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超细线蚀刻工艺技术介绍

更新时间:2015-12-17 14:32:37  点击次数:784次 打印
目前,集成度呈越来越高的趋势,许多公司纷纷开始SOC技术,但SOC并不能解决所有系统集成的问题,因此在封装研究中心(PRC)以及许多其它研究机构,均将系统封装(SOP或称SiP)视为SOC解决方案的补充。SOP与SOC提供的集成度,能够满足新一代系统设计的需求。

目前,集成度呈越来越高的趋势,许多公司纷纷开始SOC技术,但SOC并不能解决所有系统集成的问题,因此在封装研究中心(PRC)以及许多其它研究机构,均将系统封装(SOP或称SiP)视为SOC解决方案的补充。SOP与SOC提供的集成度,能够满足新一代系统设计的需求。

PRC研究的SOP技术包括无源元件如电阻、电容、电感、光器件以及采用MEMS工艺的射频元件的集成,同时,也包括低成本冷却装置、混合信号设计和测试、相关设计工具以及不采用底部填充材料的低成本倒装芯片安装工艺。当然,SOP技术的基础是可靠的高密度互连材、工艺和材料,这也是本文讨论的重点。

高密度布线技术要求

目前,印制布线板(PWB)加工工艺严重落后于电子器件封装的发展,解决该问题的关键在于走线和过孔形成过程的光刻技术。

线宽及间距从62.5微米向25微米发展,

加工工艺差别很大。在ITRI和NEMI等集团的努力下75微米到100微米线宽和间距加工工艺在大面积PWB上的应用日益广泛,从而在PWB走线成形技术方面取得重大的突破。

目前,采用HDI衬底工艺已能做到30到40微米线宽和线间以及75到100微米的微过孔。PRC正致力于开发25微米及其以下加工技术,以满足大面积有机板材对精密走线和线间距的要求。

其目标地开发15到25微米超密布线和25到50微米微过孔的加工工艺,从而最终实现6到10微米线以及10到15微米过孔的加工。

MCM技术

多芯片模组(MCM)技术能满足SOP的要求,但是成本太高。MCM-D(沉积MCM)的布线密度很高,可以安装无源器件和波导,但生产成本高昂。MCM-C(陶制MCM)也符合SOP的要求,

可以集成RF结构,然而同样是成本原因使其难以推广应用。有机多层板材成本低廉,加工方便,适合于大型板材加工,因而能满足SOP对价格和性能的要求。

PWB制造业通常把小于100微米一线宽称为“精细线”,现在线宽最小可以做到50到35微米之间,因此,目前对精细线、极精细线和超精细线和线间距的概念并未清晰地定义。本文讨论的极精细线(very fine)指的是50微米以下的线宽,该线宽能满足现在及今后一段时期业界的需求。

“超细线”(Uitrafine)指的是宽度为15微米以下线宽,该线宽能够满足在未来几年后精密间距阵列内连倒装芯片的要求。PRC正在开发基于低成本板材以期满足SOP/SLIM的下一代封装和其它应用的需要。

影响“极细”与“超细”细和线间呀加工的两个关键因素是:1、将高分辩率光阻图通过设计或光罩工具印刷到衬底上;2、低成本的极细铜金属线材。两个因素中,光阻成像工艺更为关键,要将目标特征几何图形印刷到低成本的衬底上,困难不少。与半导体加工工艺相比可以看到,PWB制造必须选择价格低廉的光阻材料。

另一个要注意的因素是基材。硅片与其它的半导体衬底的表面极为光滑平整,而FR4这样的低成本有机板材质地坚硬、表面粗糙,新技术和工艺的开发必须考虑这些问题。

目前,正在进行一系列的实验,探索在刚性有机板材上加工精细线的可行性。完成评估的光阻材料包括:厚度不同的两种干膜和两种应用广泛的液体光阻材料。

在工艺评估过程中,采用了高TgFR4板材(无覆铜板、单面覆铜板和双面覆铜板)。实验中,环氧基干膜在FR4多层板材间构成无电极镀铜绝缘层。

这样配置的板材比基本FR4板材表面平整光滑。所有光阻材料都与水溶性加工工艺兼容。实验板的长度为300毫米。

两种液态光阻通过旋转涂覆或弯月形涂覆沉积而成。Dujpont SMVL-100真空层叠装置将干膜光阻材料C1(15mm厚)和C2(37.5mm厚)层叠在电路板中。在这项研究中,采遥了软硬光罩方法。

实验表明,采用干膜和液态光阻材料可以在覆铜FR4板材上完美地成像,梳状结构线间距达到0.635mm(线宽/间距=312微米)到0.0508mm(线宽/间距=20/30微米或线宽/间距=25/25微米)。通过附加电镀铜或减少蚀刻铜箔,可获得间距为50微米(25微米线宽和25微米线间距)的梳状结构。

干膜光阻上15微米铜线线宽及线间距的显微照片说明,蚀刻线很直,光阻粘合力可以接受,线边沿清晰。采用低成本的液态光阻材料,成功的蚀刻出10微米线宽和线间距。使用负片液态光阻材料D,可以蚀刻出7.5微米的线宽。实验结果表明,随着加工工艺和光罩工具的改进,将来有可能蚀刻出比5微米更精细的导线。

通路互连

实验评估中,所有材料和工艺都与HDI和现有技术兼容。将超细线蚀刻、金属化和微过孔互连工艺相结合,可以制造直径为35微米的铜柱阵列(array of cop-per stud),这些铜柱阵列在超高密度内连(ultra-HDI)衬底中,是构成堆叠微过孔工艺的基础。

此外,一系列35微米直径的微过孔已经制作在FR4板材的涂覆薄感光绝缘膜上。经过了2,000次热循环之后,50微米微过孔断面显示,PRC典型设备具有良好的重复性。

(编辑:admin)