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摘 要 本文介绍了PCB表面平整化和阻焊膜（剂）厚度均匀性的生产技术。
关键词 阻焊膜(剂) 充填 厚度 平整性
随着电子元器件的高密度化、小型化的进步，各种芯片组件，特别是薄型芯片组件在PCB（特别是IC封装基板）上的安装要求有平坦的表面，同时，由于信号传输高频化和高速化的发展，也要求有厚度均匀的表面涂覆层。这就是说：除了PCB 有好的平整度（即小的板面翘曲度和高的焊盘共面性）外，还要求表面涂覆层和阻焊层等有厚度均匀的涂覆，或者说在蚀刻后裸板上采用常规的涂覆阻焊膜方法已不能满足电子产品性能要求了。
1 阻焊层厚度均匀性的提出
关于PCB 可焊性表面涂覆层的要求与技术在很多书籍与资料中都有大量的介绍和评论，本文不再涉及。此处仅对阻焊膜厚度均匀性影响高密度芯片组件安装可靠性问题作某些评论。要求阻焊膜厚度均匀性基于以下三大方面。
1.1 保证高密度薄型芯片的焊接封装的可靠性如在倒芯片（FC）安装中，需要对底部或FC 和PCB 之间的空隙进行填料充填，以保证无气泡或凹陷等问题。由于阻焊膜是在表面形成导体图形以后经涂覆来形成的，在导体与非导体之间的阻焊膜的厚度是不同的，因而形成凹凸不平的表面。在导体之间有与没有充填介质材料所形成的阻焊层涂覆厚度是不同的，如图1 和图2 所示。
图1 导体之间没有充填的表面阻焊膜涂覆情况
图2 导体之间有填料充填的表面阻焊膜涂覆情况
从图1 中可看出，导体之间空隙没有经过填料充填的各处阻焊膜厚度是不均匀的，并形成凹凸不平的表面。因此，在芯片（特别是薄倒芯片组件）焊接封装过程中，由于封装时的填料流动也带来不均匀性，从而会造成残留气泡。同时，厚度较厚的填料地方会产生凹陷等。这些气泡和凹陷等在温度变化（如焊接封装、使用过程等）下会产生应力，使较薄弱的薄裸芯片处发生裂缝等而失效。
图2 是PCB 表面导体之间的间隙经过介质（绝缘）材料充填的阻焊膜的情况。从图2 中可看到阻焊膜厚度是很均匀的。因此，在芯片焊接封装过程中，由于阻焊膜厚度均匀并与表面紧密结合，从而消除了阻焊剂在高密度精细导体之间涂覆时所存在的气泡与缺陷等问题，保证了FC 芯片等焊接封装的可靠性。
1.2 提高特性阻抗值的稳定性
在高频和高速数字信号的传输中，当传输信号的波长小于1/7 导线长度时，便要求进行特性阻抗值的控制了。特性阻抗值不仅是对裸板的导体（线）和内部介质层进行控制，而且还要对表面涂（镀）覆层厚度进行控制，它们也影响着特性阻抗值的大小，所以保证表面阻焊膜的厚度均匀性，就意味着保持特性阻抗值的稳定性。
1.3 提高精细导线的可靠性
由于精细导（体）线之间的间隙很细小，阻焊剂往往很难填满而留有气隙，在其后的表面涂（镀）覆过程中会带来污染物，在应用过程中会带来故障（如产生CAF、开短路等发生），从而影响可靠性。通过充填介质材料以后，可以消除这些隐患问题。
2 导体间隙的涂覆与平整
这是指在常规表面涂覆阻焊膜之前，在导体间隙之间充填介质材料和平整的工艺过程，以获得共面性（如齐平印制板一样）的PCB 表面。
2.1 制造工艺流程
工艺流程：前处理→涂覆填料→烘烤→ UV 光照射→研磨→固化→阻焊膜涂覆
2.2 工艺流程要点说明
（1）前处理。目的是清洁表面和增强铜导体侧面与充填材料之间的附着力。一般采用酸性清洁处理溶液来清洁板表面，采用微蚀刻剂来粗化铜导体表面。
（2）涂覆填料。采用网印油墨（树脂）技术。为了获得良好的充填性能，要控制板表面树脂涂覆厚度（由于树脂粘度大，易于操作），特别是导体表面涂覆厚度要尽量的少（薄），避免过度研磨而引起应力影响尺寸稳定性。为了减少固化时引起尺寸收缩，一般
要采用有加入无机物填料的油墨，但应是低介电常数的非收缩性树脂体系。
（3）烘烤和UV 光照射。烘烤是在≤ 100℃下进行，主要是清除去有机溶剂和水分，因此采用红外干燥是最理想的。UV 光照射是使充填材料达到一定固化程度（但仍处于B- 阶段，目前也有采用完全固化后进行研磨的），以容易除去高于导体表面的树脂，并便于研磨厚度的控制。
（4）表面研磨。为了控制研磨效果，除了控制涂覆介质厚度（特别是导体表面涂覆厚度要尽量小）外，应尽量减少研磨压力，以获得良好的平整表面，并避免磨掉铜导线。蚀刻后未经充填介质材料的导体情况如图3（a）所示。经充填介质材料和研磨平整后的导体情况如图3（b）所示。
图3 经介质材料充填的和整平的PCB表面情况
（5）表面涂覆阻焊膜（剂）。在充填介质材料并经平整过的表面上再涂覆阻焊膜，在导线（体）上便可得到均匀和平整的阻焊膜，如图2 所示。
3 充填介质材料性能要求和整平效果
3.1 充填介质材料性能要求
充填的介质材料应相当于或超过传统阻焊油墨的性能，环氧树脂是这种介质材料的主要成分之一，可以保证充分固化后的稳定性和可靠性。其主要性能如下。
⑴好的排气性。这种环氧树脂油墨总是含有溶剂和微气泡的，应通过烘干等而加以除去。网印油墨粘度随烘干处理温度变化是排气性大小的关键问题，而目前塞孔树脂材料在烘干处理温度下，其黏度基本上是不变的，不利于排气的。由于加入特种添加剂使这种介质油墨在100℃下的粘度仅为25℃的1/300，如表1 所示。
表1 网印油墨的粘度随温度变化而变化的情况
一般是采用UV 光曝光来实现半固化（B- 阶段）状态而达到烘干的目的，有利于消除内应力，也有利于研磨。因为通过UV 光固化（应是烘干和半固化）后，其威氏硬度为14.5，而经研磨后的最终固化的威氏硬度为42.5。
（2）好的物理性能和电气性能。经最终固化后树脂材料的各种性能如表2 和表3 所示。
表2 固化后树脂材料的物理性能和电气性能
表3
（3）高湿热试验（HAST highly accelerated temperatureand humidity stress test）。充填介质材料的样品经过高湿热试验后的结果如表3 所示。3.2 PCB 表面经过介质材料充填、磨平的效果PCB 表面经介质材料充填、整平以后，改善了物理与电气性能，提高了可靠性。同时，也提高了精细封装的可生产性。
图4（b）和图5 示出了PCB 平整的表面阻焊剂，其厚度很均匀，因而改善了材料层之间分散（均匀）效果，从而减少裂缝（纹），提高了可靠性。同时，介质厚度不均匀（变化）会带了特性阻抗值很大的改变（特别是带状线结构），从而引起信号传输性能的变
化。然而采用阻焊剂平整性技术，使层与层之间的介质厚度均匀一致，改善了特性阻抗值的变化，提高PCB 电路设计的自由度。
图4 不同PCB表面阻焊剂的涂覆情况
图5 表面平整化的阻焊剂涂覆情况
对于表面安装超小型的器件和薄芯片组件来说，采用PCB 表面平整化阻焊剂技术还可以明显地改善安装的可靠性。如图6所示，在芯片安装（含封装时）阻焊剂厚度不均匀会影响芯片底部填料的流动性能和厚度均匀性，即不同阻焊剂厚度引起填料流动速率不一样，从而引起填料收缩比率（程度）不同而形成内应力，可能引起薄型芯片产生裂纹或微凹陷（向下弯曲）。采用平整化的阻焊剂涂覆（如图7 所示），由于改善了填料的均匀流动性能保证了填料的固化过程中的收缩平衡，从而避免了不平整性阻焊剂涂覆所带来的缺陷。
图6 常规涂覆阻焊剂的表面安装情况
图7 表面平整化涂覆阻焊剂的表面安装情况
总之，在薄型或超薄型芯片（特别是FC倒芯片）的表面安装中，PCB 表面采用介质填料充填并整平而得到的平整化表面，再经涂覆阻焊剂可得厚度均匀的阻焊剂层，可以明显改善组装性能、介电性能和可靠性。
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