王小平 何思良 焦其正 紀成光

（生益電子股份有限公司 廣東 東莞 523127）

0 前言

隨著電子商務的高速發(fā)展，其數(shù)據(jù)處理量非常巨大，云端存儲需求也要求越來越大，其主板設計也越來越復雜。現(xiàn)有客戶設計主板包含N+N、深微孔、背鉆、POFV、階梯金手指、阻抗敏感板、SET2DIL測試等工藝技術(shù)。其結(jié)構(gòu)非常復雜，工藝難點非常多?，F(xiàn)本文對該主板的制作工藝進行研究，通過研究使得我司具備該復雜板的批量制作能力。

1 產(chǎn)品設計

該板為T高速板材，13+13結(jié)構(gòu)，子板階梯金手指，0.012 mmHDI孔需要填平，0.305 mm深微孔，內(nèi)外層阻抗最大值和最小值均在±10%以內(nèi)的設計，具體制板信息如表1及圖1所示。→內(nèi)層蝕刻→棕化→東城層壓→銑板邊→激光鉆孔→鉆孔→去毛刺→化學沉銅→板面電鍍→→背鉆→超聲水洗→真空塞孔→陶瓷磨板→干膜→外層蝕刻→鍍金手指→配套中心。

母板：棕化→東城層壓→銑板邊→鉆孔→去毛刺→去鉆污→化學沉銅→板面電鍍→板電檢孔→背鉆→真空塞孔→外層前處理→外層曝光→外層蝕刻→阻焊絲印→阻焊曝光→阻焊顯影→鍍金手指→

表1 試板信息

圖1 疊層結(jié)構(gòu)示意圖

2 實施方案

該板復合了N+N、深微孔、背鉆、POFV、階梯金手指、阻抗敏感板、SET2DIL等工藝技術(shù)，試板采用先制作兩個非對稱子板，深微孔，槽內(nèi)金手指在子板上進行制作，然后進行母板壓合，在母板進行背鉆、POFV等工藝制作。

2.1 工藝流程

子板：開料→內(nèi)層干膜前處理→內(nèi)層DI曝光字符→編號→測對準度→銑板→銑階梯槽→去氧化→電子測試→插損測試→終檢→防氧涂布→包裝。

2.2 試驗方案

通過板的結(jié)構(gòu)設計來看，在制作過程中會存在諸多難點，特別是子板奇數(shù)層設計，孔到線設計距離較近，多種類型孔同時存在，板材插損要求等，故針對以下難點進行專門制作研究如表2所示。

3 試驗結(jié)果

3.1 層壓控制

從產(chǎn)品疊層結(jié)構(gòu)來看，子板為13層奇數(shù)層，結(jié)構(gòu)非對稱。從受力分析來看，子板壓合后會存在翹曲問題。如果存在翹曲會對子板層壓后的制程造成影響，為避免此問題，故將層壓程序中的冷壓段進行延長壓板（圖2）以便釋放高溫冷卻過程中應力。

表2 試驗方案

圖2 層壓料溫曲線圖

通過對層壓跟進，層壓的升溫速率，高溫固化時間，轉(zhuǎn)壓點等參數(shù)均符合板材要求（表3）。通過延長冷壓時間釋放層壓應力改善子板翹曲問題，從實際的測量結(jié)果來看，最大翹曲度為3.0 cm（見圖3），這對子板后面鉆孔、樹脂塞孔等工序仍然存在較大影響，后續(xù)將通過調(diào)整疊層結(jié)構(gòu)進行改善。因子板存在翹曲問題，在芯板漲縮測數(shù)的過程中會出現(xiàn)兩個子板偏差較大的情況。然而從疊構(gòu)來看，兩個子板疊構(gòu)一樣，通過分析發(fā)現(xiàn)X-RAY設備抽真空的位置僅為最中間的部分區(qū)域（圖4a），在測數(shù)過程中，可將01-13L子板吸附平整，但是無法將14-26L子板吸附平整，四角仍然翹曲，如圖4b所示。整體對準度最大達到0.150 mm，達不到母板對準度≤0.127 mm的要求，如圖7所示。通過再次優(yōu)化拉伸系數(shù)，測數(shù)時對板子板進行編號，銑板邊編號與該編號對應壓板，母板壓合時根據(jù)子板拉伸情況進行配板如圖6所示。通過跟進調(diào)整后兩個子板對準度良好，如圖7所示。

4.2 鉆孔對位精度

通過前期策劃時，發(fā)現(xiàn)0.25 mm VIA孔到銅0.203 mm，背鉆孔到線0.127 mm，對于兩次壓合且層數(shù)較高單板來說難度是非常高的，且工藝復合了深微孔，從工藝流程優(yōu)化考慮，深微孔在子板上進行制作。通過激光鉆孔后，使用百倍鏡檢查首板及抽檢孔底均無殘膠、崩孔、燒穿等質(zhì)量問題（圖8）；采用CCD鉆機進行鉆孔；以X-RAY標靶孔為對位孔，多次進行CCD抓靶確認抓靶精度OK再進行鉆孔（圖9）；因子板具有一定的翹曲度，用普通膠帶無法將板平整的固定在臺面，所以采用粘性更強的牛皮膠將板四周固定，避免因板翹曲導致鉆偏，如圖10所示。

通過以上控制措施，試鉆后采用X-RAY檢查內(nèi)層，子母板鉆孔的孔位均較正，如圖11所示。

表3 層壓實際料溫結(jié)果

圖3 層壓后子板翹曲圖

在測數(shù)過程中，將14-26L子板正常測試和將四角貼平（如圖4c），重新測試數(shù)據(jù)，兩次測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)長邊（Y方向）相差約0.179 mm，短邊（X方向）差約0.051 mm，具體數(shù)據(jù)如圖5所示。

通過TC FA（Thin core first article）伸數(shù)據(jù)調(diào)整后，子板拉伸數(shù)據(jù)相差較小，長方向偏差為0.051mm，短方向偏差為0.076 mm。在母板壓合后

3.3 通盲孔制作

VCP填孔線主要分為閃鍍和填孔兩個階段進行電鍍填平，電鍍盲孔填孔的原理普遍認可的是CDA原理。CDA（Convection-dependent Adsorption）對流相關(guān)性吸附模型，是基于電鍍藥水中加速劑與抑制劑在不同氯離子濃度條件下的競爭吸附建立的模型。一般認為電鍍填盲孔的過程可分為三個階段：起始期、爆發(fā)期和回復期。電鍍不同階段由于受到Cu2+濃差擴散、添加劑的吸附與脫附以及電解還原等影響，盲孔底部與面銅的電沉積速率之比在填孔過程中不斷變化[1]。但其對通孔的深鍍能力相對較差，通盲孔電鍍制作時，盲孔填平通孔孔內(nèi)的鍍銅孔口厚（圖12a），孔中間?。▓D12b），深鍍能力20%，不能滿足≥60%的要求。且盲孔仍然存在約18 μm的凹陷（圖12c），不能滿足客戶完全填平要求≤10 μm。

圖4 芯板漲縮測數(shù)圖

圖5 芯板漲縮測數(shù)圖

圖6 母板壓合圖

圖7 母板對準度圖

圖8 深微孔鉆孔圖

圖9 CCD對位精度圖

圖10 子板鉆孔圖

圖11 鉆孔與內(nèi)層對位精度圖

圖12 VCP電鍍孔圖

為解決以上通孔孔口與孔中鍍銅均勻性，采用脈沖電鍍：脈沖電鍍?yōu)殚g斷電路電鍍，指在某一時間出現(xiàn)正向電流而在另一時間出現(xiàn)反向電流[2]，通常情況正向電流時孔口鍍銅比孔中要厚，反向電流將鍍銅藥水中的光亮劑在孔口銅進行分解，導致孔口鍍銅速率相比孔中慢，從而使孔中心鍍銅厚度接近表面和孔口鍍銅銅厚[3]。根據(jù)以上脈沖的原理分析，調(diào)整了脈沖波形，先將孔口鍍銅進行反向分解，再通過加厚的方式使得通孔深鍍能力85%（圖13a和b）。

對于盲孔凹陷問題，因子、母板需要進行外層敏感阻抗線的制作，經(jīng)過VCP+脈沖電鍍后，面銅厚度相對較厚，故采用將盲孔蓋膜進行減銅，再通過砂帶磨板進行磨平，盲孔凹陷最大8 μm（圖13c），達到了客戶要求。

圖13 脈沖電鍍孔圖

3.4 插損測試失效分析

PCB單元內(nèi)的插損測試模塊抽測發(fā)現(xiàn)L1、L16、L26三個層次出現(xiàn)LOSS超差異?，F(xiàn)象，具體數(shù)據(jù)如表4所示。

從以上測試異常數(shù)據(jù)來看，主要異常層數(shù)在外層L1和L16層（表4和圖14），故對異常數(shù)據(jù)分析。在跟進分析過程中采用信號插損模塊 為監(jiān)控，差分線內(nèi)兩條單線的信號傳輸時間差值SKEW（玻纖效應）較大，絕對值達到了15 ps～41 ps，而正常要求±4 ps以內(nèi)（見圖15）。

圖14 異常圖片

圖15 異常模塊 信號輸出時間差值分析

PCB的介質(zhì)層由環(huán)氧樹脂以及嵌在環(huán)氧樹脂中的玻纖布交織混合組成，由于玻纖布的相對介電常數(shù)與環(huán)氧樹脂存在較大差異（一般環(huán)氧樹脂的介電常數(shù)在3左右，玻纖布的介電常數(shù)在6左右），因此該介質(zhì)層的介電常數(shù)取決于玻璃纖維與樹脂的介電常數(shù)及其在介質(zhì)層中所占的體積比。由于介質(zhì)層中經(jīng)緯向玻纖之間存在重疊和空隙區(qū)域，將傳輸線與基板邊緣成0°或者90°角方向布線，這樣會導致傳輸線方向與玻纖束的經(jīng)緯向相平行，此時可能會出現(xiàn)以下兩種極限情況：傳輸線在經(jīng)/緯向玻纖束正上方或傳輸線在兩根經(jīng)/緯向玻纖束中間。這樣一對差分線中兩根信號線所在環(huán)境的DK值就存在差異。由于信號傳輸速度與介質(zhì)層介電常數(shù)的平方根成反比，同一對差分信號傳輸在不均勻介質(zhì)上時，兩根差分信號線間會產(chǎn)生不同的信號延遲，從而導致信號偏斜失真（Skew），這就產(chǎn)生了玻纖效應[4]。

圖16為L16層差分信號層的切片圖片，由于1080玻璃布（L15層與L16層之間）的pitch是17～18 mil（432 μm）左右，差分線的pitch（W+S）是0.229 mm左右，圖14單線L1位置處于玻纖布孔限處，其樹脂含量高；單線L2處于玻纖布交織位置，兩個所處的DK差異最大，導致SKEW較大。

圖16 差分信號分析圖

從實際生產(chǎn)板的設計圖形來看，該板未做傾斜設計，單元板內(nèi)的插損信號線與玻璃布平行設計，這樣則會導致玻纖效應。為了減輕玻纖效應對信號損耗的影響，通常采用如下設計：（1）通常采用玻纖排布更加密集、間隙更小的玻纖布（如扁平E-玻纖布）或者將差分線pitch值設計較大越靠近玻布pitch數(shù)值；（2）采用介電常數(shù)與樹脂更加接近的玻纖布（NE-玻纖布）；（3）采用兩張或者多張PP的堆疊設計。同時，設計時使傳輸線不平行于經(jīng)緯向布線，將傳輸線走線方向旋轉(zhuǎn)2～3°即可有效地減輕問題，而5～10°的旋轉(zhuǎn)就足以規(guī)避玻纖效應。通過與客戶溝通，將拼圖進行選擇3°設計，制作成品進行測試，插損均符合要求。

5 總結(jié)

本文通過研究成功解決了13+13奇數(shù)非對稱子板壓合的對準度偏位問題，整體層偏控制在0.127 mm以內(nèi)；子母板通過CCD自動拉伸對位鉆機滿足N+N結(jié)構(gòu)一鉆孔到銅0.203 mm，背鉆孔到線0.127 mm的制作能力；通過VCP+脈沖電鍍（特殊的復合波形）組合實現(xiàn)了對HDI孔、深微孔以及通孔的一次電鍍，避免了通盲孔拆分增加制作周期和成本；找到了客戶設計所帶來的插損偏差的原因，通過優(yōu)化拼圖設計解決Skew帶來的插損偏差。在上述基礎(chǔ)上實現(xiàn)了N+N、深微孔、背鉆、POFV、階梯金手指、阻抗敏感板、SET2DIL測試復合工藝技術(shù)云存儲主板產(chǎn)品的制作。