전해 구리 증착을 사용하여 블라인드 마이크로비아와 스루홀을 채워 PCB의 통합 밀도를 높입니다..
전자 회로의 점진적인 소형화는 점점 더 구리로 채워진 블라인드 마이크로비아가 있는 HDI 회로 기판의 사용을 요구합니다.. 새로 개발된 구리 전해질, 현재 생산 관련 조건에서 테스트 중입니다., 회로 기판 표면에 얇은 구리 층 두께로 블라인드 마이크로비아를 결함 없이 충전할 수 있습니다.. 현재 개발 중인 구리 전해질은 미래에도 안정적인 스루홀 충진이 가능해야 합니다. – 현재 개발 작업은 이미 유망한 결과를 보여주고 있습니다.
블라인드 마이크로비아 및 스루홀 충진
구리의 전착에 의한 블라인드 마이크로 비아 및 스루홀의 충전으로 PCB의 패키징 밀도 증가.
전자 회로의 소형화가 증가함에 따라 HDI PCB (HDI 인쇄 회로 기판) 구리로 채워진 블라인드 마이크로 비아 사용, 점점 더 바람직하다. 새로 개발된 구리 전해질, 현재 시뮬레이션된 생산 조건에서 테스트 중, 블라인드 마이크로 비아의 결함 없는 충전을 가능하게 하는 동시에 보드 표면의 감소된 구리 증착 두께를 허용합니다.. 이를 통해 재료를 보다 효율적으로 사용하여 PCB 제조 비용을 절감할 수 있습니다.. 현재 개발 중인 또 다른 구리 전해질은 스루홀을 안정적으로 채울 수 있음을 약속합니다..
1 소개
마이크로일렉트로닉스에서, 여전히 소형화 추세, 그건, 이전 시스템보다 저렴해야 하는 더 작고 강력한 시스템을 지향합니다.. 가장 잘 알려진 예로는 스마트폰과 태블릿 PC가 있습니다., 그 성능 – 동일하거나 더 작은 장치 크기에도 불구하고 – 최근 몇 년 동안 크게 증가했습니다.
HDI 인쇄 회로 기판 (HDI: 고밀도 상호 연결) 소형화에 크게 기여하다. 개별 PCB 레이어의 전기 연결용, 공간 절약형 블라인드 홀 (블라인드 마이크로비아) 관통 구멍 대신 사용. 블라인드 마이크로비아를 전해 증착된 구리로 채우면 집적 밀도를 더욱 높일 수 있습니다. (블라인드 마이크로비아 충전). 그동안, HDI 회로 기판의 사용은 더 이상 모바일 전자 제품에 국한되지 않고 다른 애플리케이션에서도 점점 더 많이 사용되고 있습니다., 예를 들어 자동차 부문에서.
새로 개발된 전해질, Blind Microvia Filling에서는 이전 세대의 전해질에 비해 매우 얇은 층 두께의 구리만 증착합니다., 리소스를 활성화합니다, HDI 인쇄 회로 기판의 에너지 및 비용 효율적인 생산.
HDI 인쇄회로기판의 집적도는 매우 얇은 심재를 사용하여 더욱 높일 수 있기 때문에, 쓰루홀 충전용 전해질 개발 (영어: 스루홀 필링) 현재 강화되고 있다. 이 분야의 개발 작업 결과가 제시됩니다..
2 마이크로일렉트로닉스 분야의 소형화
마이크로일렉트로닉스의 점진적 소형화의 가장 잘 알려진 대표자는 스마트폰 및 태블릿과 같은 매우 강력한 모바일 장치입니다.. 높고 지속적으로 성장하는 판매 수치는 이러한 장치의 큰 매력을 반영합니다.. 에 2013, 이상 1 10억 대의 스마트폰이 처음으로 판매되었습니다., 주변의 판매 1.2 억이 예상된다. 2014 그리고 주위에 1.8 10억 2017 [2]. 태블릿 PC 분야에서, 판매 271 백만 개의 장치가 예상됩니다. 2014, 거의 증가에 해당합니다. 40% 전년도에 비해 [3].
이들은 매우 작은 하우징 크기와 점점 더 많은 수의 그리드와 같은 연결이 있는 프로세서에 설치됩니다.. 프로세서의 밑면에는 976 바로 아래 영역의 연결 2 cm², 이것은 평방 밀리미터당 약 5개의 연결에 해당합니다.. 연결의 피치는 400 ㎛.
3 인쇄 회로 기판 분야의 소형화
매우 높은 연결 밀도를 가진 프로세서의 공간 절약 및 안정적인 전기 연결을 위해서는 상응하는 높은 집적도를 가진 인쇄 회로 기판이 필요합니다.. 고전적인 다층 인쇄 회로 기판은 이에 적합하지 않습니다., 하나, 개별 인쇄 회로 기판 층의 전기 연결을 위해 관통 구멍을 사용하기 때문에. 이들은 상대적으로 큰 직경을 가지며, 개별 레이어를 누른 후에만 뚫기 때문에, 그들은 전체 회로 기판 두께에 걸쳐 확장됩니다.. 그 결과 바로 인접한 레이어가 연결된 경우에도, 실제 연결 위아래 공간이 손실되어 다른 구조에 사용할 수 없습니다., 예를 들어 지휘자 트랙. 결과적으로 다층 회로 기판의 낮은 집적 밀도는 위에서 설명한 요구 사항에 충분하지 않습니다..
몇 년 전, 새로운, 인쇄 회로 기판의 고집적 생성, 소위 HDI 회로 기판, 따라서 개발되었다, 처음에는 주로 휴대 전화 생산에 사용되었습니다.. HDI 인쇄회로기판 제조시, 개별 인쇄 회로 기판 레이어가 연속적으로 구축됩니다. (SBU, 순차적 빌드업). 인접한 조립 위치의 전기적 연결은 레이저 드릴 블라인드 마이크로비아를 사용하여 실현됩니다.. 그림 2 의 구조를 개략적으로 보여줍니다. 2-4-2 HDI 회로 기판, 즉. 회로 기판은 4층의 다층 코어와 각 측면에 2개의 레이어로 구성됩니다..
4 블라인드 마이크로비아
관통 구멍에 비해, 블라인드 마이크로비아는 다음 범위에서 더 작은 직경을 가지고 있습니다. 50 톰 150 µm이며 장착 위치의 두께에 걸쳐 z 방향으로만 확장됩니다. (일반적으로 50 톰 150 ㎛). 실제 연결에 실제로 필요한 만큼만 공간을 차지합니다.. 따라서 HDI 인쇄 회로 기판은 다층 인쇄 회로 기판보다 집적도가 훨씬 높기 때문에 가장 작은 공간에서 고기능 전자 부품의 신호 분리에 적합합니다..
4.1 블라인드 마이크로비아 채우기
집적도의 추가 증가로 블라인드 마이크로비아 스택 가능 (적층 블라인드 마이크로비아). 충전용으로 전도성 페이스트 대신 전해 증착된 구리를 사용하는 경우, 이것은 다음과 같은 추가 이점으로 이어집니다.:
향상된 신뢰성 (블라인드 마이크로비아에는 구리만 포함됩니다., 추가 인터페이스가 없습니다)
더 나은 열 관리 (열 손실은 높은 열 전도성을 통해 소산될 수 있습니다., 구리로 채워진 블라인드 마이크로비아)
통합 밀도의 추가 증가 (추가 패드 없음 (패드) 부품 접촉을 위해 회로 기판 표면에 필요)
구리로 채워진 블라인드 마이크로비아가 있는 HDI 회로 기판 제조의 주요 공정 단계가 그림에 개략적으로 나와 있습니다. 4. 추가 레이어를 구축해야 하는 경우, 프로세스 순서는 프로세스 단계부터 다시 실행해야 합니다. 2.
구리로 채워진 블라인드 마이크로비아를 서로 겹쳐 쌓으면 인접하지 않은 조립 위치도 최소한의 공간 요구 사항으로 전기 전도성 방식으로 연결할 수 있습니다. (무화과. 5). 패드 인 비아 또는 비아 인 패드 디자인을 사용하면 집적도가 더욱 높아집니다., 구성 요소 연결을 구리로 채워진 블라인드 마이크로비아에 직접 납땜할 수 있기 때문에, 추가 연결 표면이 필요하지 않도록 (무화과. 6).
4.2 블라인드 마이크로비아 충전용 이전 전해질
일반적으로, 블라인드 마이크로비아 충전용 전해질은 다음 범위에서 비교적 높은 농도의 구리 이온을 포함합니다. 40 G / 내가 60 G / l 범위의 낮은 황산 농도와 함께 10 ml / 내가 50 ml / l 뿐만 아니라 염화물 이온. 코팅 특성 조절에 필요한 유기전해액 첨가제는 전문업체마다 다릅니다., 그러나 대부분 다음 세 가지 성분이 전해질 첨가제에 포함됩니다.:
기본 첨가제 (억제제)
곡물 정제 (활성제)
레벨러 (억제제)
게다가, 다른 공급자의 방법은 다음 기능에서도 다를 수 있습니다.:
시스템 기술 (표준 수직 시스템, 수직 연속 시스템, 수평 연속 시스템)
양극 유형 (구리 양극, 불용성 양극)
현재 형태 (직류, 펄스 전류, 역 펄스 전류)
적용 가능한 전류 밀도
블라인드 마이크로비아 충전을 위해 Schlötter가 이전에 제공한 방법은 표준 수직 시스템 또는 수직 연속 시스템에서 직류로만 작업합니다..
블라인드 마이크로비아 충전 초기에, 인쇄 회로 기판용 전해 증착 구리 코팅에 대한 표준 요구 사항 외에 기본적으로 다음과 같은 추가 요구 사항이 있었습니다. (예를 들어. 연성, 신뢰할 수 있음):
전해질 함유물이 없는 블라인드 마이크로비아의 결함 없는 충전
최소 충전 수준 또는 최대 허용 심화 (찌그러 뜨리다.
채우는 과정에서, 93 ㎛ 구리 (비) 블라인드 마이크로비아에 입금되었습니다, 표면의 레이어 두께는 22 ㎛ (씨), 결과적으로 다음과 같은 주요 수치:
들여 쓰기 (A-B): 30.4 ㎛
충전 정도 (비 / ㅏ): 75%
금속 유통 (비 / 씨): 426%
주로 레벨러의 작동 방식 때문입니다., 이를 통해 구리가 표면에 증착되지 않고 오히려 블라인드 마이크로비아에 증착됩니다., 즉. 낮은 전류 밀도 및 낮은 전해질 교환 영역에서.
좋은 충전 결과를 얻으려면, 전해질 첨가제는 매우 잘 조정되어야 합니다.. 그림 8a는 충전 공정 전의 블라인드 마이크로비아와 다양한 결과를 보여줍니다., 전해질 첨가제의 변화를 통해서만 발생할 수 있는 – 그렇지 않으면 동일한 분리 매개변수로 (무화과. 8be).
4.3 블라인드 마이크로비아 충전을 위한 새로운 전해질
트랙 폭과 간격을 줄여 회로 기판의 집적도를 더욱 높일 수 있습니다.. 이러한 미세 도체의 에칭을 위해, 하나, 표면의 구리층 두께는 낮아야 합니다., 그렇지 않으면 심각한 언더컷 및 도체 단면 문제가 발생할 수 있기 때문에.
그림과 같이 4, 구리 층 두께는 다음으로 채운 후 감소될 수 있습니다. – 아마도 반복 – 구리 희석, 그러나 이를 위해서는 추가 프로세스 단계와 시스템이 필요합니다.. 게다가, 이전에 증착된 구리의 구리 엷은 부분이 부분적으로 제거됩니다., 자원에 부정적인 영향을 미치는, 인쇄 회로 기판 제조의 에너지 및 비용 효율성. 완전히 피하려면 – 또는 최소한 줄이기 위해 – 구리 희석, 이미 언급한 요구 사항 외에도, 최근 몇 년 동안 충진 공정 동안 가능한 가장 작은 구리 층 두께를 증착해야 하는 요구 사항이 추가되었습니다..
50-70 mg / 내가 염화물
3-10ml / l 추가 슬롯 쿠데타 SF 31
0.2-1.0ml / l 추가 슬롯 쿠데타 SF 32
0.2-2.0ml / l 추가 슬롯 쿠데타 SF 33
전해질은 최대 전류 밀도에서 작동됩니다. 2 ㅏ / dm² 사이의 온도 범위 18 ° C 및 22 ° C.
이전 세대의 전해질에 비해, 표면에 증착된 구리 층 두께는 극도로 감소될 수 있습니다.. 이것은 금속 분포로 표시됩니다., 표시된 실험실 테스트에서 초과 값이 매우 높습니다. 2000% (무화과. 9비).
SF 슬롯 30 현재 대만의 Schlötter 파트너인 AGES와 협력하여 타이페이에 있는 PCB 개발 센터에서 테스트 중입니다. 2012 생산 관련 조건에서 7200 리터 수직 연속 시스템 (무화과. 10).
심화: 7.0 ㎛
충전 정도: 91%
금속 유통: 740%
그림 11b는 또 다른 구리로 채워진 블라인드 마이크로비아를 보여줍니다., 이는 그림 11a의 Blind Microvia와 동일한 회로 기판에서 나온 것입니다.. 주목할 만하다., 최적이 아닌 BMV 기하학에도 불구하고, 충전 결과가 매우 좋습니다.
슬롯컵 SF 30 또한 구리 표면의 얇은 층 두께로 밀접하게 간격을 둔 블라인드 마이크로비아를 결함 없이 채울 수 있습니다.. 12: SF 슬롯 30 근접한 블라인드 마이크로비아를 채울 때의 테스트 결과
매우 평평한 블라인드 마이크로비아, 매우 얇은 유전체를 사용할 때 발생합니다., 또한 새로운 전해질로 결함 없이 충전할 수 있습니다., 그러나 이것은 다소 더 높은 구리 층 두께를 초래합니다..
5 스루홀 필링
HDI 인쇄회로기판의 집적도를 더욱 높이는 것은 지금까지 사용되어 온 비교적 두꺼운 다층 코어를 100 μm 및 200 ㎛.
매우 얇은 코어는 블라인드 마이크로비아 대신 관통 구멍을 가질 수도 있습니다.. 이전에, 이 쓰루 홀은 첫 번째 구리 도금 후 페이스트로 먼저 채워진 다음 다시 구리 도금되어 패드를 생성합니다.. 게다가, 페이스트를 사용하면 신뢰성 문제가 발생할 수 있습니다..
5.1 스루홀 충전을 위한 새로운 전해질
처음에는, 스루홀 충진 영역에서 블라인드 마이크로비아 충진에서 이미 시도되고 테스트된 구리 전해질을 사용하려는 시도가 이루어졌습니다.. 하나, 이러한 전해질은 이 응용 분야에 적합하지 않은 것으로 나타났으므로 추가 개발 작업이 필요했습니다.. 현재 개발 작업의 일부 실험실 결과가 그림에 나와 있습니다. 16.
전해질 조성을 변경하여, 관통 구멍의 충전을 크게 개선할 수 있었습니다. (약. 85 ㎛ 시추공 직경 / 약. 110 µm 시추공 깊이). 그림에 표시된 모든 4개의 증착 16 동일한 증착 시간과 전류 밀도로 각각 직류로 수행. 게다가, 전체 증착 기간 동안 하나의 전해질만 증착되었습니다., 즉. 증착 과정에서 전해질 변화가 없었습니다..
종횡비가 증가함에 따라, 즉. 시추공 직경 감소 및 / 또는 시추공 깊이 증가, 대량 수송 및 이에 따른 구리 이온의 후속 전달이 더 어려워집니다.. 결과적으로, 전해질 개재물이 없는 스루홀의 결함 없는 충전이 점점 더 어려워지고 있습니다.. 그림 17 사전 증폭되지 않은 관통 구멍의 두 가지 채우기 결과를 보여줍니다. (약. 50 ㎛ 시추공 직경 / 약. 160 µm 시추공 깊이).
결함에 포함된 전해질 (무화과. 17ㅏ) HDI 회로 기판이 가열될 때 팽창하므로 구성요소를 납땜하는 동안 또는 이후에 온도가 상승할 때 이미 이 연결부에 균열이 생길 수 있습니다., 시스템 오류로 이어질 수 있는. 현재 개발 작업의 초점은, 따라서, 다양한 종횡비의 스루홀을 안정적으로 결함 없이 충전.
6 결론적으로
높은 통합 밀도로 인해, HDI 인쇄 회로 기판을 사용하면 가장 작은 공간에서 이러한 마이크로프로세서의 높은 연결 밀도를 안정적으로 분리할 수 있습니다..
블라인드 마이크로 비아를 전해 증착된 구리로 채움, HDI 인쇄 회로 기판의 집적도를 더욱 높일 수 있습니다.. 새로 개발된 전해질 Slotocoup SF 30, 현재 대만에서 생산 관련 조건으로 테스트 중입니다., 낮은 구리층 두께로 무결점 충진 가능. 이는 통합 밀도의 추가 증가와 더 많은 리소스로 이어집니다., HDI 인쇄 회로 기판의 에너지 및 비용 효율적인 생산. 고객의 첫 번째 설치는 2/4분기로 예정되어 있습니다. 2014.
통합 밀도는 소위 코어리스 구조를 통해 더욱 증가할 수 있습니다., 매우 얇은 코어 재료로 구성된. 현재 개발 작업의 결과는 구리의 직류 증착이 원칙적으로 이러한 코어의 관통 구멍을 채울 수 있음을 보여줍니다.. 충진 결과와 연결 품질은 관통 구멍의 종횡비에 따라 달라집니다., 다양한 종횡비로 신뢰할 수 있는 무결함 충전의 실현은 현재 개발 작업의 전면에 있습니다..
