簡介

復雜的積層HDI技術的應用不斷擴展。導通孔的鍍銅工藝已經很成熟，但需要維護且耗時。目前的導電膏填充物導電性不如實心銅，但可以縮短周期時間，并且具有高導電性和成本效益。

金屬化導電膏

金屬填充膏已經存在很長時間了。20世紀60年代初首次用于導電跳線，用銀油墨連接雙面非鍍覆孔PCB，多年來其用途不斷擴大。

20世紀80年代中期，ORMET開發了一項創新技術，瞬時液相燒結（transient liquid phase sintering，簡稱TLPS）導電膏，該導電膏可以燒結成固態金屬結構，可用于導電走線、板間多層化和內層制造，見圖1所示。

圖1:TLPS系列導電膏實現板間或內層互連的典型應用

許多金屬化導電膏最初在21世紀00年代早期創建的日本HDI工藝中用作導通孔連接，例如任意層內部導通孔（Any layer Internal Via Hole，簡稱 ALIVH）、B2IT或PALUP。這些導電膏使用導電顆粒，不同于納米金屬膏或TLPS膏。

其優點是：

提高了可靠性（避免截留空氣或液體）·改善了多層結構的平面度（用于更可靠的表面貼裝或改進光刻）更高的互連密度（例如，焊盤內導通孔與狗骨設計）

更好的熱量管理·可實現疊層微導通孔結構

制造工藝

導通孔填充工藝（圖2）如今非常普遍。可以使用自動化設備以及簡單的樣品儀器實現。絲網印刷或噴墨是最常用的方法。

圖2:導通孔填充工藝流程

材料特性

載銀導電膏出現于20世紀60年代初。納米技術的引入徹底改變了這些導電膏。主要產品是銅基或碳納米管基導電膏。但即使是最好的納米顆粒膏，其體電阻率也超過主體鍍銅的20倍。

最新開發的是一種納米銅顆粒，可防止氧化。通過將納米顆粒與微米級銅顆粒混合，電阻率可以降至主體銅的6倍。

瞬態液相燒結膏

最具導電性和導熱性的金屬膏是瞬態液相燒結(transient liquid phase sintering，簡稱TLPS)膏。這些金屬膏在助熔聚合物粘合劑中組合小顆粒焊料材料（許多納米顆粒）與小顆粒可焊金屬。

在燒結之后以及在將子組件芯或盲孔層壓成單個PCB的過程中，焊料顆粒熔化、潤濕可焊顆粒并形成互連的金屬網。

形成的金屬網的熔點高于原始焊料合金，因此在隨后的熱偏移（例如無鉛組裝操作）中可保持穩定。焊料顆粒也可潤濕PTH上的銅蓋，銅帽永久冶金結合到燒結焊膏互連的金屬網上，并通過燒結金屬接點提供連續和穩健的熱和電傳導。

表1顯示了對此類膏的測試。

表1:燒結膏互連PCB的可靠性分析

通孔填充實驗

盡管這些納米膏的電阻率高于主體鍍銅，但理想的應用是填充盲孔，因為它們很小且對電阻率不太敏感。

表2列出了對直徑為125μm（0.005”）盲孔的測試結果，不同的基板的盲孔，深度不同，隨后用納米銅導電膏填充并燒結。將樣品蝕刻到焊盤中，并作為覆銅板電鍍樣品。通過808nm二極管激光器、光子閃光管（BB閃光）進行燒結或者在還原環境溫度下烘烤。

表2:在FR-4和玻璃上使用納米銅導電膏填充盲孔的實驗結果匯總

在其他研究中，銅膏被用作硅導通孔(TSV)、玻璃導通孔(TGV)和有機基板的填充材料。

在基板表層形成的直徑為10~60mμm、深度為90~150μm的非通孔填充有銅膏，硅和玻璃的通孔直徑為30~300μm，有機基板的通孔直徑為140~3000μm。所有銅膏均已燒結，結果見表3所示。使用真空框架和壓板填充通孔的過程見圖3所示。

表3:工藝和檢查項目

圖3:將TLPS銅膏壓入各種基板并燒結。結果顯示盲孔和貫穿通孔均通過了所有可靠性測試

燒結

燒結指通常通過熱將顆粒混合物熔合在一起的過程。燒結混合物可用作結構、介質以及導體。導電燒結產品已通過陶瓷厚膜技術（金屬陶瓷）應用于電子產品。金屬陶瓷需要高溫（>800℃）進行燒結，而基于聚合物的導電膏在較低溫度（<220℃）下燒結。

這些聚合物厚膜(Polymer Thick Films ，簡稱PTF) 一般為未固化的液態聚合物，通常是帶有導電顆粒的環氧樹脂或丙烯酸基填料。當聚合物固化和收縮時，顆粒相互接觸并與基板接觸，形成連接。幸運的是，我們目前擁有諸如光子燒結技術，可以在不加熱基板的情況下燒結導體。

結論

在考慮用電鍍盲孔或貫穿通孔工藝時，新的導電銅基TLPS膏比電鍍工藝更快、具有幾乎相同的導電性，且可能成本更低。此外光子焊接、光子燒結的使用使這些導電膏可用于成本較低的基板，例如紙、塑料薄膜或其他不適合浸入酸性電鍍液的有機材料。

審核編輯：劉清