張軍杰 韓啟龍 龔 偉 季 輝

（深圳崇達多層線路板有限公司，廣東 深圳 518132）

1 前言

隨著集成電路等元件的集成度提高及其I/O數(shù)的增加、電子組裝技術的進步和信號傳輸?shù)母哳l化和高速數(shù)字化的發(fā)展，以及電子設備高速發(fā)展的升級與換代需求，有一類PCB漸漸走向承載功能子板、信號傳輸及電源傳輸?shù)裙δ苌?，而其信號處理功能逐漸弱化，該類PCB即為背板。背板一直是PCB制造業(yè)中具有專業(yè)化性質的產(chǎn)品，屬于PCB中的高端產(chǎn)品。背板作為關鍵元件之一，廣泛應用于通訊、航天、超級計算機、醫(yī)療設備、軍用基站等重要場合。此類板具有板子尺寸大、層數(shù)高、厚度大、孔徑縱橫比高等特點，背板（Backplane或Back panel）是指具有線路和眾多排插孔，主要用于承載其它功能性子板和芯片，起到高速信號傳輸?shù)囊活愑≈凭€路板。此類板具有板子尺寸大、層數(shù)高、厚度大、孔徑縱橫比高等特點。

目前，行業(yè)內能批量生產(chǎn)大背板的廠家屈指可數(shù)，大尺寸背板的生產(chǎn)與開發(fā)是PCB制作企業(yè)技術能力的重要體現(xiàn)，大尺寸背板生產(chǎn)對PCB制造企業(yè)來說即是挑戰(zhàn)也是機遇，在高難度制作的同時往往也會帶來高附加值的利潤。我公司作為一個快、樣板特色PCB制造商，對大背板的生產(chǎn)開發(fā)也高度重視，有幸接到了長沙國防科技大學天河云2號超級計算機上用的大尺寸背板（660 mm×810 mm），下面就以此款板為例介紹壓合工序的關鍵技術。

2 材料選擇與工程資料設計

2.1 材料的選擇

大尺寸背板需要有良好的電氣性能、耐熱性及抗老化性能，一般選擇耐熱性好、可靠性好等各方面性能穩(wěn)定的高Tg值板材（選用Tg值≥170 ℃的FR4板料及半固化片PP）。故在選擇材料時需要綜合考慮，表1為不同廠家材料性能從板材Tg值（玻璃轉化溫度）、Td值（熱分解溫度）、X-Y-Z軸膨脹系數(shù)、T260-T288耐熱性、Dk值（介電常數(shù)）、Df值（介質損耗）剝離強度、吸水率幾個方面進行綜合評估，板材評分高低依次為B材料＞C材料＞D材料＞A材料，按照此評估結果最終選擇了B材料進行大背板的制作。

2.2 工程資料設計

2.2.1 背板信息

表1 不同廠家材料性能指標對比

圖1 壓合結構設計圖例

2.2.2 工程設計

（1）大背板內層板邊工具圖形除需要包括靶孔、鉚釘孔、切片孔、編號孔等一系列常用工具孔外，還需要增加同心圓、漲縮PAD、層偏測試模塊三個關鍵檢查層間對準度的工具圖形。

同心圓：每個角2組，1組不加補償用于鉚合后層間對準度檢查，1組用于壓合后層間對準度的檢查，每層一個圓環(huán)，層與層之間圓環(huán)相距0.075 mm。見圖2（以8層板為例）。

圖2 同心圓設計圖例

漲縮PAD：每層設計1個實心PAD，層與層之間錯位式疊加，對所有層對應的PAD位置全部做成無銅區(qū)，以便在后續(xù)X-RAY測量漲縮時透光，主要用于壓合后測量漲縮數(shù)據(jù)來監(jiān)控層間偏差與整體偏差，從而來調內層菲林預給系數(shù)，設計時需要注意因大背板尺寸較大，一般X-RAY的最長測量距離小于700 mm，因此漲縮PAD需要設置在長邊（因板子尺寸長為810 mm，若設置在短邊將無法測量）且要保證測量距離小于700 mm。見圖3（以8層板為例）。

圖3 漲縮PAD設計圖例

層偏對位模塊：因大背板尺寸大，板子易變形，在生產(chǎn)制作過程中因控制不到位、各種設備都有對位公差存在，難免或多或少會出現(xiàn)偏差，故在板子四角分別設計一組層偏對位模塊，中間孔徑大小為1.06 mm，內層Clearance單邊依次為0、0.076 mm、0.1 mm、0.125 mm、0.15 mm、0.175 mm、0.2 mm，通過層偏測試模式來目檢監(jiān)控壓合、鉆孔、圖形的對位情況。見圖4。

圖4 層偏對位設計圖例

（2）內層圖形內添加假銅：因大背板設計的特殊性，內層芯板多數(shù)設計為一邊大銅皮一邊為線路層，導致同張芯板殘銅率相差很大，為了助于壓合時填膠均勻及平衡板厚，建議客戶在無銅區(qū)添加銅皮或假銅，同時要保留內層獨立PAD（特殊情況除外）。見圖5。

圖5 內層無銅區(qū)添加假銅前后對比設計圖例

（3）壓合填膠設計：

半固化片PP選擇：為了滿足大背板的可靠性及壓合時填膠均，優(yōu)先選用高膠薄玻纖布半固化片（一般選用RC＞60%，樹脂流動度＞40%），這樣可利于樹脂通過玻纖布滲透到無銅區(qū)；

滿足板厚介厚同時需要考慮到殘銅率、填膠量、奶油層厚度：

雙面填膠壓合后介電層厚度=全銅PP厚度-[基板銅厚1×（1-殘銅率1）+基板銅厚2×（1-殘銅率2）]

雙面填膠時樹脂層厚度（奶油層厚度一般大于5 μm）= ｛全銅PP厚度-[基板銅厚1×（1-殘銅率1）+基板銅厚2×（1-殘銅率2）]-玻布厚度｝/2 ；見圖6。

圖6 樹脂層厚度測量方法

3 壓合制作關鍵技術

3.1 鉚合制作要點

3.1.1 鉚釘與沖針的選擇

此板理論鉚合板厚在6.5 mm左右，我公司依次選擇8.5 mm、9.0 mm、9.5 mm、10.0 mm長的鉚釘均不合適，最終訂做長9.1mm的鉚釘和特制的加長15.5 mm沖針下模，正常沖針下模沖針長度為13 mm。

3.1.2 鉚合方法與步驟

鉚釘機臺面平鋪鋼板，鋼板貼上珍珠棉防止擦花，調機臺面與下模具開花刀面平齊；

鉚合時先鉚合長邊再鉚合短邊，采用兩面鉚合的方式制作，每次鉚合時不鉚合的鉚釘孔需用沖針套住才可鉚合，在鉚合過程中加釘時，因板比臺面大很多，必須把板超出臺面的部分抬起保證板面全部在一個水平面才可鉚合；如圖7。

圖7 鉚釘機臺面示意圖

如圖8所示，第一次鉚第一面2、4、9、11、7、13這6個孔（2與4、9與11同時打釘，7、13最后打）；第二次翻面打剩下的8個孔。

圖8 鉚釘示意圖

鉚合裝板時需要注意，先從層次高的芯板依次往層次低的芯板裝板，芯板的孔必須和PP的孔對齊；

X-RAY檢查頻率：以檢查板四角的無補償對位同心圓為主，同時參考靶孔無層偏為準。如圖9。

圖9 鉚合對比示意圖

3.2 排板制作要點

3.2.1 排板物料的選擇

鏡面鋼板的選擇：特指壓合工序所使用的分隔鏡面鋼板，其主要作用是導熱，其次是為壓合作業(yè)提供一個平整的臺面，目前PCB行業(yè)壓合鏡面鋼板按熱膨脹系數(shù)分為低膨脹系數(shù)鋼板和高膨脹系數(shù)鋼板。低膨脹系數(shù)鋼板主要有二種材質分別是SUS630（日本）和1.4021（德國），高膨脹系數(shù)鋼板主要有三種材質分別是SUS301（日本）、NTK S-4（日本）和RHC40（德國）。

我公司制作大背板選用的為SUS301 AS45-H高膨脹系數(shù)鋼板主要有如下優(yōu)點: AS-45H是為了用于大背板、BGA、HDI的高多層精密電路板的生產(chǎn)所特別設計的壓合用鋼板，具有最好的平坦度、很高的硬度、很長的使用壽命、很高的熱膨脹系數(shù)[（16～17×10-6/℃與銅箔的熱膨脹系數(shù)相同]，所以在壓合過程中可避免銅箔折皺、板厚介厚不均，漲縮變化大等品質問題的出現(xiàn)。

緩沖材的選擇：大多PCB生產(chǎn)廠家在排板時都會選擇牛皮紙做為緩沖材，因牛皮紙柔軟透氣，可達到緩沖受壓均勻施壓的效果，且可防止滑動，但如在高溫條件下使用，牛皮紙會逐漸失去透氣的特性，一般使用3次后必須更換。

我公司制作大背板選用的是美國Pacothane公司推出的Pacopads和Pacoplus。其中Pacopads是一種獨特的紙纖基產(chǎn)品，使用的是純凈的纖維，經(jīng)專設計用以滿足多層板制造中的性能要求，常用規(guī)格厚度0.89 mm、1.4 mm、2.2 mm幾種；Pacoplus是一種耐高溫型剝離膜，經(jīng)專門設計起到復型、緩沖作用。常用規(guī)格厚為0.5 mm左右。兩者配套使用，可以使升溫速率更均勻、板面的壓力負荷均衡分布、可以3-維成型（即可以消除X-Y-Z軸方向上的應力）、膠體流動更均勻。

3.2.2 排板方法的優(yōu)化

采用高膨脹鋼板、Pacopads和Pacoplus作緩沖材料、2層/BOOK、紅外線對位的排板方法。如圖10。

圖10 排板示意圖

3.3 壓合程序的優(yōu)化

壓合程序需要從轉壓時間、轉高壓溫度、升溫速率等幾個方面來綜合調整，表2為三種壓合程序通過測實際料溫而得到的參數(shù)。（因各廠家壓機類型不一，僅供參考）。

通過試驗數(shù)據(jù)對比，壓合參數(shù)三為最優(yōu)參數(shù)，能使樹脂的粘度曲線比較平緩，溢膠量少，可以使PP膠有效的填充層間空隙，進而控制板厚的均勻性。見表3。

4 相關測試

4.1 Tg值測試

差分掃描熱量測定玻璃態(tài)溫度和固化因素（DSC法），△Tg=0.04℃。

表2 不同壓合程序各項關鍵參數(shù)對比

表3 背板壓合程序和料溫曲線圖

圖11

4.2 可靠性測試

5 結語

以上為我公司在背板制作過程中關于工程資料設計和壓合制作技術方面的一些經(jīng)驗，希望給同行能提供幫助。

表4

[1]曾紅. 大背板壓合空洞滲銅研究[J]. 印制電路信息,2012, 04.

[2]呂永. 厚銅板壓合工藝研究[C]. 2012秋季國際PCB技術/信息論壇論文集.

[3]林金堵等. 印制電路信息[J]. 2008,12.