任意层HDI对位系统研究

孟应许 周尚松 吴六雄 李 再（深南电路有限公司，广东 深圳 518117）

任意层HDI对位系统研究

Paper Code: S-078

孟应许 周尚松 吴六雄 李 再
（深南电路有限公司，广东 深圳 518117）

随着电子产业的发展，任意层互联HDI板在高端消费品领域得到了越来越多的应用，其盲孔阶数已经从最初的3阶发展到现在的5阶以上，最高甚至出现了7阶的HDI板。文章通过对不同的对位系统进行研究，分析不同对位系统的关键点及差异，为业界加工同类型产品提供必要的参考。

HDI；多阶；对位系统；对位精度

1 前言

随着移动互联网的快速发展，对印制电路板线路密度、对位能力要求越来越高，常规一阶、二阶HDI已经逐渐不能满足智能电子产品的要求而朝着多阶、任意层互联的方向发展。

任意层互联（Anylayer）技术的应用，可以使PCB的体积较传统HDI减小40%～50%[1]，在达到轻、薄的同时，可以缩短信号的传输距离，降低电容和电感产生的损耗。同时，高密设计还可以节约电能消耗，提升设备续航能力。

目前，任意层互联技术主要来自于日本，包括松下公司的ALIVH工艺（Any Layer Inner Via Hole,任意层内互联技术），东芝公司的B2IT工艺（Buried Bump Interconnection Technology，预埋凸块互联技术，Ibiden（揖斐电）的FVSS工艺（Free Via Stacked Up Structure，任意叠孔互联技术），North Print的NMBI工艺（Neo-Manhattan Bump Interconnection，新型立柱凸块互联技术）[2]。基于专利、成本及设备通用性的考虑，目前大部分厂家采用不需要专利的逐次压合法制作多阶盲孔及图形，即在制作一阶盲孔之后再次压合制作二阶盲孔，并以此类推制作多阶盲孔，其中在两次压合之间通过电镀将盲孔填实，实现不同层次之间的互联。

以10层任意层互联HDI为例，从内层芯板开始，至少需要经过5次镭射，5次图形，5次电镀和4次压合才能完成板件的加工，其中每一次镭射、图形、层压均涉及到不同层次之间的对位问题，因此，任意层HDI对层间对位和板件涨缩提出了很高的要求，其生产过程对设备、环境、操作水平、生产工艺都是很大的考验。

建立一个好的对位系统，可以尽可能降低系统对位偏差，实现任意层HDI不同层次图形及盲孔之间的精准对位。

2 主要的对位系统介绍

任意层HDI的加工涉及多次对位过程，以10层任意层互联HDI为例，业界常规的对位过程如表1所示。其中部分步骤因为是粗对位或者不影响对位结果（如5-6层的钻孔，不出现大异常，不会影响到最终的对位结果）或者其影响与控制方法与传统PCB一致（如层压、防焊、字符等）本文将不再讨论。这样，我们可以对表1的对位过程进行简化，简化后的对位步骤如表2所示。

表1 任意层HDI业界常规对位过程

表2 任意层HDI简化对位过程

通过简化后的对位过程可以看出，任意层互联HDI不同对位方式的关键步骤在于激光钻孔和图形制作过程，其共同决定了整个对位系统的对位原理与对位方式。

2.1 激光钻孔对位工艺

激光钻孔的加工方式有三种，即敖形掩膜（Conformal mask）、开大窗（Large window）、和激光直接打孔（LDD， Laser Direct Drill）[3]，传统HDI主要采用前两种方式，而对位任意层互联板件，由于LDD工艺具有流程短、对位精度高等优势而被业界普遍采用。

在对位方面，LDD工艺已经比较成熟，主要通过烧蚀内层靶标进行对位。首先在内层图形制作过程中，预先制作一个靶标点，然后在激光钻时把靶标点处的铜箔和树脂烧掉，激光钻机直接抓取内层靶标进行对位。

涨缩控制方面，目前通过LDD工艺加工盲孔时主要采用自动涨缩，以达到最大限度地与图形匹配的目的。

2.2 图形对位工艺

由于在传统底片成像中，底片本身存在较大的涨缩偏差，目前业界通常控制范围为1 mil ～ 2 mil，再考虑到普通曝光机本身的对位误差及板件涨缩的差异，最终每层之间的对位误差都在2 mil左右，5次图形制作叠加下来将会产生巨大的对位偏差。因此，普通自动曝光机已经越来越不能满足任意层互联板件的加工要求。LDI（Laser Direct Image，激光直接成像）或DMD（Digital Micro mirror Device，数字微镜元件）方式可以直接在板件抗蚀剂上进行成像，从而避免了因底片涨缩差异造成的对位偏差。因此，为了保证良好的对位，最好采用直接成像设备进行图形的转移。

任意层互联HDI的图形工艺不仅进行自身的对位，还在盲孔和通孔的对位过程中起到媒介的作用而愈发重要。目前任意层互联HDI虽然也进入了规模化的生产过程，但由于其自身的重要性及HDI阶数的提高而处在不断的探索和发展之中。下面将从内层、中间层、外层对图形对位工艺进行介绍。

2.2.1 内层芯板图形对位工艺

内层芯板的激光钻和图形制作均采用通孔靶标进行对位，如图1所示（浅黄色箭头表示盲孔加工时的对位信息的传递方向，深黄色箭头表示图形加工时对位信息的传递方向，下同）。由于采用通孔对位，因此需要预先通过钻孔将靶标加工出来，对钻孔要求很高。孔位精度和孔壁质量对激光钻孔对位和图形对位会产生直接影响，因此需要控制钻孔参数来保证图形的对位精度。

图1 内层芯板对位方式示意图

2.2.2 中间层图形对位工艺

中间层对位工艺是任意层互联HDI对位的核心，根据其采用的对位靶标的不同，可分为镭射盲孔对位，内层图形靶标对位和通孔对位三种，如表3所示。下面分别对几种不同的对位方式进行介绍。

（1）中间层图形对位方式1

该对位原理如图2所示，其对位信息的传递方式为：图形→激光钻孔→图形，并循环往复直至传递到次外层。

图2 中间层图形对位工艺方式1示意图

该对位方式中，对位靶标的选择至关重要。每个公司都会根据自己的实际情况设计不同种类的靶标，靶标的种类大致有表5所示的几种，除表中所示的靶标之外，很多公司也会根据自身需要，设计出具有特殊用途的靶标。

表3 中间层对位方式

表4 中间层对位方式1的靶标种类及适用类型

该方式是目前主流的对位方式，其对位原理简单，工程资料设计机现场操作均较为方便，整体上的缺点是靶标质量受前工序影响较大，激光钻能量控制不当、电镀毛刺等问题会造成识别不良，影响到品质和效率。

（2）中间层图形对位方式2

该对位原理如图3所示，其对位信息的传递方式为：图形→激光钻孔；图形→图形，并循环往复直至传递到次外层。目前主要采用的两种靶标如表5所示。

该方式是比较新颖的对位方式，理论对位精度比方式1有大幅提高，但会给工程资料的制作及激光钻或蚀刻增加难度，设备前期调试也较为复杂，在靶标识别不良时的处理时效也较长。

图3 中间层图形对位工艺方式2示意图

（3）中间层图形对位方式3

该对位原理如图4所示，其对位信息的传递方式为：图形→激光钻孔；通孔→图形→通孔，并循环往复直至传递到次外层。

表5 中间层对位方式2的靶标种类及适用类型

图4 中间层图形对位工艺方式3示意图

该对位方式下，图形对位识别的靶标为通孔，识别率高，曝光异常少。但由于钻靶机本身存在一定的对位误差，多次对位的叠加给续对位带来了一定的风险，目前较少采用。

（4）三种对位方式对比

三种对位分别适用于不同的场合，主要优缺点汇总如表6，建议在需要时采用。

表6 三种中间层对位方式对比

2.2.3 外层对位工艺

外层对位工艺中，目前的主要做法有根据盲孔对位和通盲孔兼顾对位两种。

根据盲孔对位通常会在整体对位较好是采用，对位原理与中间层三种方式一致，再次不再赘述。

通盲孔兼顾对位通常用于由其他原因容易造成通盲孔比例差异较大的情况，这时可以同时识别通盲孔两种靶标进行对位，以达到通盲孔均不破盘的目的，目前使用的靶标主要有如下两种：

采用上述两种靶标之后，可以同时兼顾通孔和盲孔进行对位。设备中通常可以设置两种靶标的权重，以满足不同环宽时的加工要求。外层通盲孔兼顾对位原理如图5中的L2→L1层所示。

3 结论

内层芯板加工时采取通孔对位可以保证盲孔与图形的统一性；

中间层图形转移时可以根据需要采取不同的对位方式，采用镭射靶标可以方便现场管理，内层图形的靶标可以提高整体的对位精度，钻靶通孔靶标可以提高整体的识别率；

表7 常用的通盲孔兼顾靶标

图5 外层对位工艺示意图

最外层通盲孔偏差较大时，采用通盲孔兼顾靶标可以很好解决通盲孔无法兼顾的问题；

激光钻、电镀等前工序会通过影响靶标质量进而影响到图形的对位精度，因此前制程也是改善图形对位的重要方向。

[1] 林旭荣, 张学东. 任意层互联技术开发介绍[J]. 印制电路信息, 2012,(4):157-160.

[2] 陈世金, 徐缓, 杨诗伟, 韩志伟, 邓宏喜. 任意层高密度互联电路板制作关键技术研究[J]. 2013, 34(5):279-283.

孟应许，工艺工程师，负责内层图形、内层蚀刻工序。

Research on alignment system of anylayer HDI

MENG Ying-xu ZHOU Shang-song WU Liu-xiong LI Zai

With the development of electronic industry, anylayer HDI boards has been used more and more in the field of high-end consumer goods. The blind via has developed from 3 to 5, and the highest step even reached 7. Based on the research of the different alignment systems, this paper analyzes the key points and difference of each alignment system, and provides necessary reference for the industry.

HDI; Multi Steps; Alignment System; Alignment Accuracy

TN41

A

1009-0096（2014）04-0190-07