當線寬線距小于50μm(2mil)者，傳統(tǒng)CCL的減成法幾已無用武之地。而目前CSP或FC覆晶等載板的Line/Width已逼近到了15μm/15μm，對于大排板之量產(chǎn)而言，只能采用無銅箔披覆(Copper Claded)的絕緣板材做為SAP(Semi-Additive Process)半加成法的起步。下列者為已量產(chǎn)之FC商品與連環(huán)圖示之SAP流程，并在后文中說明各制程站的作用及要點。
Inner layerABF laminationLaser drillElectroless CU Seed layerPhoto resist patterningElectrolytic Cu platingPhoto resist removalSeed layer etching
1.1 ABF絕緣薄材的真空壓膜
1.1.1ABF薄材之結構
在已完成線路及黑氧化處理之大型雙面(或四層)內層薄芯板(Core厚度2.5mil)上，雙面同時真空壓貼上白色無銅卻備有聚酯護膜(Mylar，Polyester)的B-Stage ABF薄膜板材，隨后還需在180℃中繼續(xù)硬化30分鐘。此ABF(Ajinomoto Bond Film)為日商“大運味之素”旗下“味之素精密技術”公司(AFT)的高價板材，其現(xiàn)行商品有三種：
①一般型SH9K(Tg165℃，TMA)
②無鹵型GX-3(Tg153℃)
③無鹵低Z膨脹型GX-13(Tg156℃)，其а2之Z膨脹僅155ppm/℃而已。
注意，味之素精密技術(AFT)公司不但在載板領域推出獨特的ABF產(chǎn)品，而且在軟板業(yè)界也另有ABF-XA5之2L式基材與ABF-LE-T的3L式基材應市。
1.1.2真空壓膜
首先按傳統(tǒng)多層板之制程先完工內層芯板，再進行樹脂孔與全板面的徹底削平，以方便ABF薄材的雙面貼合。根據(jù)Ajinomoto Fine Techno(AFT)網(wǎng)站上的資料，系將自動裁膜機所切割有如干膜式的ABF三層材，再利用抽真空式自動貼膜機，先在內層芯板雙面貼上已撕掉隔離膜的ABF雙層材。該連續(xù)式真空貼膜的溫度約110℃時間約30秒，之后還要再利用熱壓床在110℃與5kgf/cm2的高壓中歷經(jīng)60秒的壓平與固化。隨后即可撕掉Mylar(PET)的透明保護膜，并繼續(xù)所貼ABF膜材的后硬化工程。以GX13為例，還需在180℃中又經(jīng)30分鐘的熟化(Cure)才算增層之完工。
1.2 雷射成孔及全板面式除膠渣
ABF熟化后的膜厚約在30～70μm之間，薄板者以30～40μm較常用一般雙面CO2雷射完工的2～4mil燒孔，其孔形都可呈現(xiàn)良好的倒錐狀。無銅面之全板除膠渣(Desmearing)后，其全板面與孔壁均可形成極為粗糙的外觀，化學銅之后對細線路干膜的附著力將有幫助。
覆晶載板除膠渣的動作與一般PCB并無太大差異，仍然是預先膨松(Swelling)、七價錳(Mn+7)溶膠與中和還原(Reducing)等三站。不同者是一般PCB只處理通孔或盲孔的孔壁區(qū)域，但覆晶載板除了盲孔之孔壁外，還要對全板的ABF表面進行整體性的膨松咬蝕，為的是讓1μm厚的化銅層(已較一般PCB厚了一倍以上)在外觀上更形粗糙，而令干膜光阻與電鍍銅在大面積細線作業(yè)中取得更好的附著力。
1.2.1SAP半加成法除膠渣之差異
一般多層板的除膠渣只是針對PTH或μ-Via等孔壁而做，處理的總面積并不算大。但SAP法卻不但處理微盲孔壁，而且還同時要對兩外表無銅的大板面進行反應。兩者間之巨大差異當然不能采用同一標準現(xiàn)場管理。必須改變的第一要件就是對Mn+6的及時電解氧化以維持槽液的起碼效果；其二是如何清除高溫槽液中已遭還原的Mn+4沉淀物；其三是如何排除強堿槽液反應生成CO2進而累積的Na2CO3。目前尚無良好辦法解決Mn+4和Na2CO3等固形物問題，只能按處理的總面積而倒掉部分槽液。當然也還要參考槽液的比重以管制Na2CO3的總量，以決定是否需要更換新槽。由是可知SAP此站成本之高絕非一般PCB除膠渣之可比。
1.2.2除膠渣后還要咬掉球狀無機Filler以增加化銅層的附著力
ABF膜材的除膠渣與硬板另外不同者，是中和還原之后還要加做一道咬脫SiO2或玻璃小珠等填充料(Fillers)的工序，以加大表面積確保后續(xù)化銅層的抓地力。缺點是板材死角大幅增多下，導致后來蝕刻咬掉化銅層形成獨立線路之際活化用的貴金屬鈀層卻仍然會殘留在板材中，埋下細密線路間絕緣不良的隱憂。尤其是外層板面只有一層薄薄的綠漆保護下，高溫高濕環(huán)境長期工作中難免不保出現(xiàn)絕緣失效，甚至引發(fā)訊號完整性不佳的問題。
圖10.此二圖為SEM在1萬倍下的畫面，左為除膠渣后ABF的表面外觀，右為再繼續(xù)咬蝕SiO2拉掉小球出現(xiàn)小圓坑的畫面，如此將對化學銅層提供更好的抓地力而有助于干膜光阻的附著。
1.3 光阻成像前的低應力化學銅
ABF表面完成2μm化學銅之后即可進行干膜光阻的壓貼，隨后進行曝光與顯像而取得眾多線路與大量盲孔(18×24”排板的雙面常在80萬盲孔以上)的鍍銅基地，以便進行線路鍍銅與盲孔填銅。此處之電鍍銅即等于一般PCB的二次銅，而化學銅層則有如一般PCB在CCL銅箔上所增加的化銅與一次銅。
由此可知SAP法的化學銅所扮演的角色要比一般PCB的化學銅更為吃重，其厚度方面也要求增加到1！1.5μm至少是常規(guī)的兩倍以上。為了要取得更好的附著力起見，此處的化銅層還十分講究結晶變大與應力降低的升級版本；不但生產(chǎn)速率要變慢(連常規(guī)化銅的一半都不到)，而且CP級的各種化學品更使得成本上升3倍以上。一般HDI多層板已經(jīng)負擔不起，只有FC載板還能勉為其難的采用此種高檔高單價的低應力化學銅。
1.4 干膜成像后的電鍍銅
SAP所用的電鍍銅與一般HDI填充盲孔者并無不同，均屬縱橫比較低非深孔性的高速鍍銅。換句話說就是不大講究延伸率(Elongation)與抗拉強度(Tensile Strength)的短孔鍍銅。在多次增層填充盲孔的ELIC主導市場下，此等多次高速鍍銅最主要的訴求就是“快”。但在酸性鍍銅極限電流密度(Limited Current Density，Jlim)的天生障礙下，根本無法拉高電壓提升電流，只有盡量逼近銅槽中陰陽極之距離(垂直掛鍍已由原本的20cm拉近到5～10cm，水平走鍍更逼近到2cm)，以降低銅游子的電阻進而達到提升可用電流密度之上的。同時也借由升高槽液溫度(由20℃到40℃)以降低電阻與拉高電流。但如此一來將不能繼續(xù)使用可溶性的銅球，以維持陰陽極間距離的恒定，于是鈦綱類非溶陽極乃大行其道于填孔鍍銅的領域中。然而非溶解陽極產(chǎn)生氧氣的種種禍害，特別是有機添加劑的裂解與超用，其中尤以用量最多的載運劑為甚。于是槽液致命傷的有機總碳量(Total Organic Compound,TOC)乃節(jié)節(jié)攀高，為了維持鍍銅的起碼品質，又不得不定時倒掉部分槽液(每周倒掉1/10槽液)，只補充DI水以抑制TOC的不斷上升。至于鈦綱陽極的快速耗損與氧化銅的補充又成為另兩項成本的負面因素。傳統(tǒng)深孔的緩慢鍍銅與新式盲孔的快速填銅，其彼此間的是是非非與優(yōu)劣良窳，則端看是從哪一種立場去思考了。
1.5 咬掉部份化銅后完成線路
完成填充盲孔與增厚線路的鍍銅工序后，即可剝除光阻而直接進行全面性蝕該。此時板面上非線路絕緣區(qū)的化學銅很容易蝕除，于是在不分青紅皂白全面銃蝕下，線路的鍍銅當然也會有所消磨但還不致傷及大雅。所呈現(xiàn)的細線不但肩部更為圓滑連底部多余的殘足也都消失無蹤，品質反倒更好！此等一視同仁通面全咬的蝕該法特稱為Differential Etching。
圖14.此六圖均為SAP 3＋2＋3大版面量產(chǎn)薄板(總厚40mil)之切片圖；左上為1mil細線與內核板之50倍整體畫面。中上為200倍明場偏光畫面，可見到核板被陶瓷刷輪小心真正削平與三次ABF之增層。右上為暗場1000倍的呈現(xiàn)，其黑化層清楚可見。左下為1000倍常規(guī)畫面，可清楚見到有銅箔之核板其線路邊緣之向外斜伸與ABF板材在SAP增層之直立線邊彼此有所不同。中下為200倍的暗場真像，可見到核板玻纖膠片與三層ABF薄材以及外層的綠漆，還可窺得各增層獨立線路間ABF上的深色細影，那正是揮之不去留下后患的活化鈀層了。右下為3000倍ABF增一層的暗場畫面，底墊為1/3oz銅箔與厚電鍍銅，銅箔底部之黃銅層以及盲孔左右之活化鈀層與化銅層均清晰可見。
二、相鄰OSP墊面的異色
OSP處理過的各種板類，經(jīng)常在某些電容器的兩端墊上出現(xiàn)深淺不同的棕色差異，經(jīng)過焊錫性試驗與下游客戶的實地量產(chǎn)，均未發(fā)生任何焊點不良的問題。但鍥而不舍的客戶還是窮追猛打，不斷要求真因與改善。PCB業(yè)者也會想盡各種招數(shù)甚至還追究到藥水供應商去，在從來無解下不免也懷疑到是否設計與布局(Layout)方面出了什么問題，想要把皮球踢回客戶端以求脫困。然而在苦無證據(jù)下，也只好無可奈何的認錯道歉與理賠以求息事寧人。
2.1 外觀與放大存證
筆者最近又曾碰到了相同的案例，經(jīng)多方深入追根究底下，終于將謎團解開而自認已取得了真相，以下將采圖解方式逐一說明此等似乎劣質的發(fā)生原理。
圖15.從左二圖紅標貼紙可見到分屬兩電容器焊墊的中墊顏色特別深，與上兩個顏色較淺者形成強烈的對比。右二圖從另一片相同料號板子的同一位置處也見到色差很大的現(xiàn)象，可見此等異色現(xiàn)象并非單獨事件而是整批性的問題。
2.2 微切片觀察
為了弄清楚三個相鄰異色的真相，首先即對該位置進行切片觀察，下圖15即為三墊的剖面情形及其于全板布局的關系位置，并由圖14可知此三墊均座落于某十層板的第十層表面(L10)。中間顏色較深者是L10的獨立墊，左右兩側墊則各有盲孔鍍銅互連到L9，且還繼續(xù)向內連到L8以及其他各內層去(已超出畫面范圍以外了)。
圖16.上圖放大200倍說明三墊居全板L10之位置，下三圖放大500倍下清楚見到兩側有盲孔銅墊所鍍的三次銅，兩側淺色墊之面銅層顯然已較中間獨立深色墊者被咬得更多一些。
2.3 咬銅多少比較的數(shù)量化
為了再進一步了解三墊電鍍銅層在OSP流程中，各被咬掉多少而在厚度方面有所差異起，乃刻意利用顯微鏡之軟體量測三墊銅厚以做為對比。從下三切片圖之數(shù)字說明看來顯然是中間深色獨立墊者被咬的最少，而兩側淺色互連墊中又以直接利用2個疊盲孔內連到L8者被咬得最多。
除了此等微切片軟體測厚外，還可利用WyCo的精密粗糙度量測儀，對所標示的兩種銅墊針對極材表面進行精密量測，以再次佐證推論的正確性。由所得數(shù)據(jù)可知獨立深色墊之平均銅高為29.1μm，而互連盲孔淺色墊之平均銅高為25.3μm。注意下二圖中藍色表示最低位的板材表面，草綠色者為銅墊高度，外緣紅色者則為更高的綠漆。(見圖18)
2.4 OSP皮膜的生成
潔凈銅面在甲酸或乙酸配置的OSP槽液中首先被溶出成Cu+1，而此一價銅離子將立刻與藥水中的有機物咪唑(Imidazole)絡合(錯合)成為棕色的有機皮膜而逐漸增厚。上述有盲孔的淺色銅墊由于咬銅又快又猛，導致其部份一價銅會快速被氧化成藍色的二價銅而進入槽液而不再成膜，致使其形成皮膜的厚度比起獨立墊來不免相形見拙，因而就呈現(xiàn)深色與淺色的強烈對比了。(見右圖所示)
文章摘自《印制電路資訊》09年11月第6期