一種內(nèi)嵌式焊盤剛撓結(jié)合板工藝研究

王康兵 周 剛 曾祥福

(廣東科翔電子科技股份有限公司，廣東 惠州 516081)

0 前言

內(nèi)嵌式焊盤剛撓結(jié)合PCB板是將部分焊盤內(nèi)嵌在2/N-1層，形成一種類似于半埋元器件式設(shè)計(jì)。外層的阻焊、表面處理等工藝將提前至2/N-1層制作，壓合是重中之重，不管是基板的單面擋銅設(shè)計(jì)，還是作為保護(hù)內(nèi)層焊盤的純PI，都需要經(jīng)過(guò)特殊處理和嚴(yán)格的尺寸管控。本文將詳細(xì)地對(duì)2/N-1層焊盤制作、壓合輔物料的尺寸管控、剛性板區(qū)擋銅設(shè)計(jì)等一系列特殊工藝進(jìn)行講解。

1 產(chǎn)品信息

該款內(nèi)嵌式焊盤剛撓結(jié)合板為六層板（圖1），單塊（PCS）尺寸32.47 mm×16.75 mm（圖2），9E所表示的區(qū)域均為內(nèi)嵌式焊盤的位置。成品單元（set）尺寸141.25 mm×113.41 mm（圖3，拼21pcs），在制板（PNL）尺寸500 mm×460 mm（拼252 pcs）。成品剛性板板厚0.42 mm±0.10 mm，撓性板板厚0.10 mm±0.03 mm。

內(nèi)嵌式焊盤即為需要做噴錫貼片的pad（焊盤），由常規(guī)的外層制作更改為2/N-1制作。

3 產(chǎn)品工藝流程

L2/L5層流程：FCCL（撓性覆銅板）→打靶→裁邊→棕化（底銅厚最低6 μm，激光可直接破銅）→激光鉆孔→沉銅→填孔電鍍→線路→AOI→阻焊印刷—后固化→貼抗鍍干膜/曝光/顯影（選鍍區(qū)域）→化學(xué)鍍金→退膜→打?qū)ξ豢祝ㄓ糜诩兡z對(duì)位）→棕化→-貼純膠（先將純膠備在耐高溫聚酯薄膜上，再將通過(guò)人工依套孔的方式將純膠正面貼在板子上）→快壓→撕耐高溫聚酯膜→入庫(kù)

純膠流程：裁切（依PNL尺寸裁切成片對(duì)片狀）→沖孔(將備在耐高溫聚酯薄膜上的純膠打?qū)ξ豢?→CNC切型（將耐高溫聚酯薄膜對(duì)應(yīng)剛性板L2/L5層焊盤及撓性板開蓋區(qū)，進(jìn)行撈空）→備耐高溫聚酯薄膜（將殘缺的耐高溫聚酯薄膜撕掉，同時(shí)備好完整的耐高溫聚酯薄膜）→入庫(kù)

純PI（聚酰亞胺）保護(hù)膜流程：裁切（依PNL尺寸裁切成片狀）→沖孔（將備在耐高溫聚酯薄膜上的純PI膜打?qū)ξ豢祝す馇行停ú捎肊SI機(jī)臺(tái)，將耐高溫聚酯薄膜對(duì)應(yīng)剛性板次L2/L5層焊盤除外區(qū)域的純PI保護(hù)膜做全燒，耐高溫聚酯薄膜進(jìn)行半燒，確保耐高溫聚酯薄膜不燒斷）→備耐高溫聚酯薄膜（將半燒的耐高溫聚酯薄膜撕掉，同時(shí)備好完整的耐高溫聚酯薄膜）→入庫(kù)

基板流程：開料→鉆孔（關(guān)掉套孔程式，只鉆定位孔）→曝光/顯影（將擋銅位置顯影出來(lái)）→選鍍（保證鍍最低 20 μm的銅厚）→線路（只做擋銅層，另一層采用干膜曝光保護(hù)）→打?qū)ξ豢住鼗ㄗ⒁獯颂幓逡幻鏋槿~面，另一面只有擋銅區(qū)域含銅其他位置為底板）→入庫(kù)

外層流程：壓合（將基板+純膠+純PI保護(hù)膜+FCCL（軟性銅箔基板）+純PI保護(hù)膜+純膠+基板進(jìn)行壓合）→打靶→裁邊→鉆孔→棕化→激光鉆孔→壓膜/曝光/顯影（除半空腔（cavity）區(qū)域需要有干膜覆蓋，其他位置全部顯影掉）→沉銅→填孔電鍍→線路→AOI→阻焊印刷→-后固化→激光控深開蓋（半空腔（cavity）區(qū)四周做全燒，擋銅層不被激光燒穿）→等離子除膠→噴砂前處理→壓膜/曝光/顯影（顯影出剛性板次內(nèi)層焊盤區(qū)域）→酸性蝕刻（蝕刻掉擋銅區(qū)域的銅箔）→AOI（檢測(cè)擋銅區(qū)域的銅箔是否完全蝕刻掉）→CNC切開蓋槽（此處切的是撓性板區(qū)靠近工藝邊的兩條邊）→開蓋（撓性板區(qū)開蓋，半空腔有PI保護(hù)膜覆蓋）→噴砂前處理→鎳鈀金→壓膜/曝光（空曝，所有區(qū)域都有干膜覆蓋，防止CNC刮花金面及阻焊表面）→CNC成型（切內(nèi)槽）→退膜→切型→成品水洗→FQC→整平烘烤→包裝

圖1 內(nèi)嵌式焊盤剛撓結(jié)合PCB層壓疊構(gòu)圖

圖3 內(nèi)嵌式焊盤剛撓結(jié)合板出貨set設(shè)計(jì)圖

4 關(guān)鍵技術(shù)研究

4.1 內(nèi)嵌式焊盤開蓋特殊工程設(shè)計(jì)

圖4 內(nèi)嵌式焊盤剛撓結(jié)合PCB開蓋設(shè)計(jì)圖

電鍍（Plating)、純膠（B/S）、油墨（S/M）、單面含銅撓性板（S/S FCCL）、雙面面含銅撓性板（D/S FCCL）、銅（Cu）、空腔區(qū)（cavity）、半空腔區(qū)域干膜是保護(hù)半空腔區(qū)域不鍍上銅、紅色框選的為L(zhǎng)2層焊盤、藍(lán)色框選的為保護(hù)L2層焊盤的補(bǔ)強(qiáng)

（1）L1層半空腔區(qū)純膠（B/S）撈空，純膠（B/S）撈空區(qū)域的外形線，距工作稿半空腔區(qū)外形線（黑色虛線水平位置）0.15 mm制作（純膠撈空區(qū)域比半空腔區(qū)外形線大）。此區(qū)域L1面有此設(shè)計(jì)開蓋，L6面正常制作。

（2）L6層半空腔區(qū)純膠（B/S）撈空，純膠（B/S）撈空區(qū)域的外形線，距工作稿半空腔區(qū)外形線0.15 mm制作（純膠撈空區(qū)域比半空腔區(qū)外形線大）。此區(qū)域L6面有此設(shè)計(jì)開蓋，L1面正常制作。

（3）開蓋區(qū)基板擋銅設(shè)計(jì)。

①基板擋銅設(shè)計(jì)：擋銅延伸進(jìn)剛性板0.15 mm，基板單面線路，另一面只設(shè)擋銅區(qū)域，激光做全燒；②L1面和L6面半空腔區(qū)設(shè)計(jì)擋銅，擋銅延伸進(jìn)剛性板0.15 mm制作；

（4）開蓋區(qū)激光路徑設(shè)計(jì)。L1面和L6面半空腔區(qū)設(shè)計(jì)激光路徑，斑點(diǎn)交疊3/4，光斑大小0.15 mm；

（5）純PI保護(hù)膜做法。半空腔區(qū)純PI保護(hù)膜比油墨開窗單邊大0.1 mm，半空腔區(qū)邊比PI保護(hù)膜單邊大0.15 mm。

4.2 板厚控制

由于內(nèi)嵌式焊盤剛撓結(jié)合板PCB產(chǎn)品裝配條件限制，對(duì)剛撓成品板的剛性板厚0.42 mm±0.10 mm，撓性板板厚0.10 mm±0.03 mm，通過(guò)對(duì)壓合PP流膠管控、純膠厚度、電鍍銅/鎳/金厚度和阻焊厚度的控制，使最終成品板厚達(dá)到要求范圍以內(nèi)，控制重點(diǎn)如下。

（1）選擇一張D/S FCCL為0.044 mm（雙面含銅） 厚銅12/12 μm，作為L(zhǎng)3/L4內(nèi)層撓性板；兩張S/S FCCL為0.032 mm（單面含銅）厚銅12 μm，作為L(zhǎng)2/L5次內(nèi)層剛性板；兩張基板為0.07 mm（雙面含銅）厚銅12/12 μm，作為L(zhǎng)1/L6外層剛性板；層與層之間采用純膠粘連填充；純膠需要填充的區(qū)域均為單面線路，同時(shí)將保證銅皮與PI/基板有≥5 μm的膠厚安全距離。

（2）電鍍銅/鎳/金厚度控制在要求范圍以內(nèi)，不低于下限，也不高于上限，確保每層銅厚都在公差范圍內(nèi)；

（3）阻焊厚度控制在10 μm～30 μm以內(nèi)。

4.3 激光控深

在激光控深工藝中，激光的對(duì)位精準(zhǔn)度高達(dá)25 μm以內(nèi)。而目前大多數(shù)用于工廠的激光設(shè)備主要分為兩種：（1）紫外線的ND：YAG-UV（釔鋁石榴石紫外線）激光機(jī)（簡(jiǎn)稱UV 激光機(jī)臺(tái)）；（2）紅外線的CO2激光機(jī)（簡(jiǎn)稱CO2激光機(jī)臺(tái)）。這兩種設(shè)備各有優(yōu)勢(shì)，但出于成本、定位精度、操作便捷性考量，此類需要設(shè)計(jì)擋銅的PCB產(chǎn)品都是采用CO2激光。CO2激光機(jī)臺(tái)所配有的“電流計(jì)反射鏡”與“小管區(qū)移換”的定位系統(tǒng)可以將對(duì)位精度控制在20 μm以下。同時(shí)針對(duì)CO2紅外線對(duì)銅箔不到10%的吸收率，可直接使用擋銅控深技術(shù)，保證基板單面擋銅經(jīng)過(guò)選鍍的區(qū)域可以不被激光燒穿。

4.4 阻抗控制

L3撓性板區(qū)阻抗50Ω±5Ω，成品中值線寬LW=53 μm（原稿線寬LW=50.04 μm），L3對(duì)應(yīng)L4網(wǎng)格銅；

L3剛性板區(qū)阻抗50Ω±5Ω，成品中值線寬LW=46 μm（原稿線寬LW=50.08 μm），L3對(duì)應(yīng)L4網(wǎng)格銅&L2網(wǎng)格銅；

L4撓性板區(qū)阻抗50Ω±5Ω，成品中值線寬LW=53 μm（原稿LW線寬=50.04 μm），L4對(duì)應(yīng)L3網(wǎng)格銅；

L4剛性板區(qū)阻抗50Ω±5Ω，成品中值線寬LW=46 μm（原稿線寬LW=50.08 μm），L4對(duì)應(yīng)L3網(wǎng)格銅和L5網(wǎng)格銅；

小結(jié)：內(nèi)嵌式焊盤剛撓結(jié)合 PCB單端阻抗的線寬統(tǒng)一補(bǔ)償16 μm（見(jiàn)表1所示），生產(chǎn)按照±10%標(biāo)準(zhǔn)控制，使阻抗數(shù)值控制在要求范圍以內(nèi)。

表1 內(nèi)嵌式焊盤剛撓結(jié)合PCB阻抗測(cè)量數(shù)據(jù)表

5 產(chǎn)品可靠性測(cè)試

5.1 焊錫性測(cè)試

（1）測(cè)試方法：浸錫；

（2）測(cè)試條件要求與結(jié)果判定，見(jiàn)表2所示。

表2 內(nèi)嵌式焊盤剛撓結(jié)合板PCB焊錫性測(cè)試

5.2 冷熱沖擊測(cè)試

（1）測(cè)試設(shè)備：冷熱沖擊測(cè)試機(jī)；

（2）測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：IPC-TM-650標(biāo)準(zhǔn)2.6.7；

（3）測(cè)試條件：-40 ℃/15 min，125 ℃/15 min，轉(zhuǎn)換時(shí)間≤2 min，全熱循環(huán)100次；

（4）測(cè)試結(jié)果：無(wú)爆版、無(wú)起泡、無(wú)變色、無(wú)掉油，判定合格。

5.3 耐熱沖擊測(cè)試

內(nèi)嵌式焊盤剛撓結(jié)合PCB耐熱沖擊測(cè)試記錄表，見(jiàn)表3所示。

內(nèi)嵌式焊盤剛撓結(jié)合板通過(guò)焊錫性、冷熱沖擊和耐熱沖擊測(cè)試合格，其他常規(guī)微切片分析測(cè)試均在客戶要求范圍以內(nèi)。

表3 內(nèi)嵌式焊盤剛撓結(jié)合PCB耐熱沖擊測(cè)試記錄表

6 總結(jié)及結(jié)論

本產(chǎn)品為一款6層內(nèi)嵌式焊盤剛撓結(jié)合板，包含特殊的工藝流程、內(nèi)嵌式焊盤開蓋設(shè)計(jì)、激光控深參數(shù)、板厚、阻抗等技術(shù)要求，通過(guò)系統(tǒng)研究和探索，有效地解決了內(nèi)嵌式焊盤剛撓結(jié)合板在制造上出現(xiàn)的工藝技術(shù)難題。