉正下方的非金属板材，见到铜底后即可洗孔镀孔。 2.2Nd : YAG雷射： 系由铌(Neodymium)与钇铝柘榴石(Yttrium Aluminium Garnet)两种固媒体所共同激发出现的雷射光。此等紫外光之能量很强可直接穿过铜皮烧成盲孔，或可调整能旦烧穿两层铜皮成较深的盲孔。但由于尖峰能量很强，常会造

14、成板材的灼伤或烧焦，对整体孔的质量颇有影响。 2.3Excimer(Excited Dimer)Laser 准分子雷射 是由某些稀有气态卤化物、二聚物，及氧化物等激发而成的雷射光，系波长在200nm300nm之间的紫外光。此等雷射之功率虽高但却范围很大不易集中，故只能在特殊光罩的局限下，才能对有机树脂进行精密的修整、轻蚀或清洁的工作，用以钻孔则耗时过久效率太差。 图7. 此为目前钻孔用各种雷射的光谱图，可见到 YAG 雷射之原始波(1064nm)，三次倍频后 3.干式电浆蚀孔Plasma Etching 是在核心板材(Core)上进行增层的做法，与上述雷射法颇为相似，只是将盲孔内的非金属板材改

15、用电浆蚀空使露出碗底，不过电浆只能吃掉树脂而不能咬玻璃。经线路制作后即可完成层间的导通互连。 此法最早是1989年由Dr. Walter Schmidt于苏黎世开创的Dyconex公司所推出，现商业化之名称为DYCOstrate法。可于孔位铜箔蚀去后，采多片板子同时送入电桨机中，在 CF4，O2及N2等气体电离后的自由基攻击下，同时做出通孔或盲孔。此DYCOstrate法现已授权IBM及HP两家公司，HP公司在美国及海外PCB业界的名气较大，故乃二房东方式另做技术授权的生意，国内现亦有三家公司签约取得电浆蚀孔制程的使用权。预计此种电浆法将会在高阶板类进入量产的领域。 图8. 此为三种盲孔制程(

16、电浆、雷射、感光）的简明对比情形。 4.湿式化学蚀孔 Chemical Etching 当孔位铜箔被蚀去后，以强碱性化学溶液对特殊配方的基材进行溶蚀，直到露出底部铜垫后即得到被淘空的盲孔。比法曾在日本业界使用。上述四种微盲孔(5mil以下)技术，将在高密度小型薄板上逐渐取代传统通孔(PTH)，进一步使得板面上零件的布局与组装更为紧密。 三、现有增层法(Build Up)商业制程之总整理 90年代初由于零组件之工作电压下降(由5V降至3V左右)，封装(Packaging)技术进步，引脚增多，迫使在电路板面的组装密度再度增大。使得小孔在业界的规格由原来10mil以上的机钻小孔(Small Hole

17、)，逐渐转变成为非机钻式的埋盲微导孔(Micro Via Hole)。风潮鼓动之下，美日欧等先进业者们莫不磨拳擦掌，在过去的56年间纷纷推出具有各种埋盲方式的增层法。现举常见的十余种商业制程简要说明于后： 1.Surface Laminar Circuits(SLC) 系采FR-4双面板为核心，外涂以环氧树脂为主的感光介质(Dk 3.8)，于感 光及溶剂显像制成裸盲孔后(Photo-Via)，再做化铜电镀与蚀刻线路的加成，得 到与底层互连的盲孔。如比重复即可完成逐次增层的多层板。此法是由IBM于1989年在日本的Yasu工厂所开发，可到达 3mil/3mil之线宽线距，及510mil之孔径。另

18、外日本Ibiden公司亦于同年有类似的感光成孔法，但却另采用专密性环氧树脂与PES树脂共同涂布，称为Addtive Build Process(AAP/1O) 。据称其线路附着力比SLC要强三倍。 图9. 此为 SLC 制程经两次Photo Via 增层后的切片示意图，系以 FR-4双面板为内建基础而向外单面或双面出发做起的。2.Film Redistribution Layer (FRL) 使用环氧树脂式感光介质(Photoimageable Dielectric，PID)及化学铜加成，在既有的FR-4双面板上完成感光盲孔(Photovia)的增层。孔径约510mil，线宽线距可达3mil/

19、3mil。完工的板面可进行高密度组装。本法系由IBM之Endicott工厂在1992年所开发，1995年进入量产。系改采水溶性显像法以改善SLC溶剂显像的缺点。后TBM公司在德州的Austin厂又改为化学铜与电镀铜的加成线路，简称ALT(Alternative Laminar Technology)法，现已进入量产 阶段。 图10. 此为 IBM 公司改善 SLC 而成 FRL 之感光导孔式多层板。3.Microfilled Via (Mfvia) 系利用FR-4双面板两面分别印上PID，经感光成孔及填入银膏成柱状导电物。经烘干整平及另压合上铜箔后即可得到与内层的互连，于是可再制作外层线路完成

20、MLB。这种采铜箔与银膏柱体紧压而导通的盲孔方式，可免去PTH与镀铜的麻烦。此法现只用于Prolinx的V-BGA产品上，国内已有两家公司正在 量产。上述所用银膏的银含量及质量都比一般银贯孔用于低阶双面板者都要 高出很多。另日本CMK所推出SPM银膏多层板也采用高阶银膏做为互连，但 却是用以填塞全通孔，与前述者并不完全相同。 图11.此为 Microfilled 法对 光孔 塞入银膏而导通的 Prolinx 专利 V-BGA结构图。4.Carrier Formed Circuits 此为日本名幸电子(Meiko)所推出的制程，是分别在不锈钢板上先镀上铜层及蚀成线路，再涂布液态感光的环氧树脂，并

21、进行第二次线路与盲孔的增层。然后将所得之两张增层薄板一并压合在同一张FR-4胶片的两面，成为有反盲孔 的四层板。此外日立电线亦曾开发类似转移性线路法，但却是在有镍遮蔽层的铜箔上制作，该公司曾用以制作MCM-L。 图12.此为日本名幸公司先分别在不锈钢板上以加成法做出两张双面板，然后以一张 FR-4 胶片为核材，再压合而成的多层板。5.Dimple Via Multi Board 此法为日本NEC公司为其CSP芯片级封装法所开发的多层板，简称DVM。其做法先用传统FR-4薄基板，做出已黑化的内层板当成核心板，再于两面贴合上环氧树脂式的PID(50)，随即进行感光碱洗成孔，而露出内层孔底铜垫。之后

22、再进行碱性高锰酸钾的粗化以增加导体的附着力以及加成法的活化，并压上环氧树脂式的干膜，成像露出孔底后，即以厚化铜去加成而得到有深窝的盲孔板。 图13. 此为 NEC 的 DVM 光孔 与厚化铜增层法的简要说明。6.DYCOstrate 系瑞士DYCONEX公司在1992年推出的专利制程，是用电浆蚀刻法不咬金属的原理，在指定位置处先蚀去铜箔，再咬掉非金属板材而成埋孔盲孔，然后进行局部铜线路的制作，即可得到增层式的多层板。 7.Conductive Adhesive Bonded Flex (又称为 Z-link) 这是超薄型无玻纤PI(Polyimide)材质的多层软板，系美商Sheldal公司的

23、专利。所得六层板厚度仅10.4mil,八层板也只有14.2mil而已。其做法是将各双面板先行钻孔，并以真空金属化法(Vacuum Metalization，其通孔简称MTH)做上金属孔壁，使完成双面导通。之后再将各双面板另利用单向导电接着层 (Anisotropic Adhesive)进行压合。各通孔处的铜垫在接着层中金属泡的挤压下 ，可得到垂直导电的效果，但水平方向却仍呈现隔绝(Isolate)状态。本法之线宽线距可达12mil，孔径18mil。 图14. 此为美商 Sheldal 软扳公司采单向导电接着层所压合黏结之超薄式多层板。8.Any Layer Inner Via Hole (AL

24、IVH) 此全层内导孔法为日本松下电器在1992年所推出的增层法制程，所用胶片为环氧树脂或酰胺(Aramid)树脂所组成，且内外层均使用0.5oz铜箔以减少板厚。其埋孔盲孔的形成则是采用CO2雷射烧制，孔径2mil，每秒钟可烧出100个孔。但不用化学铜而另以导电铜膏塞入孔内完成层间互连，为其一大特色。对极小芯片级封装方式(Chip Scale Package)十分有利。 图15. 日本松下公司之 ALIVH 法，是用 CO2 雷射对内层烧出内埋导孔，再用铜胶填入而导通，然后再压成的多层板。 9.Roll Sheet Build Up 本法系将上下两张背胶铜箔，于滚轮加热中辗压在已有双面线路的核

25、心薄板上。之后对所增层的铜表面进行蚀铜，再用强碱化学品蚀去树脂而达孔，或另钻出通孔。并以UV及加热方式使树脂硬化，然后进行化学铜与电镀铜的制作，完成各孔壁之连通。 图16. 直接将两张背胶铜箔(RCC)辗压在另一个双面板上，再做出表面线路与蚀去铜盖，之后另用化学品咬空板材而成盲孔。10.Sheet Build Up 类似上述背胶铜箔在既有双面板上的滚轮辗压法，不过本法是采用常见的真空热压法进行。本法系日本Estern公司所开发，也是采用强碱化学咬孔与机械钻孔并行，最后仍用化学铜电镀铜完成层间互连。其线宽线距可达3mil/3mil，孔径在416mil之间。 图17. 日本 Estern 公司用两

26、张背胶铜箔(RCC)与胶片同时压合在一片双面板上，再做表面线路与蚀去铜盖，之后以化学品去咬出盲孔。11.High Density Interconnect (HDI) 此为GE公司所开发高密度高性能的军用芯片载板。其封装系采密集的TAB 代替打线法，是将PI软板与陶瓷硬板压合在一起的强固板。做法是先把陶瓷基 材用雷射光挖成为放置坑，再采阴极溅射法在坑底或板面涂布局部铝质导体线路。然后植入芯片，且盖压上PI树脂的软膜(Kapton)。压后进行雷射烧孔，化学 铜，电镀铜以形成线路，并另溅射上钛质保护膜。最后还要在封装外体上植入金属引脚以便插装在大型PCB板上。 图18. 此为 GE 公司之 HDI

27、 增层法多功能 MLB 之图标。12.Tessera Laminated Interposers (TLS) 此法为生产-BGA著称的美商Tessera公司所开发，是用一种高Tg的银膏与接着剂的组合层，将数片双面薄片予以黏合而成的多层板。导通用该名为 Interposer之接着层(Bond Ply)，是由上下两层高Tg接着剂(Adhesive)及中间1mil厚的聚亚酰胺层所共组成。 其流程是先针对Interposer层在各互连通孔位置处进行钻孔，并在各孔中填入高Tg的银膏(由微小银片与环氧树脂配成)，然后再用对位梢将各散层对准套合，并送入现行的真空压合机中进行压合，即可得到微孔密线的增层薄板。

28、此法可生产各种树脂的薄型多层板及MCM-D，有布线方便、电性热性良好等优点。若用于芯片级大小的-BGA时，各球脚之脚距(Pitch)将可逼近到40mil以内，线宽线距也只有2nil，孔径更微小到68mil，可采雷射烧孔施工。 图l9. 此为 Tessera 公司内加接着层之增层法示意图。13.Transfer Lamination IVH (HITAVIA) 此为日立化成于1993年所开发的增层法，是以背胶铜箔(有2mil厚非流性环氧树脂)为板材，其流程是先行钻孔(一般可钻20片)，接着将之压合于已有线路的双面板上即出现盲孔。在钻出整板所需的全通孔后，即进行化学铜与电镀铜以完成层间互连。此法可

29、得线宽线距为4mil/4mil，盲孔孔径510mil。 图20. 此日立 IVH 法是先将背胶铜箔(RCC)钻孔，再压合于另一半成品的板面上而成盲孔，当所需全通孔完成后即按现有负片法制程进行生产。14.Buried Bump Interconnection Technology (B2it) 此为东芝公司所推出的增层式多层法，简称为B2it。系在底铜箔基地上，以金属模版与银膏印出导通所需的实心锥块，其外形与高度均被严格控制。硬化后于各锥形块尖面上放置一张非织状的绝缘核材，使在高温与适压中可使核材流胶而得以穿出，并贴合上另一面铜箔，以压合方式使各破出的银锥与表面铜箔导通而得到半成品。再制作两外层

30、线路，即可得到免做PTH的双面板。如比重复相同步骤将可得到所需的多层板。比法平均可得3mil/3mil的线宽线距，8mil孔径，12mil垫径。且可达到垫下导柱(Pads on Bump)的效果。以上除就文献所见十余种专密(Proprietary)的增层法而加以简述外，以下将再针对最有希望量产的两种方法再做详述。 图21. 此为 Toshiba 所推出 BBIT 的锥尖银块刺破介质层而与表面铜垫互连的示意图。四、电浆蚀孔法(DYCOstrate) 1.原理 各类电浆蚀孔法中以DYCOstrate法在量产制程中最有名气，比法系瑞士苏 黎世一家Dyconex公司的专利，1992年开始商业用途。是在

31、已抽真空的密闭容器内充入CF4、O2、N2等气体，并外加RF(射频)级高电压对此等气体分子进行电离(Ionized)，即可得到活性很强的自由基(Free Radicals)，进一步针对树脂部份发出攻击，使产生气体逸走而达到挖空成孔的目的。处理中的板子还须不断加以转动，使各方向反应更为均匀。这是一种干式化学蚀刻法。 2.特点 DYCOstrate法所用的电浆机是与另一家Technic Plasma公司所合作研制，可于计算机控制之下在较低温度中对大板面进行均匀的蚀刻。对聚亚酰胺(Polyimide：PI)板材之蚀速约在13m/min之间，对环氧树脂则会出现更高的速率。所形成的裸盲孔经过镀铜之后，即

32、可成为导通两层之间的微盲孔(Micro-BlindVia)或微导通孔(Micro-Through Via)。后者进一步被压合于内层板中印成为埋孔(Buried Via)，其特点如下： 可产生圆形外任何形状的微孔，不易出现毛头，是一种清洁的干制程。 操作过程简单成本低，可对所有孔位同时进行单面或双面的蚀孔反应。 节省传统钻孔之钻针、盖板、垫板等耗材，且镀前处理简单良率也高。 对各类板材均有效，一般硬板、软板、与软硬合板等均可采用。无需强 烈化学品，且因板材之用量急遽减少，将有利于减废与环保。 可适用的板材有：无胶层之PI铜箔、FR-4背胶铜箔(RCC)、液晶聚合物 (LCP)、FR-5背胶铜箔、

33、Cyanate Ester背胶铜箔等。 3.制程举例 现从双面板出发以增层得到的四层板为例，说明此种增层法流程： 1.取两张背胶铜箔的单面薄材及一片双面板，做为增层与核材： 2.以业者现有的抽真空压合机，将两增层同时压合在双面板的两外层上： 3.在负片阻剂的保护下，选择性蚀刻掉各孔位的盖铜，完成蚀孔的准备： 4.去阻剂后及进行电浆蚀刻，挖空背胶到达内层预留之铜垫，即得到裸盲 孔： 5.续经化学铜与电镀铜后得到有铜壁层间导通的碗形盲孔； 6.再对外层进行线路制作，完成增层法的四层板。 上述由电浆法所做的碗形盲孔，其碗口直径仅5mil，碗底直径更小，形成开扩式容易电镀的盲孔。由于此种盲孔在Z方向的

34、长度，比起传统全通的导电孔要短很多在电性上较有利，且既使铜孔壁较薄时（如 0.4mil），其可靠度经过 温度循环试验 的证明，比起全通孔的寿命还要超出 510 倍之多。 图23. 此为电浆咬孔增层法之流程示意图。目前采用DYCOstrate法制作的MCM-L板，其线宽平均仅3mil，微盲孔之孔径3mil，孔环之环径8mil。在如此超级细小的情况下，布线密度也自然为之大增。使得只需两层布线即足以应付板面最密集的组装(Assembly)，因而尚无需用到3mil以下更细的线宽。只有到了覆晶(Flip Chip)式封装的数千点I/O或特殊高频设计时，其讯号线层才会超过3层。电浆法成孔已跳出传统机械圆孔

35、的限制，将展现方孔、开槽、阶梯式窗口等多项本领，大可替代一些冲孔与切外形的工作。 图24. 此为电浆盲孔(6mil)与 YAG雷射盲孔(3mil)之成品比较，注意电浆孔之孔底铜壁要比雷射孔镀的更为均匀，系因直角处电流分布不足与驱气困难所成。本法的限制是只能咬树脂不能咬玻璃，而量产型机种MarkIV只有一家供应，设备价格很贵。用以生产高阶复杂小型的多层板尚可，若用以生产消费级一般大量FR-4多层板则成本未免太高。 4.应用 上述增层法的板子，最复杂者每面竟可再增层到6层之多。增层中所用的板材一般软硬均可。采用高Tg的PI软材或硬材质者，其制程商名称为DYCOstrate。若全部改用较便宜的FR-

36、4板材而线路也较宽松者，其商名为DYCOstrate-C(此C指Commercial)，后者板类中常有碗形盲孔与传统通孔并存的情形。此类盲孔增层板目前已在通信、汽车电子、医疗、工业控制、计算机、飞弹、卫星等用途上受到欢迎。其最被青睐的多项优点有：体积小重量轻、布线细密、组装紧凑、散热容易、高频性能良好、流程短等好处。 DYCOstrate电浆法所制作的微盲孔，其孔铜壁只要镀0.4mil即可通过各种军规中的困难要求。由于比法具有制作软板、硬板、软硬合板等多样化的本领， 故在轻薄短小的产品范围中非常广用。诸如精密感应器(Sensor)、医疗电子品(如助听器)、飞机座舱通话记录器的黑盒子、喷射引擎控

37、制器等所用高精密板类，都可采用电浆法生产。 欧洲业界对上述电浆法的发展以领先其它地区，目前正朝向全球推广中。 五、雷射烧孔法 (Laser Ablation) 1.Nd : YAG 固体激发之UV雷射 YAG所产生的紫外雷射光商用机器，系1994年由美国ESI公司所最先开发成功。此种雷射光原始输出波长为1064nm，常用者为四次倍频波长266nm的谐波(Peak Power输出在5KW以上)，及三次倍频的355nm谐波(在12KW以上)等 图25. 此为YAG雷射原始波(1O64nm)与三次倍频后得到能量更强355nm雷射光的示意图。 两种。波长愈短光点愈小能量愈强，其对各种板材的加工特点有：

38、 各种有机介质、金属及陶瓷等均可形成强度吸收，可使能量直接供应反应，比CO2红外线雷射更为有效。 出现分子级的光能吸收，足以打断分子键(Molecular Bond)。 每个脉冲(Pulse)只烧掉板材几个微米(Micron)，但耗时极短仅十亿分之五十秒(50 Nanosecond)而已，不致造成热伤害、碳化、与毛头聚集。 其355nm波长的UV雷射光能量，可被铜金属所大量吸收而不致反射，故可直接钻孔而不必事先咬铜，其对FR-4的板材的烧孔分为两个步骤： 先用高能量的激光束去烧掉铜箔与部份介质板材。 迅速改用较低能量的扩张型雷射光去烧掉剩下的板材，到达孔底铜面时不但可自限而终止穿透，还可对该铜

39、面进行清洁与粗化。全程均为自动控制。 图26. 左二图为 2mil 的 YAG 盲孔与镀后情形。右图为 YAG 所钻 3mil 及 1.5mil 通孔情形。 YAG雷射不但可烧制盲孔，每次使用较多脉冲(Pulse)下，还可制做出高纵横比的微小通孔。根据德国西门子公司AUS部门的经验，在1996年初使用YAG雷射能量最强的三次倍频355nm的谐波时(采ESI公司出品的Model 5000雷射机作 业)，其每小时耗费极省，仅约O.5而已，现将YAG雷射两种实做法说明于后。 1.1先蚀铜再成孔(Laser Drilling With Imaged Holes) 西门子先选择性的蚀掉孔面铜箔，再采下列

40、四种方式(前三种用355nm，第四种用266nm)进行雷射成孔，即： 雷射直接穿孔(Direct Laser Punching) 系针对电路板除铜后的各单一孔位进行多次脉冲，可直接单点穿透三种不同板材的孔径，取决于光束直径的大小。并还可用355nm的Nd：YAG雷射削掉(Skived)板材与下层铜箔而形成更深的盲孔。 雷射环锯(Laser Trepaning） 利用激光束按预定成孔的圆周进行逐步连续环锯，此法也可直接穿过三种 板材，成孔之孔径在 26mil之间。 雷射螺切(Laser Spiraling) 将激光束针对三种板材采立体螺旋式烧入，也可烧出薄板的小孔，凡孔径在3mil以上者皆可制作

41、。自限式不烧铜之雷射钻孔(Conformal Mask Self-Limited Drilling) 先将孔位的铜盖以化学蚀刻法除去，再刻意调低尖峰功率以不伤铜的光束去烧掉树脂与玻纤，即得到有铜底的盲孔。上述经雷射所烧出的孔，可再利用既有的化学铜与电镀铜制程完成镀孔。不过这种两次做法，在蚀铜前位与烧孔后位两者间的对准却是非常困难，真位度上常出现2mil的公差，故只能用在布线较稀的板类。 图 28.此为YAG雷射所钻出的一阶与二阶两种盲孔的切片图与立体图。 1.2雷射直接成孔(Laser Direct Structuring) 利用355nm三次倍频之高能雷射光，直接烧透表面铜箔与介质基材而成盲

42、孔，此法可精确控制成孔的深度。因无需事先选择性蚀铜，对于70m以下的微孔成形将更为有利，并可缩短流程降低成本。不过本法在直接烧铜时可能会引发熔铜的飞溅(Splash)，而可能造成孔壁的污染。故在后续化学铜与电镀铜之前，还必须先行清除干净。 图29. 左为0.5oz铜箔及2mil FR-4板材上所烧6mil到底铜的盲孔，壁面玻纤束清晰可见。中为2mil PI与铜箔板材所环锯(Trepan)出的4mil导孔，孔距8mil。右为六层PTFE板材自铜面向内所烧制之6mil孔，可见到铜箔边缘之烧熔情形。 传统机械钻孔只能做出全通孔，且当孔径愈小时愈容易断针。由于微径钻针本身制作困难单价高昂，形成机械钻孔

43、愈小愈贵，使得0.3mm(11.8mil)以下小孔在生产上非常不易。但雷射加工的孔径却是由光束的方圆大小所决定，故孔径愈小所耗能量也愈少，单价自较便宜。以ESI M-5000机型为例，每1000个2mil微孔采266nm倍频(可得深孔)完成时，只需花费0.49。若改为尖峰功率较大的355nm(可得浅孔)时则仅需0.36。前者每小时可得12，000孔，后者每小时可完成14，000孔。 图30. 左为自2mil厚PI层所摄之4mil YAG雷射钻孔，远后方为铜箔层。中为10mil厚FR-4板材的6mil孔壁，从SEM可清楚看到两种玻纤烧后的惰形。右为12mil厚FR-4板上所钻孔距10mil之2m

44、il微孔。 1.3商用机种 YAG 雷射的商用机器，除ESI机种之外，另有一家以生产机械钻孔机的著名大厂Excellon与出品空气轴承的英国Westwind公司，也共同推出了一种LX-4UV2的四钻位大型机种。是利用与紫外雷射与可见雷射两种互调方式烧熔铜箔及板材，其可钻板面亦大到2124，声势相当可观。还有一家Exitech亦将推出CO2与YAG的混合机种。雷射钻孔一时十分热门。 2.CO2气体激发之红外雷射光 2.1概述： 此种雷射成孔的孔径系由光束直径来决定，故对34mil的微孔最合适。其操作采小区域分段作业，即在板面2吋见方内逐一钻完后，再移到下个区域续钻。各区局部作业均采特殊镜面微调反

45、射，而进行区内各孔的X，Y定位，故对室温变化要求甚严。若在3 Pulse/Hole之成孔条件及脉冲频率为2000Hz下，每分钟可达到2万孔的效率。但对大排版有玻纤的双面P-BGA并不十分有利。至于孔径在10mil以上的大孔则因耗能耗时甚多，也不划算。 图31. 左为CO2所烧孔径6mil孔深4mil的裸盲孔中为镀后情形，右为FR-4所做的盲孔。 2.2商用机种： 二氧化碳所激发的雷射光均属红外线(IR)范围，现行商用机器的结构又可分为两类，平均售价约在4050万美元，看来将成为微孔量产的重要设备。 RF(Radio Frequency)excited CO2雷射：以日立精工的NLC系列为主，国

46、内业界目前至少已引进四台。1997年慕尼黑电子展中还曾见到意大利钻孔机名厂Pluritec，也推出了一种LaserVia系统。连日本Panasonic自装自用者也想出机赶热闹。 图 32.此为RF在Slab方式下所激发CO2雷射的历程与四个脉冲射出的示意图。TEA(Transverse Excited Atmospheric)CO2 雷射：以日本住友重机的IMPACT600TW 及加拿大 Lumonics 之 IMPACT GS-150 机型为主，后者去年已被工材所购用，进行各种微孔研究与小量产的工作，为国内雷射钻孔的先河。 图33.此为 TEA 方式所激发的 CO2 雷射与射出三个 Puls

47、e 的示意图。 2.3实做经验： 从一些雷射试做 BGA 薄板的盲孔工作中，有以下几点经验可供读者参考。 某些机种对于室内温度变化要求很严，须在1以内。 孔位需先蚀去铜盖，才能按程序指挥光束逐一烧掉板材而成孔。由于大排板 上二者不易完全对准，以致孔位孔形之质量不易掌控。 由于树脂对 CO2 雷射的吸收率强而玻纤弱，常造成树脂烧焦碳化而玻纤却切割不足，对后来镀铜影响颇大，需小心调整。 11.8mil以上的大孔或大型工具孔，雷射钻孔十分耗时，宜仍用机器钻孔以节 省时间与改善雷射加工时的真空吸牢度。 图34. 当蚀铜位置与 CO2 雷射光点位置无法完全对准重合时，将出现不良盲孔的情形。六、感光、电浆

48、与雷射三种成孔方式的比较 根据多项资料，现将增层微导孔的四种制程加以比较如下，以供参考。 图35.此为机钻、CO2雷射、感光、电浆、YAG雷射等5种成孔方式在孔径、纵横比、全通孔、盲孔等施工领域的对比图。 七、结论 从90年初各种非机械加工的微盲孔与埋孔兴起后，使得电路板的制造与组装技术，出现了 SMT 后的一次大革命。总体而言就是增层法(Build-Up Process)新时代的来临。然各种专密方法均需付款授权，生产前还需客户认可等障碍，其未来量产可行注与可靠度犹待商榷。增层法具有如此诸多门坎，短期内想要进入量产形态的国内业界恐怕并不容易。其中唯有雷射钻孔纯属开放式的做法，将成为8mil以下微导孔的生产主流。 上述微孔细线增层法的薄板，可说是才真正到达了 轻薄短小的境界，特称为 BUM(Build-Up Multilayer)。目前(1997)全球总产值约仅四亿美金，占全部PCB产值的 1.5% 而已，未来发展空间极大。目前全球总产值 70% 集中在日本，其余为欧美之高阶用途。一旦零组件也能大幅度顺利微薄化之后，将来各种微小电器品如耳机型个人音响、手表型中距离无线电话机(二哥大)、掌上计算机、帽型摄录像机、挂壁式电视以及各类小型医药电子品等，都会不断推出，BUM的进步实在无可限量。