高精密度(HDI)PCB产品的开发及其成果转化

高精密度激光钻孔（HDI）PCB产品开发
的项目报告
一、企业概况
深圳崇达多层线路板有限公司成立于1999年8月27日，市场定位于小批量高多层、多品种、短交期的PCB客户群，是一家研发与生产具有高科技含量的多层高密度印制线路板生产企业。

公司现有厂房面积16200平方米，年生产能力24万平方米，产品品种数已达到每月4000余种。

产品广泛应用于通讯、计算机网络、工业控制、汽车及航空航天等高科技领域，且70%外销到欧洲、美国和亚洲等地区。

公司年销售额及上缴税金名列全国PCB行业民营企业前三名。

2006年销售收入28532万元，净利润4108万元，资产总额21031万元；2007年销售收入31452万元，净利润3152万元，资产总额23061万元；2008年销售收入35448万元，净利润3360万元，资产总额30983万元。

公司于2000年通过了ISO9002质量体系认证及美国UL认证；2002年通过ISO9001：2000版质量体系认证及QS9000质量管理体系认证；2004年通过ISO14001：2004环境管理体系认证并采用ERP 信息管理系统；2006年通过ISO/TS16949认证且同年获中小企业信用担保中心“诚信中小企业”称号。

2008年通过OHSAS18001：2007职业健康、卫生、安全管理体系。

2003年3月被深圳市经济贸易局认定为深圳市先进技术企业；2003年12月被深圳市科学技术局认定为深圳市高新技术企业，并成为深圳市高新技术产业协会会员单位，于同年12月获中国企业信誉AA级企业。

2007年成为中国印制电路行业协会（CPCA）副理事长单位；2007年成为IPC成员。

于2007年度被中国国际高新技术人才与智力交流会深圳市人才交流服务中心评为“人才成长好企业”；深圳市南山区人民政府评选我司为2007-2009年领军企业。

我司是深圳外商投资企业协会会员单位，于2008年12月被中国外商投资企业协会评为2007年度“全国外商投资双优企业”。

且2008年10月份深圳市南山区人民政府向我司颁发南山区“绿色通道企业”通行证书。

2008年12月被深圳市贸工局、深圳市统计局评为“2008年度深圳市工业500强企业”。

2009年被深圳市中小企业发展促进会、深圳特区报社评为“自主创新百强中小企业”，2009年9月被评为“国家级高新技术企业”。

随着公司管理体系的不断完善，2008年2月份，我司被深圳海关现场业务处评为AA类管理企业。

公司具备良好的资金管理能力，公司的应收帐款包括国内与国外货款，对于应收帐款我公司分别采用预付款及按月结天数授信等方式，对于信用好、企业实力较强的企业按60-90天的收款期，对于企业实力较差的企业按30天的收款期，对于信用较差、企业实力很差的企业采用预付款结算的方式，同时对于出口货款申请购买出口信用保险，以达到转移风险的目的；公司对于应付帐款分别给予不同的付款帐期，严格按帐期在每月的25日予以集中支付，以确保企业信誉；
公司由于实力较强，银行给予的信用等级较高，去年有过新增银行贷款并能按期偿还，2008年鹏云资信评估有限公司对于我司的评级为AA-资信等级，证书号20081563号。

根据公司发展规划，我司报建的位于深圳沙井新桥生产高密度印刷电路板（HDI）分公司项目，且被市政府批准为2007年度重大项目，由深圳市重大项目协调领导小组办公室颁发了重大项目证书，项目代码：301200800044。

从2008年10月至2009年9月我司推广精益六西格玛管理咨询。

具体项目包括：群策群力项目，精益项目，六西格玛绿带项目，精益六西格玛黑带项目，精益六西格玛领航员项目。

公司拥有一支年轻而富有经验的研发团队，企业技术中心总人数共75人，平均年龄28岁，占公司总人数的10.03%，其中多位核心研发人员均具有7-8年以上的研发经验。

近年来公司发挥自身研发优势，将创建自主知识产权列为企业发展规划之中，截止目前我司已向国家知识产权局提交了13项研发专利、3项商标专利和6项软件著作权（详见相关附件），专利情况介绍见以下列举。

我公司注重研产结合、研发成功一项转化生产力一项，科研成果转换比例为100%.
公司拥有强有力的管理团队，核心团队主要成员情况：
二、项目实施的背景和意义
21世纪人类进入了高度信息化社会，在信息产业中线路板（英文缩写为PCB）是一个不可缺少的重要支柱。

电子设备要求高性能化、高速化和轻薄短小化，而作为多学科行业--PCB是高端电子设备最关键技术。

回忆中国PCB走过五十年的艰难历程，今天它已在世界PCB发展史上写下光辉一页。

近年中国的PCB工业在高速发展，自2007年起，中国就已经成为全球PCB第一生产大国，2007年全球PCB采购总额509亿美元，其中，中国PCB产值为155亿美元。

小型、轻量、薄型、高性能是数字网络时代电子设备的发展趋势，便携式电子产品发展速度十分迅猛，具体的产品有3G通讯产品、手提电脑、掌上游戏机等等。

这些要求电子元器件向轻、薄、短、小、高性能方向发展，芯片向高集成度、高频率、超多I/O端子数方向发展，迫切需要
提高封装密度，其中包括：封装的端子（引脚）越来越多、引脚节距越来越小、封装厚度越来越薄、封装体在基板上所占的面积越来越大。

为满足这些要求，许多新结构、新工艺、新材料便应运而生。

激光钻孔HDI线路板便是顺应这一种发展潮流而出现的新产品，它具有高密度、高科技含量、高投入高产出的特点。

随着我国3G通讯时代的到来，将会有越来越多的线路板采用激光钻孔HDI 的设计形式，光是3G产品的线路板订单就有数十亿元以上；且从单价上看，激光钻孔HDI产品的单价是普通线路板单价的一倍或以上，无论是市场容量还是产品附加值都很可观。

研发激光钻孔HDI产品，符合当前行业的发展需求和国家产业布局需要，符合国家倡导的自主创新、环保节约的精神，也符合我公司利益的需要。

由于激光钻孔HDI集中体现当代PCB最先进技术，它给PCB带来精细导线化、微小孔径化。

激光钻孔HDI多层板应用终端电子产品中--移动电话(手机)是HDI前沿发展技术典范。

在手机中PCB主板微细导线(50～75微米/50～75微米，导线宽度/间距)已成为主流，此外导电层、板厚薄型化；导电图形微细化，带来电子设备高密度化、高性能化。

二十多年HDI促使移动电话发展，带动信息处理和控制基本频率功能的LSI和CSP芯片(封装)、封装用模板基板的发展，同样也促进PCB的发展，因此要沿着激光钻孔HDI道路发展下去。

三、HDI技术发展趋势及国内外发展现状
HDI（High Density Interconnect）中文称“高密度互连”，也称BUM（Build-up Multilayer 或Build-up PCB），即积层法多层板。

该技术在十年前开始被国内外少数工厂应用于线路板的产业化生产，因为技术门槛高、早期技术发展方向不明朗，前期一直没有在国内得到普及应用。

近年，随着业界技术不断累积和成熟，相关专业技术人才的储备，相关技术也就被不断研发用于各种电子产品线路板的设计和制造并逐步成长起来。

深圳市一些大型的线路板工厂在数年前也已建立起HDI线路板的生产能力，但距国内最先进水平还有2-3年的差距。

另外，因电子产品的更新换代的速度越来越快，终端客户从电子产品的研发、中试产、大规模生产的全流程中，会分解出更多的多品种、小批量、短交货期的线路板订单来，对于这样的HDI订单，无论是在国内还是在国外，都属于一个待开发的空白区域，未来的发展潜力很大。

目前，类似崇达多层线路板有限公司这样的以高多层、多品种、小批量、短交货期的线路板生产商，能开发出激光钻孔HDI产品的并不多见。

故我公司发展激光钻孔HDI高多层产品，符合市场预期要求，我公司研发激光钻孔HDI新产品，是跑在行业的前列、有很强的市场竞争力的。

积层互联通常采用微孔技术，一般接点密度＞130点/平方英寸。

导通孔埋入多层PCB内部，但不与表面直接互连和不呈现在表面上的导通孔结构，称为埋孔互联结构。

导通孔的一面埋入多层PCB内部，但并不与表面层直接互连，但另一面是直接与表面互连并呈现表面上的导通孔，称为“盲孔”结构。

具体如下图：
上图是一款激光钻孔HDI产品的横截面图，它既有埋孔也有盲孔，有机械钻孔也有激光钻孔，同时也有盘中孔（盘中孔详细情况会在下面介绍）
在表面贴装中，由于各种元器件的引脚是贴装于PCB表面的而不插入于导通孔中的，所以PCB中的导通孔除了尽可能地缩小孔径外，其互联结构也发生了根本性的变革。

其中最重要的变革，是埋/盲孔结构和盘中（内）孔（hole in pad，或hole in land）。

具有埋/盲孔结构的多层板的最重要特点主要有三个方面：
1．消除了大量的全通（镀覆）孔，可明显地提高多层板的布线密度和封装密度
采用埋/盲孔结构的多层板，由于具有埋孔、盲孔或埋盲孔相结合的结构来取代大量的全（贯穿）通孔，消除了大量的隔离盘。

“腾出”这些空间，以便布设导线或设置与其层相邻互连的埋孔或盲孔。

因而，使多层板中的各层面积与空间得到了充分的有效的利用，从而缩小了多层板尺寸或层数，大促进了多层板高密度化有发展。

一般来说，采用埋/盲孔结构至少可以提高30%的布线密度。

2．埋/盲孔结构灵活性设计，使多层板内部互连结构多样化和复杂化
3．埋/盲孔互连结构明显地提高了多层板的可靠性和电子产品的电气性能。

主要原因为：它可以提供最短的导线互连长度和消除了大量孔径大的全通孔，减少了信号传输的延迟时间。

更
重要的是减小了传输信号时的容抗和感抗，改善了多层板内部的电磁干扰，提高了抗噪声能
力。

从而也改善了多层板特性阻抗值的控制难度。

这不仅提高了传输线中信号传输的完整性
（失真小），而且也提高了多层板的生产合格率。

激光钻孔HDI产品除了有以上特点外还具有如下优点：
1.具有更高的表面实装密度。

与高密度多层板相比较，批量生产规模激光钻孔HDI的导通孔直
径由0.25mm小到0.10mm，甚至更小。

2.在保证激光钻孔HDI板刚性和平整度的同时，还可以减少层数和达到薄板化的要求。

3.由于采用积层法工艺，因此可以把高厚径比的高多层板化解为“芯板部分”和积层部分。

只
需对“芯板”部分进行通孔的孔化电镀，从而可大缓解可消除高厚径比的孔化、电镀的难点。

4.激光钻孔HDI生产是建立在目前PCB生产技术的基础上的。

因而可充分利用现有PCB生产技
术、设备和设施，或者再增添少量轻型设备，便能实现产品升级换代，投资风险相对较小。

5.可用较低的成本生产出高科技含量的线路板产品。

四、项目主要研究内容
激光钻孔HDI埋/盲孔互连结构的多层板因其先进性，在制造工艺、技术、流程方面存在其独特的一面，许多工艺要求和技术要求都比普通多层线路板高。

需要大量的技术支持才能满足激光钻孔HDI线路板的大规模生产。

目前，我公司针对激光钻孔HDI产品所需的一些技术已取得突破，部份技术还申请了发明专利，但离产业化生产尚有一定差距，其涉及的研发工作和最核心技术有以下：
1．比普通线路板更复杂的生产工艺流程：
目前我司部分板采用的顺序层压工艺法。

按其结构进行多次钻孔、电镀、图形转移和层压过程来完成的。

部分板采用激光钻孔来完成表层有盲孔的多层板。

因产品的特性，决定了其生产流程比普通线路板更复杂，对此，我公司须开发出各种各样的激光钻孔HDI产品生产流程，以满足客户的专业设计要求：
A） 1+N+1（一阶）无埋孔激光钻孔HDI产品的制造流程
B） 1+N+1（一阶）有埋孔激光钻孔HDI产品的制造流程
C） 2+N+2（二阶）无埋孔激光钻孔HDI产品的制造流程
D） 2+N+2（二阶）有埋孔激光钻孔HDI产品的制造流程
E） 3+N+3（三阶）肓埋孔激光钻孔HDI产品的制造流程
我公司部分制造流程已经成熟，并进行了小批量生产，但对于高端的激光钻孔HDI产品如二阶、三阶激光钻孔HDI产品等等，因为当前工艺条件和技术水平的限制，离产业化生产还有一段距离，制造流程需进一步优化和研究。

2．层压工艺
1）按激光钻孔HDI产品的结构特点，部份产品需要多次压合、逐层累积才能得到客户需要的产品，在层间对位和补偿方面，需积累相当深厚的经验和大量的数据。

目前我公司在生产三阶激光钻孔HDI产品及芯板厚度很薄（如芯板厚度为0.05mm）的线路板时，仍存在良率较低的问题，有待进一步的研究和发展。

2）因存在盲/埋孔的结构，对于产品的可靠性要求更高，在压合工艺、压合参数选用上存在独特的之处。

目前我公司在这方面的技术瓶颈已突破，可满足各种高难度激光钻孔HDI产品的生产需求。

但在用特殊材料生产树脂塞孔盲/埋孔HDI产品时，仍存在一些技术问题。

3．材料选用技术
无论是刚性PCB或是挠性PCB材料，随着全球电子产品无铅化，要求必须使这些材料耐热性更高，因此新型高Tg、热膨胀系数小、介质常数小，介质损耗角正切优良材料不断涌现。

针对不同产品，如何选用材料、及材料间如何良好匹配，是需要一定的技术积累才能达到的。

目前，我公司在这方面已经有了初步的研究且有了一定的生产经验，具体会碰到何种技术问题还需在产业化生产阶段才能得到论证。

基板：采用普通线路板所用的FR-4基板或客户指定基板；
半固化片：采用普通线路板所用的PP、镭射专用PP、镭射专用RCC材料等等。

4．激光钻孔技术的应用
（1）激光钻孔的优势：
激光钻孔技术是专门为HDI产品而发展起来的新技术，目前国内外已有多家专业生产激光
钻孔机的设备生产商。

激光钻孔具有加工速度极快、精度高、相对成本低廉的优点。

（2）激光钻孔的原理：
利用红外线的热效应原理，在激光不断增加能量的情况下使有机分子燃烧与空气中的CO2
形成CO2或H2O气体而离去。

由于激光是以一定直径的红外光束来加工的，因而形成微小
孔。

这就是CO2激光在介质中烧蚀出微小孔原理。

（3）激光钻孔和后续工序的配合技术：
分步脉冲式加工，在无表面铜箔层直接加工微小孔，分三次到五次脉冲加工方法，并且每
次的激光加工能量逐步减小（或脉冲宽度减小）。

大多数介质厚度在40~80um，介质厚度
越厚（或孔的深度越深），则CO2激光的脉冲持续时间越长，这样才能得到利于后续工序
加工的盲孔。

、
我公司在激光钻孔技术方面的研究尚属空白，针对不同材料、不同流程、不同客户的HDI
产品，如何找到最佳的生产技术参数需在生产过程过不断整合和摸索。

目前我公司已找到
了适合于我公司的激光钻孔机供应商，后续购买回激孔钻孔机时，激光钻孔工艺还需进一
步和公司其它工序的工艺技术进行整合才能达到最佳配合，这需要设备投入和进一步的研
发投入。

5． 盘中孔（焊盘上有孔）的设计，可大大提高线路板的布线密度，但对于线路板的加工制作又带
来全新的挑战。

对于有盘中孔设计的激光钻孔HDI 产品，制作技术难度十分高，相应HDI 产品的销售价格和利润都十分可观。

我公司通过设计精密的试验，仅短短一个月的时间，就突破了这一技术难关，并将生产合格的产品交付客户使用。

但目前的方法生产周期太长，且现有电镀线属瓶颈工序，如大批量生产会对我公司现有生产造成影响，需进一步发展填孔电镀工艺技术来满足有“盘中孔”设计的激光钻孔HDI 产品生产的需求。

这需要开发合适的电镀设备供应商、电镀用化学药水供应商，购买相关设备和相关研发投入。

五、 项目开展后取得的成绩
1. 激光钻孔HDI 产品研发项目达到了以下技术目标：
1) 精细线路制作能力由0.1/0.1mm 提升至0.075/0.075mm 及更精细线路量产的水平；
2) 微孔钻孔制作能力由最小孔径0.2mm 提升到0.075mm 的水平，达到国内、国际先进水平；
3) 微孔电镀制作技术从最小孔径0.2mm 提升到0.075mm 的水平，达到国内、国际先进水平；
4) 优化激光钻孔HDI 产品的生产工艺，提高产品可靠性
2. 激光钻孔HDI 产品研发项目达到人才培养、创造核心技术的目的：
随着HDI 项目的开展，公司的研发技术人员和生产技术人员经过一系列的技术知识和技术管理知识的培训，公司通过开展内部培训、外聘培训和外派培训等方式来提高公司技术人员和管理人员的技术和管理水平。

公司的技术人员在电子科学，材料科学，化工技术等方面都会得到全面提升。

到2009年12月，我公司在激光钻孔HDI 的研发过程中，针对客户产品的难点设计了新的流程和工艺，而这些流程和工艺是业界尚未撑握、开发出来的，我公司为此申请了专利。

所以随着激光钻孔HDI 产品研发的深入开展，还将取得更多的发明专利与核心技术，针对不同客户电子产品的个性化特殊设计，需要在制造流程、制造工艺方面进行对应的调整、改良、创新，在满足这些客户的需求的同时，也就产生了新的更多的专利技术。

线路板的横截面切片
3. 在项目开展的过程中，我们在HDI的技术上做了许多更新，融入了许多新的技术元素，为电子产品的发展提供了多元化的选择，并极大的提升了产品的使用性能
●铜浆、银浆等散热材料材料应用到HDI的产品中，在使用中，可以有效的降低电子产品的发热温
度10-30度。

极大的改善了电子产品的热性能和使用效果。

●将激光钻孔工艺引用到电源模块产品中，缩小了电源模块PCB产品的设计尺寸，提高了电源模块
的布线密度。

●发明了新的叠层加工模式来制作0.05mm芯板的多次叠层结构的HDI产品。

4. 在项目开展的过程中，我司申请并获得了多项发明成果。

详细如下：
六、主要设备投入：
1. 设备投入
2008-2009年主要设备投入
2. 崇达公司的开发及试验的基础条件
作为一家集研发与生产为一体的高科技专业PCB企业，深圳崇达多层线路板公司技术中心在研发设备，新物料采购及研发人员提升方面在过去几年中投资巨大，技术中心具备完善的管理体系、雄厚的技术开发力量和精密的分析、测量系统，保证了产品的品质和可靠性，也为产品开发及试验提供良好的基础条件。

技术中心的主要设施及设备如下：
⏹化学实验室：
拥有分光光度计、数显显微镜等各种精密的测量分析仪器；可以对药水进行精
确的定性和定量分析。

⏹物理实验室：
拥有阻抗测试仪、Rohs 检测仪、热差分析仪、拉力测试仪、高压测试仪、红外回流焊设备等精密定量和定性分析系统，为产品开发、试验及产品可靠性保证提供了强有力的数据支持。

⏹工程光绘系统：
拥有精密的激光光绘机，二次元测量系统，冲片机，复片机，为高精密线路图形的制作提供了保证。

⏹研发设备
拥有自动开料机、数控机械钻机、数控激光钻机、热压机系统、自动平行光曝光机、电镀填孔线、自动化学沉镍金线、蚀薄铜线、飞针测试机等一百多台套，保证研发产品的可靠性制作及批量转化。

特别是近三年，公司在研发设备投入上力度很大，附表2为近三年购买的研发设备清单。

以下为部分先进的仪器和设备图片：
数控钻机飞针电测试机
金镍厚度测量仪（CMI）循环伏安分析仪
自动叠板溶合机自动对位平行曝光机
七、结论
深圳崇达多层线路板有限公司经过努力，在高精密度(HDI)PCB产品的开发及产业化的进程中取得了可喜的成绩，公司开发和生产的激光钻孔HDI产品在国内乃至国际都属于领先水平。

目前，崇达公司正在深圳投资新建一家工厂“深圳崇达多层线路板有限公司宝安分公司”，新厂预计2010年初投产，主要设计、开发、生产高密度多层印制电路板，生产能力为50万平方米，是目前崇达公司生产能力的2倍。

技术发展方向以轻、薄、小为特点，以满足网络通讯、光通讯、传输设备、数字TV、汽车等领域及其他高端数字化市场。

新厂的投入生产，将进一步提升公司在电子信息产业领域技术创新中的作用和竞争能力，为电子信息产业贡献自己应有的社会责任和义务。