By 张兴隆

一、楔子

 

　　英语中知名的行业杂志CircuiTree，是一份有关PCB专业报导的月刊。为补足其每期中对工程技术论述之不足，并希望在专业素养上有别于其它期刊起见，特以季刊方式，另外发行了一种“The Board Authority”（TBA）的工程专刊。以电测为主题的第一册出版于1999年6月；而1999年9月之第二册则以HDI为骨干，穿插了许多制程与原物料之先进资料。可惜台湾业者太忙或原文吸收能力欠佳，如此精采的全新技术文字数据，竟未在业界引起注意，殊为遗憾。

　　99“TBA”第二期与2000第一期（四月号），两次连载杜邦公司Ceferino Gonzalez先生所写的“Materials for SBU of  HDI-Microvia Organic Substrates”长文。在其第8页中曾以2/3版面的文字与图片报导一家日本代工厂Noda Screen Co., Ltd.液中曝光硬化的特效成就，而引起笔者的好奇。今年三月笔者曾参加IPC Show中有关“塞孔技术”的专业规范座谈会，20多位老美专家中竟然只有1人听过野田的液中曝光，由此得知美国业界在此一尖端领域之落后。碰巧今年6月参观JPCA Show时，经由“祥通电子公司”王淳忠副董的安排，竟有机会名古屋拜访向往已久的“野田Screen株式会社”，亲眼目睹野田塞孔技术之现场实做，置身世界之巅的现场取经，其如获至宝之莫名兴奋自是不可言喻。

 

二、为何塞孔

 

　　塞孔其实并非何等新鲜事物，现行多层板也要求绿漆塞孔，以达电测时之抽紧贴牢，与防止喷锡中锡渣进孔的恶果。笔者曾在"99微切片手册"之P.155，即以“干嘛要塞孔”为题，精选彩照13张并细说原因。刮刀网印强迫油墨进孔听来似乎不难，然而每板几千孔全都要彻底填满塞实，硬化后之再削平；其不凹不陷不空不破者，正如笔者在本会刊第七期13页中所首创的短句“十秒跑百米谈何容易！”。HDI板类的树脂塞孔原比绿漆塞孔更困难，尤其是高难度封装载板（Substrate）的逐孔完全塞实填平，甚至连微盲孔也照塞不误，其武功之高绝不可等闲视之。

　　一般HDI/BUM板类，多半是先做完一片有PTH的正统多层板（或双面板）当成核心（Core），然后再于两外表面进行雷射微盲孔（Microvia）互连与细线的增层（Build-up）。目前大部份手机板均使用背胶铜箔（RCC）的外增做法。当然一些大型系统用的High Layer Count高价板类，也可另采补强材（Re-inforced material）与铜皮做为增层，甚至其它新式介质类(Dielectrics)的增层也将兴起。然而不管如何BU（Build Up增层），其核板中通孔之未能填实，与孔顶外增铜导体（得自化学铜与电镀铜）表面如酒涡般的凹陷，都将无法避免。以下即为此种增层铜面的局部凹陷在可靠度（Reliability）方面可能隐藏的后患：

 

(1)若不幸座落于讯号线（Signal  Line）中，将造成高速传输的不良，有损“讯号完整性”（Signal  Integrity）的质量。

(2)若竟然更不幸出现在零件脚之焊垫或金线打线基地上，则当场挂彩 或事后阵亡（指浮离），都会成为索赔与断交的根据，铁证如山欲    赖无词。

(3)特性阻抗（Z0）的需求；传统多层板外所增层之讯号线中若出现酒涡（Dish  Down）时，则其之Z0将因介质层厚度之剧烈变化而起伏不定，将造成讯号之不稳。

(4)一旦增层中之微盲孔恰好落在Core板通孔之正中央，或孔与环之地 盘领域时，则该核板通孔必须先要塞满填平，才能续做「孔上垫」(pads on via)等板之面积之再生。

 

　　由于布线太多面积不足，已要求其内层核心板镀通孔板全数塞满填平，以增加布线或设垫的机会。现行一般手机板对此尚未严格要求，然而一旦此种行动无线通讯再进入语音之外的其它通讯与连网时，则在高密度布线组装与高频传输的要求下，手机板规格中也将不允许“酒涡”的存在，届时高难度之塞孔将成为另一项不易克服的障碍。

 

三、简介野田

 

　　创办人野田正纪先生，曾服务于以高难度PCB技术著称的日本顶尖Ibiden公司多年。鉴于绿漆网印与塞孔，以及更困难的树脂塞孔其高质量之市场渴求，仍于1986年在日本爱知县小牧市，以姓氏为名创建Noda Screen之电路板代工企业。日本国内外许多著名大厂中，最困难量产的各种塞孔板，甚至通孔或盲孔的塞铜膏迭孔板等，经常是出自“野田网印”公司的协力，堪称只此一家别无分号。

　　野田公司现有员工150人，资本额2.13亿日元，月营业约8千万台币，其中仅塞孔即达NT4,300万。国内外客户40余家，其中多半大名鼎鼎如雷贯耳，其代工半成品更是极奇困难异常昂贵。该公司最近已股票上市，据说去年之EPS即达股本的1.4倍，以台湾股市而言已至14元之多，其赚钱的本领令人咋舌。

 

　　野田公司现有干部中曾有两位来过台湾业界服务，即曾在欣兴电子做过长期顾问的藤木基胜先生（现任野田公司品管部长）及久世孝行先生。且藤木先生返日前两年，亦曾在以代工与贸易为主力的“祥通电子公司”（STI）任职，其在台湾业界的知名度颇高，也使得各种先进的日本技术转移来台的管道更为畅通。

 

　　野田公司最了不起的创新就是“低温液中曝光”；系将可部份UV硬化的树脂，经独门“特技”妥善塞孔后，再置于某种液中曝光硬化，如此一来将不致因所含热量造成树脂中溶剂膨胀，进而形成“柱内空洞”或表面收缩凹陷。该公司的秘密武器就是自动化的低温“液中曝光机”，而且完全自行开发自己专用，想要花大钱去买的业者连门都没有。

 

　　该公司现有四组“液中曝光机”，每天两班，每班12小时，每月25天可出货500mm（20迹×400mm（15迹┲大排板25万片，亦即每天出货1万片每日营收可达台币180万。

 

　　除此之外，野田的网印机台均购自“东海商事”，但却做过精心修改而更为实用。其之塞孔不但一刮即妥，而且硬化后还一律孔内饱实两端鼓出。随后在不到两米的不织布输送磨刷机上削平（Planarization），其大板双铜面一平如镜，树脂孔柱与平坦铜面之紧扣密合，堪称天衣无缝妙到毫尖。不旋踵间前后竟有如此宵壤之别，展现如此无懈可击的惊人效果，若非亲眼目睹亲手触摸，其谁能信？以下即为野田之通孔平塞的介绍。

 

四、野田之通孔平塞技术（Flat  Plug  Technology）

 

　　此种“平塞技术”系(1)利用特殊的网版与刮刀，(2)以山荣化学之“UV硬化＋热硬化”两次硬化型PHP-900油墨为填孔材料，(3)经单次刮印下即可将通孔塞满并且两端鼓出，(4)然后直立进入低温透明之特殊槽液中，两侧以高功率之强光先完成2-3H的半硬化，(5)然后进行自走式水平磨刷，使双面完成削平动作，(6)再另置于一般烤箱中，完成后续8-9H的全硬化即大功告成，其流程如下：

 

五、野田Flat Plug重点探讨

 

　　上述流程看似简单，实际上却是招招绝妙处处玄机大有学问在焉。别人吃饭的本钱当然不好详追细问，即使好奇心驱使重点试探者，所得答案泰半为礼貌性微笑的无可奉告。其多处关键只能以少许数据，与笔者之臆测方式暗自琢磨如下，仅供参考：

　　1.所用液态树脂之塞墨，已知为日本“三荣化学”所出品之PHP-900，国内亦可透过“大船公司”买到编码为IR-6之 Permanent Hole Plugging Ink，属无溶剂之烘烤型树脂，热固化可达8H之硬度。所塞之孔板可通过各种高难度的考验，而鲜有失败者。此墨料单价极贵（每Kg装约台币1万元之左右）。但野田所用者另为感光硬化与热硬化合并之高黏度墨料，应为专属型有钱也买不到的独门暗器。PHP-900 IR-6型原用于高阶板导通孔（Via）之塞孔用，以便于后续绿漆厚度分布的均匀，避免孔边露铜与喷锡遗珠的烦恼。并还可防止后续处理与组装液体化学品（如Flux或化学镍金等）之进孔后患，而具有更好的可靠度。

 

　　2.从三荣化学所建议的网版资料可看到：180号Polyester网布上须涂布含氟Stencil之感光乳胶阻剂，厚度为50 m（2mil）；180-230号不锈钢网布之乳剂厚为100 m（4mil）。薄板塞孔可采上述PET网布，但当待印板厚度超过1.2mm者，不锈钢网布之阻剂应在4mil以上。

 

　　3.至于刮刀则采“东海商事”10mm厚，硬度为70-80度的特殊材质刀片（Squeeze），刀片伸出刀柄长度为30mm。一般0.6mm以下的薄板可磨成45°角去推印，0.8mm以上的厚板则改磨成30℃。

 

　　4.从有限资料可知，野田对16mil板厚与8mil小孔有把握全板逐一塞饱，且所塞11.8mil（0.3mm）的小孔，经液中紫外光硬化达2-3H后（In-Liquid UV Curing），其塞柱表面还需特殊不织布磨料削平，其平坦度变化仅±2 mm而已，所搭配的网布与氟化物乳胶阻剂皆为该公司的机密。

 

　　5.以笔者的经验，野田塞孔之所以如此精采，除油墨、刮刀、网版等必需条件外，最重要的法宝应为垫在下面的“喘气板”或“导气板”；让进墨的同时，可令孔中原有空气也能顺利排出，而不致抗拒进墨或在柱中残留气泡。事实上国内业者绿漆塞孔也都是如此做法，只不过将垫板的孔径稍加放大以方便操作而已。笔者有次等电梯时，置身之环境忽然令人有所领悟，经过数次试做也确实出现立竿见影之神效，大大印证了那电光火石般灵感的可贵。饱满的塞孔其实也只是一种“江湖一点诀”讲破了不但不值钱，而且还有挡人财路之嫌，乃君子所不为也。其中巧妙如何只有靠您想象了。

 

　　6.“液中曝光”当然绝对是另一项看家本领，全套机组装备皆为自行开发，由于效果实在让人佩服，曾有愿出1亿台币之天价洽购者，亦遭太极拳式的闭门羹。可见其维护重宝与捍卫智慧财产之一斑了。

 

　　7.至于后续如何在石井表记的磨刷机上，利用各种不织磨料，在不同的作业条件下，而能将双面坟起2-3H硬度的树脂削平，其难度应低于上述导气板与液中曝光等压箱密笈。以台湾业者长期在DOE方面的历练，只要假以时日，削平的成功应是指日可待。

 

　　8.IPC-6012A（1999.10）已将塞孔技术列入规范（见3.2.12），并在3.6.2.15节中明文对通孔制程后压合法（Sequential  Lamination）之多层板，对其埋孔或盲孔已要求胶片中树脂填胶塞孔，并要求满塞度须达60%。事实上 “通孔后压合法”终将因制程太长、良率不足、成本过高、电性欠佳下，迟早会被淘汰。而未来增层法的Core板，也势必将成为塞孔的主力战场，且各种IC之封装载板更是责无旁贷有孔必塞。目前客户要求此等增层之塞后孔柱，只要表面平坦即可，至于孔柱中空洞如何允收则尚未苛求。

 

六、野田的其它高招   

 

野田各种高杆网印技术，除利用树脂塞通孔之Flat  Plug外，其它高招尚有：

(1)微盲孔之充填（日文称有底via充填）；此法多用在Core板外之第   二次增层流程，即将已做完第一次RCC或其它增层的微盲孔（孔径    可小到70 mm），先以树脂填平，才再去做第二次良好的增层。至   于只做HDI“增一”者，则亦须用绿漆将各镀妥完工的微盲孔填平。

 

(2)板面铺平之Flat Coat；此技术之平坦度可达3 mm/10mm2，对IC封    装载板很重要，因其既可达表面平滑消除落差，减少基材涨缩，    强化细线的附着力，又可在进行“增二”时掌握良好的介质层厚    度，对高速讯号的特性阻抗亦较易控制。

 

(3)液态感光绿漆（LPSR）网印法；可印在IC封装载板的表面，印上极厚的绿漆，使于板面密集球垫之间，出现一种防止锡膏偏移而    短路的“堤防”（Dam）效果。而且该公司也另有热硬化型绿漆之代工。

 

(4)塞铜膏（Conductive Paste Filling）；有些客户要求在已有铜壁的通孔或盲孔中另行塞入铜膏，再去成线与增层。也有要求在无铜壁的裸孔中塞入铜膏，做为层与层之间的互连（例如ALIVH  的做法），且后者“迭高式”的Stacked Via，其在封装载板上 的用途，还会因设计简单，电性良好及容易散热等优点而日渐流 行。但经过多次温度循环考验后，如何避免其"壁与膏"之间的应力性分离，则并不简单。Noda在这方面也颇有心得。

 

(5)INT网版用的感光版膜（Stencil）乳胶；此特殊含氟素对人体无害的直接版膜化学品，不但防水坚固，而且防渗的效果也甚佳，是各种网印技术的关键性化学品，堪称小兵立大功，三户亦亡秦 。野田不但自己代工网印，而且也代工制作网版。

 

七、策略结盟技术移转

 

　　近年来日本PCB业界之尖端技术登峰造极，早已遥遥领先其它地区之同业。然因电子产品生命期太短，必须迅速量产掌握全球市场脉动，才能在加速扩散下获取最大利益。有鉴于此，近一两年来日本业者，已觉悟到不能再紧抓国宝孤芳自赏，必须大胆走出日本，才不致叫好不叫座多做多赔钱。

　　除传统多层板订单之外移外，其它各种技术也都将顺理成章逐渐释出。兼做代工与全单的中型祥通电子公司，与“野田网印公司”情况颇似规模相当，长久以来一直关系良好，默契有加。在整体外移大潮流下，乃决定将塞孔与其它网印技术，透过入股祥通，首先全数移植来台，下一步更将合作生根大陆。为了因应此一高难度新技术的来临，祥通正在强化体质成立“HDI代工部”。软硬兼程加快脚步，人员培训计划在日本现场进行，硬件机器部份将于9月起装船来台，10月试车，年底出货。相信明年起各种HDI之困难塞孔板类，将不必再空运日本往返耗时沟通不易。相信祥通必然又一次发挥隔天回厂之台湾打拚精神。此种快速之协心合力，将使得台湾正在起步之HDI不但更上层楼，而且加鞭快马顺水轻舟，迈进的密集鼓声必然再次振奋士气军心。