HDI技术及应用介绍

HDI技术及应用介绍
HDI电路板定义
HDI电路板的定义是指孔径在6mil以下，孔环之环径（Hole Pad）在0.25mm以下者的微导孔（Micro via），接点密度在130点/平方吋以上，布线密度在117吋/平方吋以上，其线宽/间距为3mil/3mil以下的印刷电路板。

一般来说HDI电路板有以下几项优点：
1. 可降低PCB成本：当PCB的密度增加超过八层板后，以HDI来制造，其成本将较传统复杂的压合制程来得低。

2. 增加线路密度：传统电路板与零件的互连，必须经由QFP四周所引出的线路与通孔导体作为连接的方式（扇入及扇出方式），因此这些线路需要占据一些空间。

而微孔技术可以将互连所需的布线藏到下一层去，其不同层次间焊垫与引线的衔接，则以垫内的盲孔直接连通，无须以扇入及扇出式布线。

因此外层板面上可放置一些焊垫（如mini-BGA或CSP之小型球焊）以承接较多的零件，可增加电路板的密度。

目前许多高功能小型无线电话的手机板，便是使用此种新式堆栈与布线法。

3. 有利于先进构装技术的使用：一般传统钻孔技术因焊垫大小（通孔）及机械钻孔的问题，并不能满足新世代细线路的小型零件需求。

而利用微孔技术的制程进步，设计者可以将最新的高密度IC构装技术，如矩阵构装（Array package）、CSP及DCA（Direct Chip Attach）等设计到系统中。

4. 拥有更佳的电性能及讯号正确性：利用微孔互连除可以减少讯号的反射及线路间的串讯干扰，并使电路板线路的设计可以增加更多空间外，由于微孔的物理结构性质是孔洞小且短，所以可减少电感及电容的效应，也可减少讯号传送时的交换噪声。

5. 可靠度较佳：微孔因有较薄的厚度及1：1的纵横比，在讯号传递时的可靠度比一般的通孔来得高。

6. 可改善热性质：HDI板的绝缘介电材料有较高的玻璃转换温度（Tg），因此有较佳的热性质。

7. 可改善射频干扰/电磁波干扰/静电释放（RFI/EMI/ESD）：微孔技术可以让电路板设计者缩短接地层与讯号层的距离，以减少射频干扰及电磁波干扰；另一方面可以增加接地线的数目，避免电路中零件因静电聚集造成瞬间放电，而发生损坏。

8. 提高设计效率：微孔技术可以让线路安排在内层，使线路设计者有较多的设计空间，因此线路设计的效率可以更高。

增层法（Build-Up）介绍
为因应电路板上组件密度增加、细线布局不断增密、层板间互连密度增大，增层法（Build Up）的技术发展迅速，目前已成为制造HDI结构的超薄多层线路板及载板，不可或缺的重要技术。

所谓增层法就是利用传统多层板逐次压合的观念，在以双层或四层板为基础的核心基板的板外，逐次增加绝缘层及导体层，在绝缘层上制造导体线路，并以非机械成孔之微孔做为增层间的互连，而在部分层次间连通的盲孔（Blind Hole）与埋孔（Buried Hole），可省下通
孔在板面上的占用空间，使有限的外层面积可尽量用以布线和焊接零件。

一般来说，增层法制程与传统印刷电路板制程主要差异，是传统印刷电路板使用 Prepreg 为材料，将已制作线路之双面板，依需求层数，迭合对位一次压合而成多层结构的电路基板；而增层法是在既定的基板上，一层一层个别制作而达到多层结构的功能，因此，Build-Up基板的功能特性，与增层前基板材质的特性息息相关。

制程上，增层板制程的分类包括了绝缘的材料、微孔制作的方式及金属化制程。

在绝缘材料方面，有液态、膜状及与其它材料结合之薄膜。

微孔成孔方法主要有影像成孔、雷射钻孔、干或湿式蚀刻等。

在金属化制程方面则有全加成法、半加成法、减成法及导电胶。

目前台湾HDI手机板的制作主要以利用背胶铜箔（RCC）加上雷射钻孔的方式为主。

以背胶铜箔材质的制程为例：一开始以制作好的双层板或多层板为核心基材，在将背胶铜箔压合在基板之前，一般会有预先处理的程序，来增进背胶铜箔与基板间的表面附着力。

当背胶铜箔被固定在基板上后，随着对铜箔的不同处理而有多样的制造程序。

我们可以利用蚀刻的方式将铜箔层的厚度减少到3～5μm，或者完全去除铜箔层，直接以雷射钻孔、无电镀铜、除胶渣、全板镀铜、完成整个表面线路的导线连接，或直接在厚铜上制造铜窗、以雷射法或电浆法成孔、无电镀铜、全板镀铜等方式，完成整个表面线路的导线连接，并重复以上程序来增加层板数。

通常我们在核心基板的两侧以对称的方式增层，以防止电路板变形及扭曲，只有特殊的情况下才会在基板的单侧做不对称的增层。

(图二)为各式增层法的比较。

(图二) 各式增层材料制程比较
手机用HDI板发展趋势
通常在一支70g左右的手机产品中，电池重约20g，外壳重约15g，印刷电路板（已安装组件）重约15g，三者分别约占产品总重的30％、20％和20％。

在手机朝向轻量化发展的趋势下，预计透过电路板薄型化与采用高集成化LSI减少安装面积，可再降低3g重量。

而在电路板薄型化的部分即是使用高密度电路布线的HDI电路板，以降低板的层数达到薄型化的目标。

手机用HDI板为支持产品设计端的发展，追求单位面积更高密度是未来不断发展的方向。

如(表一)所示，目前手机产品大约已有75～80％使用到HDI电路板，主要为1＋4＋1结构的六层板，2003年起手机用HDI电路板将朝2＋4＋2结构的八层板发展，线宽／距则为60/60μm。