超細線蝕刻工藝技術介紹

　目前，集成度呈越來越高的趨勢，許多公司紛紛開始SOC技術，但SOC并不能解決所有系統集成的問題，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SiP）視為SOC解決方案的補充。SOP與SOC提供的集成度，能夠滿足新一代系統設計的需求。
　　PRC研究的SOP技術包括無源元件如電阻、電容、電感、光器件以及采用MEMS工藝的射頻元件的集成，同時，也包括低成本冷卻裝置、混合信號設計和測試、相關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。
　　高密度布線技術要求
　　目前，印制布線板（PWB）加工工藝嚴重落后于電子器件封裝的發展，解決該問題的關鍵在于走線和過孔形成過程的光刻技術。
　　線寬及間距從62.5微米向25微米發展，
　　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走線成形技術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微米線寬和線間以及75到100微米的微過孔。PRC正致力于開發25微米及其以下加工技術，以滿足大面積有機板材對精密走線和線間距的要求。
　　其目標地開發15到25微米超密布線和25到50微米微過孔的加工工藝，從而最終實現6到10微米線以及10到15微米過孔的加工。
　　MCM技術
　　多芯片模組（MCM）技術能滿足SOP的要求，但是成本太高。MCM-D（沉積MCM）的布線密度很高，可以安裝無源器件和波導，但生產成本高昂。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，因而能滿足SOP對價格和性能的要求。
　　PWB制造業通常把小于100微米一線寬稱為“精細線”，現在線寬最小可以做到50到35微米之間，因此，目前對精細線、極精細線和超精細線和線間距的概念并未清晰地定義。本文討論的極精細線（very fine）指的是50微米以下的線寬，該線寬能滿足現在及今后一段時期業界的需求。
　　“超細線”（Uitrafine）指的是寬度為15微米以下線寬，該線寬能夠滿足在未來幾年后精密間距陣列內連倒裝芯片的要求。PRC正在開發基于低成本板材以期滿足SOP/SLIM的下一代封裝和其它應用的需要。
　　影響“極細”與“超細”細和線間呀加工的兩個關鍵因素是：1、將高分辯率光阻圖通過設計或光罩工具印刷到襯底上；2、低成本的極細銅金屬線材。兩個因素中，光阻成像工藝更為關鍵，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制造必須選擇價格低廉的光阻材料。
　　另一個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地堅硬、表面粗糙，新技術和工藝的開發必須考慮這些問題。
　　目前，正在進行一系列的實驗，探索在剛性有機板材上加工精細線的可行性。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。
　　在工藝評估過程中，采用了高TgFR4板材（無覆銅板、單面覆銅板和雙面覆銅板）。實驗中，環氧基干膜在FR4多層板材間構成無電極鍍銅絕緣層。
　　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。實驗板的長度為300毫米。
　　兩種液態光阻通過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。
　　實驗表明，采用干膜和液態光阻材料可以在覆銅FR4板材上完美地成像，梳狀結構線間距達到0.635mm（線寬/間距=312微米）到0.0508mm(線寬/間距=20/30微米或線寬/間距=25/25微米)。通過附加電鍍銅或減少蝕刻銅箔，可獲得間距為50微米（25微米線寬和25微米線間距）的梳狀結構。
　　干膜光阻上15微米銅線線寬及線間距的顯微照片說明，蝕刻線很直，光阻粘合力可以接受，線邊沿清晰。采用低成本的液態光阻材料，成功的蝕刻出10微米線寬和線間距。使用負片液態光阻材料D，可以蝕刻出7.5微米的線寬。實驗結果表明，隨著加工工藝和光罩工具的改進，將來有可能蝕刻出比5微米更精細的導線。
　　通路互連
　　實驗評估中，所有材料和工藝都與HDI和現有技術兼容。將超細線蝕刻、金屬化和微過孔互連工藝相結合，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，是構成堆疊微過孔工藝的基礎。
　　此外，一系列35微米直徑的微過孔已經制作在FR4板材的涂覆薄感光絕緣膜上。經過了2，000次熱循環之后，50微米微過孔斷面顯示，PRC典型設備具有良好的重復性。