高多層超長高速背板工藝研究

唐成華 黃克強(qiáng) 黃建國 張長明

（深圳市博敏電子有限公司，廣東 深圳 518103）

0 前言

在“互聯(lián)網(wǎng)+”和大數(shù)據(jù)飛速發(fā)展的大背景下，各國已經(jīng)將大數(shù)據(jù)視為國家未來競爭力的主要體現(xiàn)，均將大數(shù)據(jù)列為國家重點發(fā)展戰(zhàn)略。在我國，國家提出了大數(shù)據(jù)國家發(fā)展戰(zhàn)略，把大數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源，加快推動數(shù)據(jù)資源的共享開放和開發(fā)應(yīng)用，助力產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和社會治理創(chuàng)新。[1]目前隨著網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，IPTV、OTT及視頻網(wǎng)站、社交網(wǎng)站、微博、微信公眾號、各類直播App等網(wǎng)絡(luò)新媒體和自媒體逐漸占據(jù)了用戶的眼球，而這些音視頻節(jié)目需要大量的數(shù)據(jù)收集分析，從不同人群的喜好和觀看時間段等分類，推送安排不同節(jié)目，提升收視率，大數(shù)據(jù)分析的效益日益凸顯。本文主要介紹一種應(yīng)用于音視頻節(jié)目大數(shù)據(jù)分析的超長背板，采用背鉆壓接孔、34層超長板設(shè)計，講解印制電路板（PCB）背板制作過程的難點與解決方案。

1 產(chǎn)品解析

PCB從常規(guī)的多層設(shè)計向高速度、高密度、高多層（10層以上）轉(zhuǎn)化，高速高多層高密度將是未來PCB發(fā)展的重要方向。本文研究的產(chǎn)品除具有高速高多層高密度等特性外，還增加超長屬性，成品尺寸長度×寬度為990 mm×253 mm。其L1-L16有盲孔，且超長板無法使用銷釘（Pin）定位方式做層壓，研發(fā)產(chǎn)品總疊層厚度約5.0 mm，在層壓過程中有潛在滑板的風(fēng)險，故設(shè)計了二次壓合流程，層壓疊構(gòu)如圖1所示，高多層超長高速背板的產(chǎn)品參數(shù)如表1所示。

表1 高多層超長高速背板的產(chǎn)品參數(shù)

圖1 層壓疊構(gòu)圖

2 過程難點及解決方案

2.1 層間對準(zhǔn)度

內(nèi)層開料后烤板180 ℃、4 h，超長板內(nèi)層轉(zhuǎn)序使用硬板支撐，避免板角折彎影響線路制作；內(nèi)層使用LDI（激光直接成像）雙臺面機(jī)曝光生產(chǎn)，開料后需要在板邊鉆出鉚釘孔，LDI使用鉚釘孔定位曝光，單臺面曝光受尺寸限制無法生產(chǎn)，合并兩個臺面滿足超長板的尺寸要求；曝光精度設(shè)置25 μm內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)，蝕刻首板使用X-ray觀察同心圓偏位情況，切片確認(rèn)4個角的重合度。

壓合考慮到各層殘銅率差別較大，一次壓合較難填充，策劃兩次壓合滿足可靠性要求；此板開料尺寸較大，壓合前的定位固定方式很重要，OPE（內(nèi)層蝕對位沖孔機(jī)）和普通熱熔機(jī)無法生產(chǎn)，高精度銷釘方式對位治具也無法滿足生產(chǎn)，只能手工打靶鉚合生產(chǎn)。

第一次試板在板邊的12個鉚釘圖形為基準(zhǔn)，正常鉚合后照X-ray確認(rèn)層間對準(zhǔn)度的同心圓，保證層間對準(zhǔn)度在0.05 mm以內(nèi)再壓合，雖然鉚合后同心圓較正，但是壓合后發(fā)現(xiàn)層間錯位較嚴(yán)重，分析為壓合過程中壓力不均偏移[2]。

為改善壓合過程中的層偏問題，鉚合效果非常關(guān)鍵，優(yōu)先在板子四個角和長邊中間套入6個鉚釘，然后一層一層的疊加上去，鉚合后反面再打6個鉚釘，采用正反鉚合的方式保證板面平整、受力均勻，如圖2所示。

圖2 正反鉚合示意圖

另外優(yōu)化壓合程序，該材料的升溫速率要求1.6～2.4 ℃/min，高溫段保持時間大于80分鐘，上高壓點的料溫控制在80～130 ℃；根據(jù)壓合FA（首件）的實際料溫曲線，調(diào)整上高壓的時間點，在保證上壓點的時間段內(nèi)往后延長，由90 ℃調(diào)整為120 ℃上高壓，有效改善了壓合過程中的層間錯位問題?？紤]到壓合板厚5.0 mm，排板層數(shù)不宜太多，按照每盒排兩層生產(chǎn)，不夠高度時使用鋼板墊高，鋼板之間放2張牛皮紙緩沖，上下使用20張全新牛皮紙。

2.2 壓接孔背鉆

2.2.1 背鉆孔堵孔問題

該產(chǎn)品壓接孔0.4 mm孔徑需要背鉆，背鉆深度2.8 mm，背鉆殘樁小于0.15 mm，不允許樹脂塞孔和阻焊劑入孔問題，常規(guī)策劃的背鉆容易粉塵堵孔[3]，板厚5.0 mm，厚徑比12.5，高壓水洗無法沖干凈。為解決背鉆孔堵孔問題，特進(jìn)行DOE試驗改善見表2、表3所示，鉆孔參數(shù)選擇厚銅板參數(shù)和降低30%的參數(shù)對比；流程策劃考慮銅厚對鉆孔粉塵的影響，板電后孔銅厚度控制7～12 μm，圖電后孔銅厚度控制22～26 μm，驗證背鉆時孔銅的影響；背鉆后銅渣的蝕刻處理，驗證鍍錫后蝕刻的改善效果。

表2 DOE影響因子表

表3 DOE試驗結(jié)果表

經(jīng)過試驗，從主效應(yīng)圖（圖3）可以看出銅厚影響最大，其次蝕刻銅渣可以改善堵孔問題；從交互作用圖（圖4）可以看出，方案中的三個因子無明顯交互作用影響；最優(yōu)參數(shù)：板電后鍍錫+背鉆+蝕刻。

圖3 主效應(yīng)圖

圖4 交互作用圖

2.2.2 背鉆精度的控制

背鉆位置孔到線距離只有0.15 mm，背鉆孔孔徑不適合加大0.1 mm生產(chǎn)，只能加大0.05 mm設(shè)計背鉆孔孔徑，背鉆偏位會導(dǎo)致鉆斷線或背鉆短路問題；工程資料需在板子工藝邊的4個角設(shè)計切片孔試驗板，在內(nèi)層有線路的層次銅環(huán)距離背鉆孔0.1 mm，保證首板生產(chǎn)時的4個角精度合格才能生產(chǎn)，背鉆切片孔試驗效果如圖5，確保背鉆位置無偏位傷銅現(xiàn)象。設(shè)計4個角的背鉆試驗板保留其中兩層的銅環(huán)，可以清晰的看到背鉆位置與銅環(huán)的距離偏差是多少，避免很多層銅環(huán)的干擾，影響背鉆系數(shù)的調(diào)整。

圖5 背鉆切片孔效果圖

2.3 阻抗控制

該產(chǎn)品外層線寬/線距0.1/0.1 mm，阻抗公差10%，元件面的線路均為差分阻抗線，焊接面大銅皮設(shè)計，對于超長板的銅厚均勻性要求高，且線路圖形分布不均；如果策劃負(fù)片流程可以避免線路圖形分布不均的影響，但是背鉆位置無法干膜掩孔；策劃正片鍍錫流程容易導(dǎo)致局部線路位置厚銅夾干膜問題[4]，線寬精度控制會影響阻抗一致性。為改善表銅均勻性，沉銅后策劃兩次板電，VCP電流密度2.0ASD，第二次VCP電鍍時夾點掉頭鍍，板電后測量表銅見表4、表5、表6，銅厚控制在20～26 μm。

表4 C面銅厚均勻性測試數(shù)據(jù)

表5 S面銅厚均勻性測試數(shù)據(jù)

表6 銅厚均勻性測試結(jié)果

計算公式：銅厚均勻性＝（1－COV）×100%

圖形電鍍時使用普通龍門線電鍍，小電流長時間電鍍改善鍍銅均勻性，參數(shù)1.0 A/dm2、100 min，滿足孔銅大于20 μm的要求。元件面差分阻抗線附近空曠區(qū)域鋪假銅搶電流見圖6所示，降低圖形分布不均的影響；在做完外層蝕刻后，安排做二次線路負(fù)片蝕刻掉假銅，有效地避免了因圖形分布不均導(dǎo)致高低電位差的影響，提升鍍銅均勻性和蝕刻線寬均勻性。阻抗測試數(shù)據(jù)見表7、表8所示；阻抗過程能力分析見圖7所示。

圖6 鋪假銅示意圖

圖7 阻抗過程能力分析

表7 單端阻抗50 Ω測試數(shù)據(jù)表

表8 差分阻抗100 Ω測試數(shù)據(jù)表

2.4 成品測試

上述描述了部分關(guān)鍵制程，最終加工的成品效果，外觀良好，電測和低阻測試合格，熱應(yīng)力測試無分層爆板，孔內(nèi)銅層完好無拉裂等不良現(xiàn)象。實樣部分如圖8所示。

圖8 產(chǎn)品實樣

3 總結(jié)

通過正反鉚合方式，優(yōu)化壓合參數(shù)改善層間對準(zhǔn)度；試驗不同背鉆流程得出最佳的背鉆參數(shù)和流程，改善背鉆孔粉塵堵孔問題；外層線路流程板電使用VCP掉頭鍍，圖形電鍍增加鋪假銅改善高低電位差，完成線寬的精度控制，阻抗公差得到保障；對應(yīng)各項電性能測試和可靠性均滿足產(chǎn)品要求；可以作為后續(xù)類似高多層超長PCB產(chǎn)品的加工參考。