高密度互连技术在系统级封装中的应用
时间：2023-06-29 16:10:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
杨鹏飞 肖安云 田重庆 黄健铭
（珠海中京电路电子有限公司，广东 珠海 519175）
系统级封装（system-in-package，SiP），是一个包含多种具备不同功能器件的组合体，能提供不同的功能，形成一个系统或者亚系统。SiP可以包含源器件、无源器件、MEMS、光电子甚至已经封装好的器件；
SiP可以有效地减小产品尺寸，降低功耗。因此，SiP 对印制电路板（print circuit board，PCB）提出了一些特殊要求，如对准度要求高、线路密度大、半孔加工、成型公差小等。本文阐述一款6 层SiP 线路板在制程过程中的难点及其解决方案，供业界同行参考和借鉴。
1.1 产品设计基本信息
产品设计基本信息见表1，产品叠构信息如图1所示。
表1 产品设计基本信息
图1 SiP产品PCB叠构
1.2 产品制作工艺流程
开料→（L3/4）激光钻孔→填孔电镀→内层线路→内层蚀刻→内层光学检测→棕化→压合→（L2/5）激光钻孔→填孔电镀→内层线路→内层蚀刻→内层光学检测→棕化→压合→（L1/6）激光钻孔→通孔钻孔→填孔电镀→外层线路→外层光学检测→防焊→成型→测试→出货前检验→包装→出货。
2.1 对准度控制技术
该PCB 为任意层互联的高密度互连（HDI）板，设计最小孔环为35 μm，对准度要求较高。为满足该类产品的对准度要求，需要在制作过程中加以特殊控制，关键控制要点包括以下几个方面。
（1）芯板层激光钻孔：使用机械钻机钻2.0 mm 通孔对位和激光1.0 mm 烧孔对位对比测试，选取激光烧出的1.0 mm 通孔对位，叉型孔两面的对位偏差效果最佳。
（2）芯板层线路：使用机械钻机钻2.0 mm 通孔和激光1.0 mm 烧孔对位对比测试，选取激光烧出的1.0 mm通孔对位，线路层两面偏差效果最佳。
（3）提高对准度关键是选取的涨缩模式，其中激光钻孔使用自动涨缩，线路曝光采用激光直接成像技术，并使用自动涨缩曝光模式。
采用以上应对措施制作完成的SiP产品板，将整体对准度控制在±25 μm 以内，符合产品对位要求，不同对位方式验证见表2。
表2 不同对位方式验证
2.2 芯板层叉型孔激光钻孔
由于叉型孔需要2 次激光钻孔，加工过程中容易钻偏，影响后面的对位。为解决钻偏问题，通过叉型孔第1面钻孔采用固定涨缩、第2面钻孔采用自动涨缩模式钻孔，采用1.0 mm 激光烧孔对位方式实现激光钻孔。制作结果显示，可以将叉型孔两面偏移对准度控制在±15.0 μm 以内，满足产品要求，叉型孔激光钻孔切片如图2所示。
图2 叉型孔激光钻孔切片
2.3 板弯翘控制
产品板厚0.36 mm，制造过程中转板采用酚醛垫板夹住搬运，避免板薄搬运过程中引起品质异常。在成型铣板后，采用氮气压烤措施，确保将板弯翘控制在客户要求（0.5%）范围内。
2.4 线路制作
本项目产品线路设计复杂，最小线宽距、线距分别为40 μm 和45 μm。为了保证线路制作的良率，关键控制要求如下。
（1）将填孔后填孔的表面铜厚控制在（18±2.5）μm范围，保证线宽蚀刻的均匀性。
（2）使用15 μm 薄干膜自动压膜，严禁手动切膜，避免出现碎屑等影响线路质量的问题，提高线路制作的精度和合格率。
（3）采用激光直接成像技术，曝光前对激光直接成像机台实施保养清洁，避免台面膜屑反粘，减少出现膜屑等影响线路质量的问题，提高线路制作的精度和合格率。
通过对以上关键点的控制，可确保将线路良率控制在95%以上，线路制程能力指数Cpk 大于1.33，符合产品要求。
2.5 防焊制作
该产品为半孔设计，油墨厚度将直接影响半孔位置的油墨入孔。该产品防焊焊球阵列封装（ball grid array，BGA）开窗设计尺寸约为100 μm，防焊油墨厚度将会影响开窗大小。控制防焊油墨厚度是品质关键，控制重点如下。
（1）网版采用51目网版，成品油墨厚度内控管控在（10±5）μm内。
（2）防焊曝光采用直接成像（direct imaging，DI）生产。
（3）防焊控制一次良率，禁止退洗重工。
采用上述应对措施，可将防焊良率控制在98.5%以上，油墨入孔控制符合产品要求。
2.6 半孔成型
工艺对比测试如图3所示。
图3 半孔不同铣板方式测试
由图3（a）可知，采用普通铣刀和主轴正转，半孔角悬空不受力的位置容易产生披锋；
由图3（b）可知，采用主轴正/反转，搭配正/反旋铣刀方式，可以实现直接铣半孔板的能力提升，产品符合品质要求。
产品可靠性测试见表3。
表3 产品可靠性测试
SiP对产品各制程中的难点进行技术突破，在叉型孔激光加工尺寸、盲孔填孔、外层光学检测、防焊和成型测试方面均获得技术突破，产品全部通过可靠性认证。此类板比传统HDI 板更注重过程管控，对各关键工序的作业能力提出挑战，在制作中要加强对各关键工序规范作业的关注，并以此提出了更高的要求。
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