超細線(xiàn)蝕刻工藝技術(shù)介紹

超細線(xiàn)蝕刻工藝技術(shù)介紹

目前，集成度呈越來(lái)越高的趨勢，許多公司紛紛開(kāi)始SOC技術(shù)，但SOC并不能解決所有系統集成的問(wèn)題，因此在封裝研究中心（PRC）以及許多其它研究機構，均將系統封裝（SOP或稱(chēng)SiP）視為SOC解決方案的補充。SOP與SOC提供的集成度，能夠滿(mǎn)足新一代系統設計的需求。

PRC研究的SOP技術(shù)包括無(wú)源元件如電阻、電容、電感、光器件以及采用MEMS工藝的射頻元件的集成，同時(shí)，也包括低成本冷卻裝置、混合信號設計和測試、相關(guān)設計工具以及不采用底部填充材料的低成本倒裝芯片安裝工藝。當然，SOP技術(shù)的基礎是可靠的高密度互連材、工藝和材料，這也是本文討論的重點(diǎn)。

高密度布線(xiàn)技術(shù)要求

目前，印制布線(xiàn)板（PWB）加工工藝嚴重落后于電子器件封裝的發(fā)展，解決該問(wèn)題的關(guān)鍵在于走線(xiàn)和過(guò)孔形成過(guò)程的光刻技術(shù)。

線(xiàn)寬及間距從62.5微米向25微米發(fā)展，

加工工藝差別很大。在ITRI和NEMI等集團的努力下75微米到100微米線(xiàn)寬和間距加工工藝在大面積PWB上的應用日益廣泛，從而在PWB走線(xiàn)成形技術(shù)方面取得重大的突破。

目前，采用HDI襯底工藝已能做到30到40微米線(xiàn)寬和線(xiàn)間以及75到100微米的微過(guò)孔。PRC正致力于開(kāi)發(fā)25微米及其以下加工技術(shù)，以滿(mǎn)足大面積有機板材對精密走線(xiàn)和線(xiàn)間距的要求。

其目標地開(kāi)發(fā)15到25微米超密布線(xiàn)和25到50微米微過(guò)孔的加工工藝，從而最終實(shí)現6到10微米線(xiàn)以及10到15微米過(guò)孔的加工。

MCM技術(shù)

多芯片模組（MCM）技術(shù)能滿(mǎn)足SOP的要求，但是成本太高。MCM-D（沉積MCM）的布線(xiàn)密度很高，可以安裝無(wú)源器件和波導，但生產(chǎn)成本高昂。MCM-C（陶制MCM）也符合SOP的要求，

可以集成RF結構，然而同樣是成本原因使其難以推廣應用。有機多層板材成本低廉，加工方便，適合于大型板材加工，因而能滿(mǎn)足SOP對價(jià)格和性能的要求。

PWB制造業(yè)通常把小于100微米一線(xiàn)寬稱(chēng)為“精細線(xiàn)”，現在線(xiàn)寬最小可以做到50到35微米之間，因此，目前對精細線(xiàn)、極精細線(xiàn)和超精細線(xiàn)和線(xiàn)間距的概念并未清晰地定義。本文討論的極精細線(xiàn)（very fine）指的是50微米以下的線(xiàn)寬，該線(xiàn)寬能滿(mǎn)足現在及今后一段時(shí)期業(yè)界的需求。

“超細線(xiàn)”（Uitrafine）指的是寬度為15微米以下線(xiàn)寬，該線(xiàn)寬能夠滿(mǎn)足在未來(lái)幾年后精密間距陣列內連倒裝芯片的要求。PRC正在開(kāi)發(fā)基于低成本板材以期滿(mǎn)足SOP/SLIM的下一代封裝和其它應用的需要。

影響“極細”與“超細”細和線(xiàn)間呀加工的兩個(gè)關(guān)鍵因素是：1、將高分辯率光阻圖通過(guò)設計或光罩工具印刷到襯底上；2、低成本的極細銅金屬線(xiàn)材。兩個(gè)因素中，光阻成像工藝更為關(guān)鍵，要將目標特征幾何圖形印刷到低成本的襯底上，困難不少。與半導體加工工藝相比可以看到，PWB制造必須選擇價(jià)格低廉的光阻材料。

另一個(gè)要注意的因素是基材。硅片與其它的半導體襯底的表面極為光滑平整，而FR4這樣的低成本有機板材質(zhì)地堅硬、表面粗糙，新技術(shù)和工藝的開(kāi)發(fā)必須考慮這些問(wèn)題。

目前，正在進(jìn)行一系列的實(shí)驗，探索在剛性有機板材上加工精細線(xiàn)的可行性。完成評估的光阻材料包括：厚度不同的兩種干膜和兩種應用廣泛的液體光阻材料。

在工藝評估過(guò)程中，采用了高TgFR4板材（無(wú)覆銅板、單面覆銅板和雙面覆銅板）。實(shí)驗中，環(huán)氧基干膜在FR4多層板材間構成無(wú)電極鍍銅絕緣層。

這樣配置的板材比基本FR4板材表面平整光滑。所有光阻材料都與水溶性加工工藝兼容。實(shí)驗板的長(cháng)度為300毫米。

兩種液態(tài)光阻通過(guò)旋轉涂覆或彎月形涂覆沉積而成。Dujpont SMVL-100真空層疊裝置將干膜光阻材料C1（15mm厚）和C2(37.5mm厚)層疊在電路板中。在這項研究中，采遙了軟硬光罩方法。

實(shí)驗表明，采用干膜和液態(tài)光阻材料可以在覆銅FR4板材上完美地成像，梳狀結構線(xiàn)間距達到0.635mm（線(xiàn)寬/間距=312微米）到0.0508mm(線(xiàn)寬/間距=20/30微米或線(xiàn)寬/間距=25/25微米)。通過(guò)附加電鍍銅或減少蝕刻銅箔，可獲得間距為50微米（25微米線(xiàn)寬和25微米線(xiàn)間距）的梳狀結構。

干膜光阻上15微米銅線(xiàn)線(xiàn)寬及線(xiàn)間距的顯微照片說(shuō)明，蝕刻線(xiàn)很直，光阻粘合力可以接受，線(xiàn)邊沿清晰。采用低成本的液態(tài)光阻材料，成功的蝕刻出10微米線(xiàn)寬和線(xiàn)間距。使用負片液態(tài)光阻材料D，可以蝕刻出7.5微米的線(xiàn)寬。實(shí)驗結果表明，隨著(zhù)加工工藝和光罩工具的改進(jìn)，將來(lái)有可能蝕刻出比5微米更精細的導線(xiàn)。

通路互連

實(shí)驗評估中，所有材料和工藝都與HDI和現有技術(shù)兼容。將超細線(xiàn)蝕刻、金屬化和微過(guò)孔互連工藝相結合，可以制造直徑為35微米的銅柱陣列（array of cop-per stud），這些銅柱陣列在超高密度內連（ultra-HDI）襯底中，是構成堆疊微過(guò)孔工藝的基礎。

此外，一系列35微米直徑的微過(guò)孔已經(jīng)制作在FR4板材的涂覆薄感光絕緣膜上。經(jīng)過(guò)了2，000次熱循環(huán)之后，50微米微過(guò)孔斷面顯示，PRC典型設備具有良好的重復性。