High Level 的关键生产过程控制 PCB 板

高层线路板一般定义为10-20层以上的高层多层线路板，比传统的更难加工 多层电路板 并具有较高的质量和可靠性要求。 主要应用于通讯设备、高端服务器、医疗电子、航空、工控、军工等领域。 近年来，应用通信、基站、航空、军事等领域对高层板的市场需求依然旺盛。 随着我国电信设备市场的快速发展，高层板市场前景广阔。

现在， 印刷电路板制造商国内能够量产高层PCB的主要来自外资企业或少数国内企业。 高层PCB的生产不仅需要较高的技术和设备投入，还需要技术人员和生产人员的经验积累。 同时，进口高层PCB的客户认证程序严格繁琐。 因此，高层PCB进入企业门槛高，产业化生产周期长。 PCB平均层数已成为衡量PCB企业技术水平和产品结构的重要技术指标。 本文简要介绍了高层PCB生产中遇到的主要加工难点，并介绍了高层PCB生产关键工序的关键控制点，供大家参考。

一、主要生产难点

与常规线路板产品的特性相比，高层线路板具有板厚、层数更多、线路和过孔更密集、单元尺寸更大、介电层更薄、对内部空间、层间对齐、阻抗控制要求更严格的特点。和可靠性。

1.1 层间对准难点

由于高层板层数较多，客户设计端对PCB层间的走线要求越来越严格，层间走线公差通常控制在±75μm。 考虑到高层板的大单元尺寸设计，图形转移车间的环境温度和湿度，不同核心板层的膨胀和收缩不一致导致的错位叠加和层间定位方式，夹层更难控制高层板对齐。

1.2 内电路制作难点

高层板采用高Tg、高速、高频、厚铜、薄介质层等特殊材料，对内部电路的制作和图形尺寸控制提出了很高的要求，如阻抗信号的完整性传输，增加了内部电路的制作难度。 线宽线距小，开短路增加，微短路增加，合格率低； 细线信号层多，内层AOI检测漏检概率增加； 内芯板薄，容易折叠，导致曝光不良，蚀刻后容易卷曲； 高层板多为系统板，单元尺寸大，成品报废成本较高。

1.3压制制造难点

当多个内芯板和半固化片叠合时，在压接生产中容易出现滑板、分层、树脂空腔和气泡残留等缺陷。 在设计叠层结构时，要充分考虑材料的耐热性、耐电压性、灌胶量和介质厚度，设定合理的高层板压制方案。 层数多，伸缩控制和尺寸系数补偿不能一致； 层间绝缘层较薄，容易导致层间可靠性测试失败。 图1为热应力试验后爆破板分层缺陷示意图。

Fig.1

1.4 钻井难点

高Tg、高速、高频、厚铜专用板的使用增加了钻孔粗糙度、钻孔毛刺和钻孔污垢去除的难度。 层数多，总铜厚和板厚堆积，钻具容易折断； 密集BGA和狭窄的孔壁间距导致的caf失效； 由于板厚，容易造成斜钻问题。

2、关键生产过程控制

2.1 材料选择

随着电子元器件向高性能、多功能化方向发展，也带来了高频高速信号传输。 因此，要求电子电路材料的介电常数和介电损耗较低，以及低CTE、低吸水率和更好的高性能覆铜板材料，以满足高要求的加工和可靠性要求。 -上升板。 常见的板材供应商主要有A系列、B系列、C系列和D系列。 这四种内基板的主要特性比较见表1。 对于高层厚铜线路板，选择树脂含量高的半固化板。 夹层半固化片的胶流量足以填满内层图形。 绝缘介质层过厚，成品板容易过厚。 相反，如果绝缘介质层过薄，则容易造成介质分层、高压试验失败等质量问题。 因此，绝缘介质材料的选择非常重要。

2.2 叠层结构设计

叠层结构设计时考虑的主要因素是材料的耐热性、耐电压性、灌胶量和介质层厚度，应遵循以下主要原则。

(1)半固化片和芯板的生产厂家必须一致。 为保证PCB的可靠性，半固化片的所有层不得使用单片1080或106半固化片（除非客户有特殊要求）。 当客户无介质厚度要求时，根据ipc-a-0.09g必须保证层间介质厚度≥600mm。

(2) 当客户要求高Tg板时，芯板和半固化片应使用相应的高Tg材料。

(3)内层基材3oz及以上，选择树脂含量高的半固化片，如1080r/C65%、1080hr/C 68%、106R/C 73%、106hr/C76%； 但应尽量避免所有106高胶半固化片的结构设计，防止多片106半固化片叠加。 由于玻璃纤维纱太细，玻璃纤维纱在大基板面积内塌陷，影响尺寸稳定性和板材爆炸分层。

(4)如客户无特殊要求，层间介质层厚度公差一般控制在±10%。 对于阻抗板，介质厚度公差由ipc-4101 C/M 公差控制。 如果阻抗影响因素与基板厚度有关，则板容差也必须由ipc-4101 C/M容差控制。

2.3 层间排列控制

为了内芯板尺寸补偿和生产尺寸控制的准确性，需要通过一定时间在生产中收集的数据和历史数据经验，对每层高层板的图形尺寸进行精确补偿，以确保其一致性。每层芯板的膨胀和收缩。 压制前选择高精度、可靠的层间定位方式，如针林、热熔、铆钉组合。 设置合适的压制工艺程序和压力机的日常维护是保证压制质量、控制压制胶水和冷却效果、减少层间错位问题的关键。 层间排列的控制需要从内层补偿值、压制定位方式、压制工艺参数、材料特性等因素综合考虑。

2.4 内线工艺

由于传统曝光机的分析能力小于50μM，对于高层板的生产，可以引入激光直接成像仪（LDI）来提高图形分析能力，可以达到20μM左右。 传统曝光机对位精度为±25μm。 层间对位精度大于50μm。 采用高精度对位曝光机，图形对位精度可提高至15μm，层间对位精度控制30μm，降低了传统设备对位偏差，提高高层楼板层间对准精度。

为了提高线路的蚀刻能​​力，在工程设计中需要对线路和焊盘（或焊环）的宽度给予适当的补偿，对特殊的补偿量也有更详细的设计考虑。图形，如回线和独立线。 确认内线宽、线距、隔离环尺寸、独立线和孔距的设计补偿是否合理，否则更改工程设计。 有阻抗和感抗设计要求。 注意独立线和阻抗线的设计补偿是否足够。 控制蚀刻过程中的参数。 确认首件合格后方可进行批量生产。 为了减少蚀刻侧腐蚀，需要将每组蚀刻液的化学成分控制在最佳范围内。 传统蚀刻线设备蚀刻能力不足。 该设备可技术改造或引进高精度蚀刻线设备，提高蚀刻均匀性，减少毛边、蚀刻不洁等问题。

2.5 压制过程

目前压接前的夹层定位方式主要有：销钉、热熔、铆钉、热熔与铆钉结合等。 不同的产品结构采用不同的定位方式。 高层楼板采用四槽定位法（pin Lam）或熔接+铆接法。 冲孔机打定位孔，冲孔精度控制在±25μm以内。 熔合时用X光检查调整机做出的第一块板的层差，批号层偏差合格后方可制作。 批量生产时，要检查每块板材是否熔入机组，防止后续分层。 压制设备采用高性能配套压力机，满足高层板层间对位精度和可靠性要求。

根据高层板的叠层结构和所用材料，研究合适的压合程序，设定最佳温升速度和曲线，适当降低常规多层电路板压合程序中压合板的温升率，延长高温固化时间，使树脂充分流动固化，避免压制过程中出现滑板、层间错位等问题。 TG值不同的板不能与篦板相同； 普通参数板块不能与特殊参数板块混用； 为保证给定的膨胀收缩系数的合理性，不同板材和半固化片的性能不同，因此需要压出对应的板材半固化片参数，对于特殊材料需要验证工艺参数。从未使用过。

2.6 钻孔工艺

由于各层叠加造成板铜层过厚，使钻头磨损严重，容易折断钻头。 应适当降低孔数、下降速度和转速。 准确测量板材的膨胀和收缩，提供准确的系数； 层数≥14层，孔径≤0.2mm或孔线距≤0.175mm，采用孔位精度≤0.025mm的钻机生产； 直径φ 4.0mm以上的孔径采用分步钻孔，厚径比为12:1。 由分步钻孔和正反钻孔生产； 控制钻孔的毛刺和孔厚。 高层板尽量用新钻刀或磨钻刀钻孔，孔厚控制在25um以内。 为改善高层厚铜板钻孔毛刺问题，通过批量验证，采用高密度背板，叠片3片，钻头磨削次数控制在XNUMX次以内，可有效改善钻孔毛刺

用于高层板 高频，高速海量数据传输，背钻技术是提高信号完整性的有效方法。 背钻主要控制剩余短截线长度、两个钻孔的孔位一致性和孔内铜线。 不是所有的钻机设备都有背钻功能，所以需要升级钻机设备（带背钻功能）或者购买带背钻功能的钻机。 行业相关文献和成熟量产应用的背钻技术主要有：传统深度控制背钻方法、内层带信号反馈层的背钻、按板厚比例计算背钻深度。 此处不再赘述。

三、可靠性测试

高层板一般是系统板，比常规的多层板更厚更重，单元尺寸更大，相应的热容量也更大。 焊接时需要更多的热量，焊接高温时间长。 在217℃（锡银铜焊料的熔点）下，需要50秒到90秒。 同时，高层板的冷却速度相对较慢，因此回流测试的时间延长。 结合ipc-6012c、IPC-TM-650标准和行业要求，对高层板进行主要可靠性测试。