High Level 的關鍵生產過程控制 PCB 板

高層線路板一般定義為10-20層以上的高層多層線路板，比傳統的更難加工 多層電路板 並具有較高的質量和可靠性要求。 主要應用於通訊設備、高端服務器、醫療電子、航空、工控、軍工等領域。 近年來，應用通信、基站、航空、軍事等領域對高層板的市場需求依然旺盛。 隨著我國電信設備市場的快速發展，高層板市場前景廣闊。

目前， 印刷電路板製造商國內能量產高層PCB的主要來自外資企業或少數國內企業。 高層PCB的生產不僅需要較高的技術和設備投入，還需要技術人員和生產人員的經驗積累。 同時，進口高層PCB的客戶認證程序嚴格繁瑣。 因此，高層PCB進入企業門檻高，產業化生產週期長。 PCB平均層數已成為衡量PCB企業技術水平和產品結構的重要技術指標。 本文簡要介紹了高層PCB生產中遇到的主要加工難點，並介紹了高層PCB生產關鍵工序的關鍵控制點，供大家參考。

一、主要生產難點

與常規線路板產品的特性相比，高層線路板具有板厚、層數更多、線路和過孔更密集、單元尺寸更大、介電層更薄、對內部空間、層間對齊、阻抗控制要求更嚴格的特點。和可靠性。

1.1 層間對準難點

由於高層板層數較多，客戶設計端對PCB層間的走線要求越來越嚴格，層間走線公差通常控制在±75μm。 考慮到高層板的大單元尺寸設計，圖形轉移車間的環境溫度和濕度，不同核心板層的膨脹和收縮不一致導致的錯位疊加和層間定位方式，夾層更難控制高層闆對齊。

1.2 內電路製作難點

高層板採用高Tg、高速、高頻、厚銅、薄介質層等特殊材料，對內部電路的製作和圖形尺寸控制提出了很高的要求，如阻抗信號的完整性傳輸，增加了內部電路的製作難度。 線寬線距小，開短路增加，微短路增加，合格率低； 細線信號層多，內層AOI檢測漏檢概率增加； 內芯板薄，容易折疊，導致曝光不良，蝕刻後容易捲曲； 高層板多為系統板，單元尺寸大，成品報廢成本較高。

1.3壓制製造難點

當多個內芯板和半固化片疊合時，在壓接生產中容易出現滑板、分層、樹脂空腔和氣泡殘留等缺陷。 在設計疊層結構時，要充分考慮材料的耐熱性、耐電壓性、灌膠量和介質厚度，設定合理的高層板壓制方案。 層數多，伸縮控制和尺寸係數補償不能一致； 層間絕緣層較薄，容易導致層間可靠性測試失敗。 圖1為熱應力試驗後爆破板分層缺陷示意圖。

Fig.1

1.4 鑽井難點

高Tg、高速、高頻、厚銅專用板的使用增加了鑽孔粗糙度、鑽孔毛刺和鑽孔污垢去除的難度。 層數多，總銅厚和板厚堆積，鑽具容易折斷； 密集BGA和狹窄孔壁間距引起的caf失效； 由於板厚，容易造成斜鑽問題。

2、關鍵生產過程控制

2.1 材料選擇

隨著電子元器件向高性能、多功能化方向發展，也帶來了高頻高速信號傳輸。 因此，要求電子電路材料的介電常數和介電損耗較低，以及低CTE、低吸水率和更好的高性能覆銅板材料，以滿足高要求的加工和可靠性要求。 -上升板。 常見的板材供應商主要有A系列、B系列、C系列和D系列。 這四種內基板的主要特性比較見表1。 對於高層厚銅線路板，選擇樹脂含量高的半固化板。 夾層半固化片的膠流量足以填滿內層圖形。 絕緣介質層過厚，成品板容易過厚。 相反，如果絕緣介質層過薄，則容易造成介質分層、高壓試驗失敗等質量問題。 因此，絕緣介質材料的選擇非常重要。

2.2 疊層結構設計

疊層結構設計時考慮的主要因素是材料的耐熱性、耐電壓性、灌膠量和介質層厚度，應遵循以下主要原則。

(1)半固化片和芯板的生產廠家必須一致。 為保證PCB的可靠性，半固化片的所有層不得使用單片1080或106半固化片（除非客戶有特殊要求）。 當客戶無介質厚度要求時，根據ipc-a-0.09g必須保證層間介質厚度≥600mm。

(2) 當客戶要求高Tg板時，芯板和半固化片應使用相應的高Tg材料。

(3)內層基材3oz及以上，選擇樹脂含量高的半固化片，如1080r/C65%、1080hr/C 68%、106R/C 73%、106hr/C76%； 但應盡量避免所有106高膠半固化片的結構設計，防止多片106半固化片疊加。 由於玻璃纖維紗太細，玻璃纖維紗在大基板面積內塌陷，影響尺寸穩定性和板材爆炸分層。

(4)如客戶無特殊要求，層間介質層厚度公差一般控制在±10%。 對於阻抗板，介質厚度公差由ipc-4101 C/M 公差控制。 如果阻抗影響因素與基板厚度有關，則板容差也必須由ipc-4101 C/M容差控制。

2.3 層間排列控制

為了內芯板尺寸補償和生產尺寸控制的準確性，需要通過一定時間在生產中收集的數據和歷史數據經驗，對每層高層板的圖形尺寸進行精確補償，以確保其一致性。每層芯板的膨脹和收縮。 壓制前選擇高精度、可靠的層間定位方式，如針林、熱熔、鉚釘組合。 設置合適的壓制工藝程序和壓力機的日常維護是保證壓制質量、控制壓製膠水和冷卻效果、減少層間錯位問題的關鍵。 層間排列的控制需要從內層補償值、壓制定位方式、壓制工藝參數、材料特性等因素綜合考慮。

2.4 內線工藝

由於傳統曝光機的分析能力小於50μM，對於高層板的生產，可以引入激光直接成像儀（LDI）來提高圖形分析能力，可以達到20μM左右。 傳統曝光機對位精度為±25μm。 層間對位精度大於50μm。 採用高精度對位曝光機，圖形對位精度可提高到15μm，層間對位精度控制30μm，降低了傳統設備對位偏差，提高高層樓板層間對準精度。

為了提高線路的蝕刻能力，在工程設計中需要對線路和焊盤（或焊環）的寬度給予適當的補償，對特殊的補償量也有更詳細的設計考慮。圖形，如迴線和獨立線。 確認內線寬、線距、隔離環尺寸、獨立線和孔距的設計補償是否合理，否則更改工程設計。 有阻抗和感抗設計要求。 注意獨立線和阻抗線的設計補償是否足夠。 控制蝕刻過程中的參數。 確認首件合格後方可進行批量生產。 為了減少蝕刻側腐蝕，需要將每組蝕刻液的化學成分控制在最佳範圍內。 傳統蝕刻線設備蝕刻能力不足。 該設備可技術改造或引進高精度蝕刻線設備，提高蝕刻均勻性，減少毛邊、蝕刻不潔等問題。

2.5 壓製過程

目前壓接前的夾層定位方式主要有：銷釘、熱熔、鉚釘、熱熔與鉚釘結合等。 不同的產品結構採用不同的定位方式。 高層樓板採用四槽定位法（pin Lam）或熔接+鉚接法。 沖孔機打定位孔，沖孔精度控制在±25μm以內。 熔合時用X光檢查調整機做出的第一塊板的層差，批號層偏差合格後方可製作。 批量生產時，要檢查每塊板材是否熔入機組，防止後續分層。 壓制設備採用高性能配套壓力機，滿足高層板層間對位精度和可靠性要求。

根據高層板的疊層結構和所用材料，研究合適的壓合程序，設定最佳溫升速度和曲線，適當降低常規多層電路板壓合程序中壓合板的溫升率，延長高溫固化時間，使樹脂充分流動固化，避免壓製過程中出現滑板、層間錯位等問題。 TG值不同的板不能與篦板相同； 普通參數板塊不能與特殊參數板塊混用； 為保證給定的脹縮係數的合理性，不同板材和半固化片的性能不同，因此需要壓出對應的板材半固化片參數，對於特殊材料需要驗證工藝參數。從未使用過。

2.6 鑽孔工藝

由於各層疊加造成板銅層過厚，使鑽頭磨損嚴重，容易折斷鑽頭。 應適當降低孔數、下降速度和轉速。 準確測量板材的膨脹和收縮，提供準確的係數； 層數≥14層，孔徑≤0.2mm或孔距≤0.175mm，採用孔位精度≤0.025mm的鑽機生產； 直徑φ 4.0mm以上的孔徑採用分步鑽孔，厚徑比為12:1。 由分步鑽孔和正反鑽孔生產； 控制鑽孔的毛刺和孔厚。 高層板盡量用新鑽刀或磨鑽刀鑽孔，孔厚控制在25um以內。 為改善高層厚銅板鑽孔毛刺問題，通過批量驗證，採用高密度背板，疊片3片，鑽頭磨削次數控制在XNUMX次以內，可有效改善鑽孔毛刺

用於高層板 高頻，高速海量數據傳輸，背鑽技術是提高信號完整性的有效方法。 背鑽主要控制剩餘短截線長度、兩個鑽孔的孔位一致性和孔內銅線。 不是所有的鑽機設備都有背鑽功能，所以需要升級鑽機設備（帶背鑽功能）或者購買帶背鑽功能的鑽機。 行業相關文獻和成熟量產應用的背鑽技術主要有：傳統深度控制背鑽方法、內層帶信號反饋層的背鑽、按板厚比例計算背鑽深度。 此處不再贅述。

三、可靠性測試

高層板一般是系統板，比常規的多層板更厚更重，單元尺寸更大，相應的熱容量也更大。 焊接時需要更多的熱量，焊接高溫時間長。 在217℃（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，因此回流測試的時間延長。 結合ipc-6012c、IPC-TM-650標準和行業要求，對高層板進行主要可靠性測試。