PCB新聞 - 高密度互連電路板關鍵生產過程控制

高密度互連 PCB電路板 通常HDI高 多層電路板 10到20層或更多, 比傳統的更難處理 多層電路板, 並具有高品質和可靠性要求. 主要用於通信設備, 高端服務器, 醫療電子, 航空, 工業控制, 軍事和其他領域. 近年來, 應用通信領域對高端板的市場需求, 基站, 航空, 軍事力量依然强大. 隨著中國電信設備市場的快速發展, 高級董事會的市場前景看好.

現時, 國內 PCB製造商 認為可以批量生產高級電路板的企業主要是外資企業或少數內資企業. 高水准電路板的生產不僅需要高技術和設備投資, 但也需要科技人員和生產人員積累經驗. 同時, 引入高級董事會客戶認證程式既嚴格又繁瑣, 囙此，高端電路板進入企業並實現產業化的門檻更高. 生產週期更長. 印刷電路板平均層數已成為衡量印刷電路板企業科技水准和產品結構的重要技術指標. 本文簡要介紹了高級電路板生產中遇到的主要加工困難, 並介紹了高級電路板關鍵生產過程的控制要點，供同行參攷.

1、主要生產難點

與傳統電路板的特性相比，高級電路板具有更厚的板、更多的層、更密集的線和通孔、更大的單元尺寸和更薄的介電層的特性。 內層空間、層間對齊程度、阻抗控制和可靠性要求更為嚴格。

1.1層間對齊困難

由於大量的高級板，客戶設計方對PCB各層的對齊要求越來越嚴格。 通常，層之間的對齊公差控制在±75mm。考慮到高級電路板單元的大規模設計和圖形傳輸車間的環境溫度和濕度，以及由於不同核心層的膨脹和收縮不一致、層間定位方法等導致的錯位和疊加等因素。， 更難控制高層板層之間的對齊程度。

1.2製作內部電路的困難

高電平板採用了高TG、高速、高頻、厚銅、薄介質層等特殊資料，這對內部電路的製作和圖案尺寸的控制提出了較高的要求，如阻抗訊號傳輸的完整性，這新增了內部電路的製作難度。 線寬和行距小，開路和短路新增，短路新增，通過率低； 有更多的精細電路訊號層，內層缺失AOI檢測的概率新增； 內芯板較薄，容易起皺，導致曝光和蝕刻不良，通過機器時容易滾動； 高級板大多為系統板，單元尺寸較大，成品報廢成本較高。

1.3按壓困難

疊置多個內芯板和預浸料，在層壓生產過程中可能會出現滑動、分層、樹脂空隙和氣泡殘留物等缺陷。 在設計層壓結構時，要充分考慮資料的耐熱性、耐壓、膠量和介質的厚度，並製定合理的高級壓板方案。 有許多層，膨脹和收縮控制量與尺寸係數的補償不能保持一致； 薄的層間絕緣層很容易導致層間可靠性測試失敗。 圖1是熱應力測試後板分層的缺陷圖。

1.4鑽探困難

採用高TG、高速、高頻、厚銅特殊板材，新增了鑽孔粗糙度、鑽孔毛刺和去鑽的難度。 有很多層，累積銅總厚度和板厚，鑽刀容易折斷； 緻密BGA較多，孔壁間距窄導致CAF失效問題； 板材厚度容易導致傾斜鑽孔問題。

2、關鍵生產過程控制

2.1資料選擇

隨著高性能、多功能電子元件的發展，帶來了訊號傳輸的高頻、高速發展，囙此要求電子電路資料的介電常數和介電損耗相對較低，以及低熱膨脹係數和低吸水率。 速率和更好的高性能覆銅板資料，以滿足高水平板的加工和可靠性要求。 常用的板材供應商主要包括A系列、B系列、C系列和D系列。 比較了這四種內基板的主要特性，見錶1。 對於高層厚銅電路板，使用樹脂含量高的預浸料。 層間預浸料之間流動的膠水量足以填充內層圖案。 如果絕緣介質層太厚，成品板可能太厚。 相反，如果絕緣介質層太薄，則容易導致介質分層和高壓測試失敗等品質問題，囙此絕緣介質資料的選擇極為重要。

2.2疊層結構的設計

疊層結構設計中考慮的主要因素是資料的耐熱性、耐受電壓、填料的數量和介電層的厚度。 應遵循以下主要原則。

（1）預浸料和芯板製造商必須一致。 為了確保PCB的可靠性，避免對所有預浸料層使用單個1080或106預浸料（客戶的特殊要求除外）。 當客戶沒有介質厚度要求時，必須根據IPC-A-600G保證層間介質的厚度為0.09mm。

（2）當客戶需要高TG片材時，芯板和預浸料必須使用相應的高TG資料。

（3）對於3OZ或以上的內基板，使用樹脂含量高的預浸料，例如1080R/C65%、1080HR/C 68%、106R/C 73%、106HR/C 76%； 但儘量避免使用所有106個高粘性預浸料。該結構設計用於防止多個106個預浸料重疊。 由於玻璃纖維紗太薄，玻璃纖維紗在較大的基板面積內塌陷，這影響了板的尺寸穩定性和分層。

（4）如果客戶沒有特殊要求，層間介電層的厚度公差通常控制在+/-10%。 對於阻抗板，電介質厚度公差由IPC-4101 C/M公差控制。 如果阻抗影響係數和基板厚度（如相關），板材公差也必須符合IPC-4101 C/M公差。

2.3層對齊控制

內芯板尺寸補償和生產尺寸控制的準確性需要一定時間收集生產中的數據和歷史資料經驗，以準確補償高層板每層的尺寸，確保每層的芯板膨脹和收縮。 一致性 衝壓前選擇高精度、高可靠性的層間定位方法，如四槽定位（銷林）、熱熔和鉚釘組合。 設定正確的壓制工藝和壓機的日常維護是確保壓制質量、控制壓制膠流和冷卻效果以及减少層間錯位問題的關鍵。 層間對齊控制需要綜合考慮內層補償值、衝壓定位方法、衝壓工藝參數和資料特性等因素。

2.4內部電路科技

由於傳統曝光機的分辯率約為50mm，為了生產高級電路板，可以引入雷射直接成像機（LDI）來提高圖形分辯率，分辯率可以達到約20mm。傳統曝光機的對準精度為±25mm， 層間對準精度大於50mm。使用高精度對準曝光機，圖形對準精度可以提高到15mm左右，層間對準精度可以控制在30mm以內，减少了傳統設備的對準偏差，提高了高端板的層間對準精度。

為了提高電路的蝕刻能力，在工程設計中需要對電路和焊盤（或焊環）的寬度進行適當的補償，但也需要對特殊圖案的補償量進行更詳細的設計，例如回路和獨立電路。 考慮 確認內部線寬、線距、隔離環尺寸、獨立線、孔距的設計補償是否合理，否則更改工程設計。 有阻抗和電感電抗設計要求。 注意獨立線和阻抗線的設計補償是否充分，蝕刻時控制參數，確認首件合格後才能批量生產。 為了减少蝕刻側腐蝕，有必要將每組蝕刻溶液的成分控制在最佳範圍內。 傳統的刻蝕線設備刻蝕能力不足，可以對設備進行技術改造或引進高精度刻蝕線設備，以提高刻蝕均勻性，减少刻蝕毛刺和不乾淨刻蝕。

2.5壓制工藝

現時衝壓前層間定位方法主要有：四槽定位（銷林）、熱熔、鉚釘、熱熔和鉚釘組合，不同的產品結構採用不同的定位方法。 對於高級板，使用四槽定位方法（引脚LAM）或融合+鉚接方法。 定位孔由OPE沖孔機沖出，沖孔精度控制在±25mm。熔合時，調整機器使第一塊板用X射線檢查層偏差，層偏差可以批量生產。 在大規模生產過程中，有必要檢查每個板是否融合到裝置中，以防止隨後的分層。 壓制設備採用高性能配套設備。 壓力機滿足高級電路板的對準精度和可靠性。

根據高層板的層壓結構和使用的資料，研究合適的壓制程式，設定最佳加熱速率和曲線，並適當降低壓制板材的加熱速率，延長傳統多層電路板壓制程式中的高溫。 固化時間允許樹脂充分流動和固化，同時避免了在壓制過程中出現滑板和層間錯位的問題。 不同資料TG值的板不能與格栅板相同； 具有公共參數的板不能與具有特殊參數的板混合； 為了確保給定膨脹係數和收縮係數的合理性，不同板材和預浸料的效能不同，必須使用相應的板材。預浸料參數壓在一起，從未使用過的特殊資料需要驗證工藝參數。

2.6鑽孔工藝

由於每一層的疊加，板和銅層過厚，會導致鑽頭嚴重磨損，容易損壞鑽頭。 適當减少孔數、下降速度和旋轉速度。 準確量測板的膨脹和收縮，以提供準確的係數； 層數為–14，孔徑為–0.2mm，或孔到線距離為–0.175mm，孔位置精度為–0.025mm。 孔徑大於Ï4.0mm。 階梯鑽削，厚徑比12:1，採用階梯鑽削和正負鑽削方法； 為了控制鑽孔前沿和孔厚，應盡可能使用新鑽頭或單磨鑽頭鑽孔高層板，孔厚應控制在25um以內。 為了改善高層厚銅板的鑽削毛刺問題，經批量驗證，採用高密度墊板，層板數為1，鑽頭研磨次數控制在3次以內，可有效改善鑽削毛刺。

對於用於高頻、高速和海量資料傳輸的高級板，反鑽孔科技是提高信號完整性的有效方法。 反鑽主要控制剩餘短棒的長度、兩個孔孔位置的一致性以及孔中的銅線。 並非所有鑽機設備都具有反鑽功能，鑽機設備必須進行科技陞級（具有反鑽功能），或者必須購買具有反鑽功能的鑽機。 從行業相關文獻和成熟的批量生產應用中使用的反鑽科技主要包括：傳統的深度控制反鑽方法，內層為帶訊號迴響層的反鑽，深度反鑽根據板厚比計算，此處不再重複。

3、可靠性測試

高層板通常是系統板，比傳統多層板更厚、更重、組織尺寸更大。 相應的熱容也較大。 焊接過程中需要更多熱量，焊接高溫時間更長。 在217°C（錫-銀-銅焊料的熔點）下需要50秒到90秒。 同時，高層板的冷卻速度相對較慢，囙此延長了回流焊測試的時間，並根據IPC-6012C、IPC-TM-650標準和行業要求，對高層板進行了主要可靠性測試，如錶2所述。

第四，結論

行業內關於高級電路板加工技術的研究文獻相對較少。 本文介紹了資料選擇、層壓結構設計、層間對齊、內層流水線生產、衝壓工藝、鑽孔工藝等關鍵生產過程過程控制點，以期為同行提供參攷和理解，並希望更多同行參與高水准電路板的科技研究和交流。