半導体機器において、12 層 PCB 基板はコアチップの接続、高周波信号および大電流の伝送において重要な役割を果たします。-その製造プロセスでは、非常に高い精度、安定性、信頼性の要件が求められます。通常の多層プリント回路基板と比較して、12 層プリント回路基板はより複雑な構造とより多くのプロセスステップを持ち、信号の完全性と放熱に関する半導体装置の厳しい基準に適合する必要があります。したがって、製造プロセスには複数の核となる問題があります。主要なプロセスステップから始めて、半導体装置のアプリケーションシナリオにおける 12 層プリント基板の製造上の課題を分析します。
1、積層プロセス: 多層構造における「正確な接着」の課題-
積層は 12 層 PCB 製造の中核プロセスであり、高温および高電圧をかけて 12 層の基板、銅箔、絶縁層を全体に統合する必要があります。問題は、半導体装置の信号伝送に重要な位置合わせの精度と層間の厚さの均一性にあります。
層間の位置合わせの観点から見ると、12 層の PCB は複数回プレスする必要があり、各プレスで各層のグラフィックスの位置合わせ誤差が非常に小さい範囲内に制御されるようにする必要があります。ただし、実際の製造では、基板は高温で熱変形しやすく、積層するたびにシートの平面度に若干の誤差が生じる場合があります。 12 層に積層すると、合計の位置合わせ誤差が臨界値を超える可能性があります。アライメント精度が規格を満たさなくなると、半導体装置内の高周波信号の伝送損失が大幅に増加し、さらには信号のクロストークが発生して、装置の正常な動作に影響を与える可能性があります。
厚さを均一にすることも同様に困難です。 12 層 PCB は、全体の厚さと各層の厚さの偏差範囲を制御する必要があります。しかし、圧縮プロセス中に不均一な圧力分布や基板と絶縁層の間の収縮率の違いにより、最終的な基板に「中央が厚く、端が薄い」または局所的な突起などの問題が発生する可能性があります。精密コネクタの取り付けが必要な半導体装置の領域では、過度の厚さの偏差はコネクタの接触不良を引き起こし、装置の故障のリスクを高める可能性があります。
2、微細穴加工：細孔径とアスペクト比という二重の課題
半導体装置の 12 層 PCB では、層間回路接続を実現するために多数の微細孔が必要です。これらの微細孔はサイズが小さいだけでなく、通常の多層プリント基板の深さと直径の比をはるかに超える基板の 12 層を貫通する必要があるため、製造の難易度が大幅に増加します。
まず、穴あけ精度の問題があります。口径が非常に小さいため、ドリルビットは高速回転中に「振動」しやすく、その結果、口径がずれたり、穴の壁に傷がついたりすることがあります。-同時に、12 層基板の材質の違いにより、ドリルビットの摩耗速度が加速されます。適時に交換しないと、その後の微細孔の孔径精度は低下し続けます。半導体デバイスの場合、微細孔サイズの偏差により、めっき穴内の銅層の厚さが不均一になり、電流伝送中の局所的な加熱が強化され、デバイスの放熱性能に影響を与える可能性があります。
さらに深刻な課題は、毛穴壁の質にあります。 12 層 PCB の微細孔は、「穴あけ・穴あけ電気めっき」プロセスを経る必要があり、穴あけプロセスでは穴の壁から残留樹脂の破片を除去する必要があります。しかし、微細孔の孔径が狭いため、洗浄液が完全に浸透することが困難になります。穴あけが完全でないと、電気めっき中に銅層が穴壁にしっかりと接着できず、後の使用中に「穴壁剥離」が発生し、回路の破損を引き起こす可能性があります。さらに、アスペクト比が大きすぎると、電気めっき中に電流が穴の底に均一に分配されることが困難になり、穴の底の銅層の厚さが不十分になります。半導体デバイスの大電流シナリオでは、穴の底の銅層が過熱して焼損する傾向があります。
3、銅の厚さの制御：全体的な均一性と局所的な厚さの矛盾
半導体装置の 12 層 PCB における銅の厚さの要件には「二重性」があります。一方で、安定した信号伝送を確保するには全体的な銅の厚さが均一である必要があります。一方、一部の領域では、放熱性と電流容量を高めるために銅の厚さを局所的に厚くする必要があり、製造時に矛盾が発生しやすくなります。
銅の厚さを全体的に均一にすることの難しさは、電気めっきプロセスにあります。 12層基板は通常面積が大きく、めっき槽内の電流分布は基板の形状や吊り金具の位置の影響を受けやすく、基板の端と中央で銅の厚みに差が生じます。さらに、12 層 PCB の微細穴と止まり穴によって電流が「迂回」され、穴付近の表面銅の厚さが他の領域よりも薄くなります。全体的な銅の厚さの偏差が大きすぎると、半導体装置内の異なるパスの信号伝送速度が異なり、その結果、データ同期の遅延が発生し、装置の処理効率に影響を及ぼします。
銅の厚さが局所的に厚くなると、「過剰な電気めっき」のリスクが生じます。銅の厚さを局所的に厚くするには、対応する領域で二次電気めっきを実行する必要があります。しかし、二次電気めっきでは電流が周囲に拡散しやすく、対象外の部分の銅の厚みが規格を超えてしまいます。同時に、局所的に厚くなった領域と周囲の従来の銅の厚い領域との間の移行部に「段差」が生じやすくなります。その後のソルダーマスク層のコーティング中に、その段差で気泡や厚み不足が発生しやすく、その結果銅層が露出し、半導体装置の酸化やショートの危険性が高まります。
4、ソルダーマスクコーティング：薄膜コーティングと高絶縁性のバランス
半導体装置の 12 層 PCB のソルダーマスク層は、装置内のコンパクトな設置スペースと高電圧の動作環境に適応するために、「薄膜コーティング」と「高絶縁性」の両方の要件を満たす必要があります。-しかし、製造におけるこれら 2 つの要件の間には、当然のことながら矛盾があります。
薄膜の塗布精度の制御は困難です。ソルダーマスク層は通常、スクリーン印刷やスプレー塗装で加工されますが、12層基板表面の微妙な凹凸は、薄い塗膜では「漏れ」や「厚さムラ」が発生しやすくなります。例えば、スクリーン印刷時のスクレーパの圧力制御が不適切な場合、段差部分のソルダーマスク層の厚みが規格値よりも薄くなる可能性があります。ただし、ソルダーマスク層が薄いと絶縁性能が低下する可能性があり、半導体装置における高電圧信号の伝送は故障しやすくなり、装置の故障の原因となります。-
高い絶縁性を実現するには、ソルダーレジストの材質と硬化プロセスに厳しい要件が課されます。半導体装置の動作中、プリント基板は長時間高温にさらされ、腐食性ガスに接触する可能性があります。ソルダーレジストは、高温や腐食に対する優れた耐性を備えていなければなりません。しかし、塗膜が薄い場合、ソルダーレジスト中の硬化剤の分布が不均一になりやすく、硬化後の架橋密度が部分的に不足し、高温環境下ではクラックが発生しやすくなり、時間の経過とともに絶縁性能が急激に低下します。
5、平坦度の制御: 後の組み立てと放熱のための重要な制約
半導体装置の12層基板は極めて高い平坦性が求められ、平坦性が高くないとチップやヒートシンクとの密着性に影響を及ぼし、放熱不良や組み立て不良の原因となります。しかし、12 層プリント基板の多層構造と複雑なプロセスにより、平坦度の管理が製造における「頑固な問題」となっています。
一方で、多層圧縮後の応力解放により基板が歪む可能性があります。{0} 12 層 PCB での複数の積層プロセス中に、各層の材料の内部応力が継続的に蓄積されます。冷却後は応力が解放され、基板が銅箔の厚い側に向かって曲がりやすくなります。特に、局所的な銅の厚さに大きな差がある場合、反りは半導体装置の要件をはるかに超える可能性があります。
一方、後続のプロセスで高温処理を行うと、平坦性の問題が悪化します。{0}ソルダーマスクの硬化などのプロセスは、ある程度の高温で実行する必要があります。この温度では、PCB 基板は再び熱変形を受けます。応力が完全に解放されていない場合、変形はさらに重なり合います。ヒートシンクとの密着が必要な半導体デバイスの領域では、平坦度の偏差により接触面積が減少し、放熱効率が低下し、チップの動作温度が上昇し、デバイスの寿命が短くなる可能性があります。
6、テストと修理: 複雑な構造における品質管理の課題
半導体装置用12層基板の製造工程では全数検査が必要ですが、構造が複雑なため一部の欠陥の検出が困難であり、修正の難易度が非常に高く、品質管理の大きな課題となっています。
検査工程では、12層PCBの内層の欠陥は従来の外観検査では検出が難しく、X線検出や超音波スキャンが必要となります。ただし、X- 線検出では小さな欠陥の認識率が限られており、穴壁と内側の銅箔の間の結合状態を判断することはできません。超音波スキャンでは層間結合を検出できますが、12 層の厚さによりスキャン解像度が低下し、局所的な剥離領域を見逃してしまう可能性があります。これらの検出されない欠陥は、半導体装置の長期動作中に徐々に拡大し、最終的には回路故障につながります。{6}}
修理プロセスにおける課題はさらに大きくなります。内層にショートやマイクロホールめっき不良が見つかった場合、12層PCBを「層ごとに修復」する必要があります。つまり、絶縁層と銅箔を層ごとに剥がし、欠陥を修復してから再プレスします。ただし、積層プロセス中、高温と化学試薬により周囲の無傷の層が容易に損傷する可能性があり、その結果、修復の成功率が低くなります。たとえ修復が成功したとしても、圧迫された領域に新たな応力集中が発生する可能性があります。半導体装置の振動環境では、修理箇所にクラックが発生しやすく、新たな潜在的な故障の危険性があります。