凸盘外层线路制作技术研究

吴柳松 刘振宁 罗练军 张军杰

（胜宏科技（惠州）股份有限公司，广东 惠州 516211）

0 前言

下一代服务器CPU控制模块用印制电路板（PCB）采用凸起连接盘（Raised Pad，以下称凸盘）技术，此类产品为AMD，Intel等大客户应市场发展需求，其应用前景广阔。凸盘技术指标较高，分布在BGA区域，如图1所示。因而，凸盘产品特征决定其制作工艺制作难点在镀铜后外层线路制作。以下讲述五种制作线路的工艺方法，主要从工艺流程、生产设备、物料，给出一套可行的技术方案。介绍了电镀，外层和防焊制程的制作参数及关键品质。

图1 凸盘板实物图

1 技术难点

1.1 现状分析

凸盘制作成品要求：高度50 μm±5 μm，其高度比阻焊层高25 μm，如图2所示。

图2 凸盘切片分析介质层厚度示意图

1.2 凸盘工艺流程

针对外层线路不同工艺方法统计整理，凸盘板的制作工艺流程方案如下。

1.2.1 方案1 (真空压膜法）

开料→内层→AOI→压合→钻孔→板电→干膜1→烘烤→凸盘镀铜→镀金→去膜→真空压膜→线路曝光→DES→外检AOI→防焊→文字→干膜2→化金→去膜→成型→电测→FQC→清洗→包装

1.2.2 方案2（干膜封孔+网版印刷油墨法）

开料→内层→内检AOI→压合→钻孔→板电→干膜1→烘烤→凸盘镀铜→镀金→去膜→热辊压膜→曝光→显影→印刷油墨一面→烘烤→印刷油墨另一面→烘烤→曝光→DES→外检AOI→防焊→文字→干膜2→化金→去膜→成型→电测→FQC→清洗→包装

1.2.3 方案3 (干膜封孔+浸油工艺法）

开料→内层→AOI→压合→钻孔→板电→干膜1→烘烤→镀铜Raised PAD→镀金→去膜→热辊压膜→曝光→显影→烘干→浸油→烘烤→线路曝光→DES→外检层AOI→防焊→文字→干膜2→化金→去膜→成型→成测→FQC→清洗→包装

1.2.4 方案4（干膜封孔+静电喷涂法）

开料→内层→AOI→压合→钻孔→板电→干膜1→烘烤→凸盘镀铜→镀金→去膜→压膜→曝光→显影→静电喷涂→预烤→曝光→DES→外检AOI→防焊→文字→干膜2→化金→退膜→成型→成测→FQC→清洗→包装

1.2.5 方案5 (先外层线路后镀凸盘）

开料→内层→AOI→压合→钻孔→板电→外层线路→DES→外检AOI→沉铜→干膜1→烘烤→凸盘镀铜→镀金→去膜→防焊→文字→干膜2→化金→去膜→成型→成测→FQC→清洗→包装

2 凸盘线路板制作不同工艺

2.1 凸盘板的电镀工艺流程

凸盘电镀工艺流程，包含镀铜与镀金两个流程。现从干膜到镀金制程相关参数如下。

（1）压膜：板电后，经过前处理，清洗烘干板面后，使用热辊压膜机压上一层感光抗蚀膜。干膜型号W265，此干膜有65 μm，保证镀铜凸盘能镀上大于50 μm的厚度。

（2）曝光：把压膜后的板放到曝光机台面上，放上底片，使用UV光照射。也可LDI曝光机直接曝光作业。其生产制作参数，曝光能量280～300 mJ，曝光能能量尺6±1格。

（3）显影：曝光完后板，静置30 min后，撕去干膜表层聚酯薄膜，放进显影机，利用显影剂药水冲洗，留下干膜覆盖图形。其生产制作参数：线速1.5 m/min～2 m/min，碳酸钠浓度（1±0.2）%。

（4）烘烤：把显影将板插框架，放置在箱式烤箱内，设定温度120 ℃，时间10 min～20 min，其目的是使干膜和面铜结合得更牢固。

（5）凸盘镀铜：把烤后板冷却常温后，放到镀铜线上进行镀铜作业，其参数参考露出铜面积。生产参数：镀铜面积（0.06 ft2）/镀铜（1.6 A/dm2、120 min）/镀锡（0.01 A/dm2、10 min）。

（6）镀金：凸盘板镀铜后，直接镀金作业，要求镀金厚度min：0.76 μm（30 μin），镍厚3.0～5.1 μm（118～200 μin）使用3#镀金线，生产参数：电流密度（Au：1.18 A/dm2、Ni：1.29 A/dm2），线速：0.7 m/min /设定面积：5000 m2。

通过以上制程生产后，凸盘已制作完成，如图3所示。

图3 BGA区域镀凸盘和凸盘切片

使用切片分析统计电镀凸盘的厚度，经测量数据实际值都在范围内，相关数据如表1所示。

表1 凸盘切片测量数据（单位：μm）

表1数据显示，凸盘板的电镀铜厚，金镍厚度都在范围内，符合生产要求。

2.2 凸盘外层线路制作工艺

（1）以下为先镀铜凸盘，后制作外层线路的外层图形，从压膜到外层AOI工序简述如下。

①去膜：镀金后将凸盘板放进去膜线作业，其原理利用去膜药剂（NaOH），把干膜从板面上去除掉，保持板面洁净。生产制作参数线速1.0 m/min～1.5 m/min，NaOH浓度3%～5%。

②压膜：去膜后凸盘板，经过前处理清洗烘干板面后，使用热辊压膜机压上一层感光抗蚀膜，干膜型号HD240，此干膜制作干膜封孔之用，防止后续印刷油墨入孔。主要参数，线速2.0 m/min，压膜温度110 ℃±10 ℃。

③曝光：把压膜后的板放到曝光机台面上，再放上底片使用UV光照射，把图形转移到板面的干膜层上。其生产制作参数，曝光能量90～110 mj，曝光能能量尺6±1格。

④显影：曝光后板静置30 min后，撕去干膜表层聚酯薄膜，放进显影机，利用显影剂药水把未曝光的干膜冲洗掉，留下干膜覆盖图形。其生产制作参数：线速4.0～4.5 m/min，碳酸钠浓度（1±0.2）%。

⑤网版印刷一面：使用丝网印刷机把显影后板进行单面印刷作业。在板面上印上一层均匀的湿膜（线路油墨或防焊油墨，解析度达到制作外层线路的要求即可）。其生产制作参数：刮刀速度1.5～2.0 m/min，角度45°，压力0.15 Mpa～0.2 Mpa。

⑥预烤：把印好单面的板插框架，放进烤箱预烤（温度75 ℃，5～10 min），把湿膜烤干不粘手为准。

⑦网版印刷另一面：把印刷一面油墨烘烤干的板，同机台进行另一面印刷作业，在板面上印上一层均匀的湿膜。其生产制作参数同上面印刷。

⑧预烤：把印好双面油墨的板插框架，放进烤箱预烤（温度75 ℃、20～25 min），把湿膜烤干（不黏手为准进行检验），预防黏底片。

⑨曝光：把印刷双面油墨烤干的板，放到曝光机台面上，放上底片，使用UV光照射作业(也可用LDI曝光机直接曝光作业）。曝光能量90～110 mJ曝光能量格（5～7格）。

⑩DES线：即显影机、蚀刻机、去膜机组成水平线连线作业。把曝光过板放进显影机，显影出所需要的图形，再经过蚀刻机内的酸性蚀刻液，腐蚀掉暴露的铜面，留下的保护膜经过去膜机内去膜药剂（氢氧化钠）把覆盖铜面上的保护膜去掉，得到铜层线路图。生产参数：速度为3.5～5 m/min；显影压力0.15～0.2 Mpa，碳酸钠浓度（1±0.2）%；蚀刻压力0.2～0.3 Mpa；去膜压力0.15～0.2 Mpa，氢氧化钠浓度3～5%。

⑪光学自动检测（AOI）：针对蚀刻出外层线路图形进行检验，与CAM客户原稿设计图形比对是否完整，若不完整，存在缺失项，则查看判别，检修。图4是完成外层线路和凸盘的线路局部图示。

图4 凸盘线路蚀刻图

（2）以下为先外层线路，后制作镀铜凸盘的工序如下，有关参数与前述类同，不再多述。

①压膜：板电后经过前处理烘干板面后，使用热辊压膜机压上一层感光抗蚀膜，干膜型号HD7240。

②曝光：把压膜后的板放到曝光机台面上，放上底片，使用UV光照射。也可采用LDI（激光直接成像）曝光机直接曝光作业。

③显影：曝光完后板，静置15 min后，进行显影。

④DES蚀刻线，显影-蚀刻-去膜。

⑤外检AOI对蚀刻出外层线路图形进行检验。

⑥沉铜:把外层线路独立的单元，通过沉铜线，沉积一层薄的铜层连接起来，为后面电镀提供能导电的导体。生产参数：线速2 m/min。

⑦镀铜凸盘工序制作参照以上2.1节。

凸盘外层线路制作依据基材铜经过板电后，整体铜厚在35～40 μm。按照铜厚35 μm外层铜厚进行补偿线宽作业，其正常补偿38 μm。现首件测量线宽数据在中值偏上。符合生产要求。

表2、表3数据显示，凸盘板的首件板制作完，线宽测量数据，以及相关阻抗测量值在中值偏上，都在范围内，符合生产要求，后续批量生产。

表2 TOP面凸盘线宽测量数据（单位：μm）

表3 Bottom面阻抗线测量数据

3 凸盘板制作工艺对比

3.1 先制作凸盘后制作线路

先镀铜凸盘后线路制作，由于凸盘存在高低差,无真空压膜设备，只能选用油墨制作线路。预防油墨入孔去墨不净，PTH孔先使用干膜盖孔，再印刷油墨（或喷涂，浸油作业）。由于工艺流程长，油墨在凸盘之间厚薄不均，抗蚀刻能力差异，导致最终线路良率较低。

3.2 先制作线路后制作凸盘

先制作外层线路，由于在板电后压膜生产，不存在凸盘高低差影响。因而，其外层制作的良率较高（90%以上），可达到达方案1使用真空压膜设备生产凸盘板的外层良率。

3.3 凸盘线路制作出现缺陷与工艺改进

在制作线路时，由于凸盘存在高低差，导致抗蚀剂干膜或油墨覆盖不全面，影响抗蚀刻效果。主要缺陷和对策见表4。

表4 凸盘制作线路缺陷工艺改善主要对策表

3.4 凸盘线路制作方案比较

不同工艺方法的工序数与良品率相关数据见表5所示。统计分析这5种方案，前4种先镀铜凸盘后制作线路，方案5刚好相反，其优势如下。

（1）缩短工序：可减去使用干膜盖孔和湿墨制作线路两个工序；

（2）精简工艺：省略湿墨印刷制作线路，减少一次影像转移工艺；

（3）节省工时：沉铜（10 min）与丝印油墨（3小时-制作10 PNL板计时）耗时相差甚远；

（4）物料节省：省去湿墨的物料和工夹具的消耗；

（5）良率提升>30%，方案5的外层良率90%相比方案2、3、4的外层线路良率50%～60%，差异>30%。

综上所述，凸盘外层线路制作，不同的工艺制作方法生产良率存在差异，后续工艺不断改善，优化参数，改良方法，将会不断提高产品良率。