激光脉冲持续时间对HAZ的影响

　　PCB生产有许多其他发展趋势，所有这些都关乎制造的关键工艺，并将影响HDI设计的发展。

　　使用已建立的成套工具，今天大多数的微通孔都是由二氧化碳激光器形成的。该工艺的一个缺点是会在载板内产生大量的热量，这将导致在每个钻孔位置形成热影响区(HAZ)，因此会影响最小导通孔节距、尺寸，以及质量。

　　图1：激光脉冲持续时间对HAZ的影响 (来源：IPG Photonics)

　　为了解决这个问题，激光器制造商正在开发具有超短脉冲(USP)激光器的新工具，该工具用皮秒或飞秒脉冲代替现有的纳秒脉冲。这种激光系统可以形成更小的导通孔，同时更小的HAZ产生，这意味着可以大大减小微通孔节距，并且随着激光吸收的改善，导通孔获得更好的质量，具有更少的表面碎片或“飞溅”。随着这些激光系统的出现，微通孔密度的性能将提升至另一高度，从而实现HDI性能的大幅提升。

　　图2：用纳秒激光(l)和USP激光(r)形成的典型微通孔(来源：Orbotech)

　　形成微通孔后，下一个问题就是电镀。虽然导通孔没有显著的厚径比变化，通常保持在0.7~0.8，但它们的尺寸不断减小，这对电镀来说是一种挑战。一个重要的发展是能够用铜完全填充导通孔，这使得导通孔能够直接相互堆叠。这一点影响很大，堆叠导通孔是HDI设计的组成部分，因为它们可以节省空间，特别是与交错导通孔相比，改进了热和电气管理，其上佳的表面平整度也有助于最终的组装良率。

　　最近的一项电镀新进展是通孔填充(THF)工艺的发布。实芯铜柱将改善热关键区域的导热性，从而改善冷却效果，并且因为仍然可能使用焊盘内导通孔，THF还可支持增加的I/O密度。

　　图3:堆叠的导通孔和通孔填充

　　BGA设计规则

　　在许多情况下，项目的关键设计参数通常与该设计中的其他方面相关联， HDI PCB也不例外。在这种情况下，其控制因素是BGA的焊盘尺寸和节距。

　　通过表1我们可以看出焊盘尺寸与可能的走线宽度之间的关系，具体取决于焊盘之间通过的走线数量。对于“简单”或低I/O数的封装(图6a)，我们只需要在BGA焊盘之间布一条走线，很明显最大走线宽度是焊盘之间可用空间的1/3。在给出的实例中，焊盘节距300mm，焊盘直径为150mm，因此建议的线宽和线距要求为50mm。

　　表1：指定焊盘尺寸所要求的线宽/线距

　　图4：走线对尺寸的影响(来源：Altera)

　　如果我们现在使用一个更复杂的封装，其更多的I/O数要求在同样的焊盘节距内布两条走线，那么推荐的线宽/线距就会下降至30µm，并且很明显，随着焊盘节距的减小，将进一步限制线宽和线距。

　　总的来说，新激光工具的可用性将允许更小的微通孔更密地排列在一起。这将有助于采用更小的BGA焊盘，与更多的 I/O数器件相结合，减小线宽/线距的需求，这将推动HDI路线图(图7)的发展，并继续从现有的每层生产布线转变为半加成法工艺。

　　图5：HDI路线图中的关键因素(资料来源：IPC、JISSO、AtoTeCo、客户群)

　　ELIC、任意层和半加成法

　　目前大多数HDI PCB使用减成法ELIC(每层互连)或任意层技术进行生产。一般流程如图8所示。

　　图6：ELIC工艺流程的通用示意图

　　高端HDI PCB需要线宽/线距从40 mm下降到30 mm，而目前的电镀工艺无法实现这一目标，因此需要转换到半加成法工艺。由于这些工艺在IC载板生产中很常见，因此HDI板被称为类载板的PCB(SLP)。

　　图9显示了基于半加成法(mSAP)工艺的SLP生产通用工艺。

　　图7：基于mSAP的类载板工艺的概要示意图

　　工艺挑战

　　很显然，半加成法(mSAP)工艺与传统的PCB生产路线有相同的步骤，因此原则上，更新和扩展现有设施使从减成法生产到半加成法(mSAP)生产的转变显得相当简单。然而，由于涉及许多变化，这种观点通常是错误的，从最近正进入类载板供应链的公司已经证明了这一点。必须为半加成法(mSAP)工艺量身定制的新设备和流程，同时在进行投资时充分考虑半加成法(mSAP)工艺的预期生命周期问题。幸运的是，这些可以修改为改良型半加成法(amSAP)，该方法可以实现>20 mm 的线宽/线距，并且只需要有限的进一步投资。