黃 力 曹小冰 楊潤伍 羅家偉

（珠海方正科技高密電子有限公司，廣東 珠海 510310）

0 前言

為了滿足通訊產(chǎn)品高速、高信息量的需求，加大散熱面積和加強表面元器件的安全性，需設計凹陷階梯區(qū)域固定元器件，階梯狀印制電路板（PCB）設計應運而生[1]。5G通信服務器產(chǎn)品需PCB設計存在布線密度大，導致高多層（20層以上）高密互聯(lián)設計；不但板內(nèi)分布著功能多樣低速差分與高速差分，同時還有幾十對PCIE（周邊元器件快速互連）。為了滿足PCIE的標準板厚1.6 mm，同時滿足單板高多層的設計需要，板邊階梯式板邊插頭設計就是一個理想的選擇。

階梯PCB加工，行業(yè)多有研究，且難點在于既要避免階梯槽底壓合過程半固化片流膠過大至階梯槽內(nèi)污染槽底線路，又要避免槽底四周（槽底拐角處）流膠不足帶來介質(zhì)層填充不完整，影響電氣性能[2]。為進一步保證階梯板的品質(zhì)可靠性，階梯板同時還需控制階梯區(qū)域無裂紋、無分層爆板等，過程需重點監(jiān)控此類品質(zhì)核心。本文介紹一款整體22層無工藝線5G通信服務器階梯板邊插頭產(chǎn)品的關(guān)鍵制作技術(shù)。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和流程設計

1.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)基本特點

本文介紹的無工藝線階梯板邊插頭板疊構(gòu)如圖1所示，實物圖及階梯位微切片圖如圖2所示，特點如下。

圖1 PCB疊構(gòu)示意圖

圖2 PCB實物圖

（1）PCB主體為22層，板厚為（2.6±0.25） mm，階梯板邊插頭位為L1/L14層，板厚為（1.6±0.14） mm；

（2）階梯槽區(qū)域位于板邊，側(cè)壁非金屬化；L14層階梯區(qū)域有覆蓋阻焊劑絕緣要求；

（3）階梯槽區(qū)域?qū)卓讟渲?，機械盲埋孔板，采用M＋N結(jié)構(gòu)壓合；

（4）表面處理：OSP（元件面/焊接面）＋電鍍厚金（L1/L14層無工藝線板邊插頭）；

（5）阻抗控制（內(nèi)層部分阻抗控制±8%）；

（6）其余特點包含：①R-5725S高速材料（M4S級）、②系統(tǒng)HDI（高密度互聯(lián)）、深微孔、③小孔背鉆、④錐形孔。

1.2 無工藝線階梯指狀插頭板流程設計

通過內(nèi)部研討對比階梯板特點并結(jié)合客戶實際要求，此無工藝線階梯指狀插頭板制作工藝流程設計如下。

子流程①：（L2-L13層）開料→……→（1/14 L）壓合→機械鉆孔→PTH+整板鍍銅→真空塞孔→樹脂研磨→內(nèi)層圖形（僅做L14層圖形）→內(nèi)層蝕刻→內(nèi)層AOI→印抗鍍劑→二次干膜→插頭鍍金（L14）→退膜→三次干膜→堿性蝕刻→退膜→絲印阻焊→貼膠帶（板邊插頭區(qū)域）→壓合（壓銅箔）→（UV）激光成型（切割銅箔）→棕化；

子流程②：（L16-21）開料→內(nèi)層圖形→內(nèi)層蝕刻→內(nèi)層AOI→棕化→（15/22L）壓合→內(nèi)層圖形（僅做L15層圖形）→內(nèi)層蝕刻→內(nèi)層AOI→棕化；

成品板流程：壓合（子流程①芯板+子流程②芯板）→……→外層圖形→酸性蝕刻→外層AOI→阻抗測試→防焊+后固化→阻抗測試→印抗鍍劑→二次干膜→插頭鍍金（L1）→退膜→三次干膜→堿性蝕刻→退膜→絲印字符→二次鉆孔→控深銑→一次銑→激光（CO2）鉆孔（揭蓋切割）→成型→斜邊→電測試→后工序。

正常情況下制作有工藝線階梯板邊插頭，為了優(yōu)化流程、節(jié)約成本，板邊插頭電金均是在控深銑后，外層及階梯區(qū)域一起制作。此類流程設計缺點在于階梯槽區(qū)域內(nèi)的板邊插頭棕化層及流膠難以有效去除，導致階梯槽區(qū)域板邊插頭鍍金金面粗糙、電鍍不上金等品質(zhì)不良。

但作為5G通訊服務器產(chǎn)品，需重點考慮傳輸數(shù)據(jù)的高速化，板邊插頭前端做無工藝線處理同時需考慮品質(zhì)。由于有臺階的存在，無法像常規(guī)階梯板邊插頭板一樣在控深銑后一起進行板邊插頭電金，而后再進行蝕刻引線。只能在制作子板時進行電金蝕刻完引線后再壓合，待外層完成電金后，最后進行控深銑揭蓋完成無工藝線階梯板邊插頭的制作。此類流程設計缺點在于流程長，成本高；但能滿足階梯板邊插頭的品質(zhì)。

2 過程重點難點控制及制作

2.1 M+N結(jié)構(gòu)壓合層間對準度控制

本文研究的無工藝線階梯板邊插頭板在制作過程中需進行兩次壓合；第一壓合為1/14 L及15/22 L兩子板分別壓合，同時子流程1/14 L需機械鉆孔并樹脂塞孔。第二次將1/14 L子板與15/22 L子板通過常規(guī)PP進行壓合得到完整PCB。這類兩次壓合，且兩個子流程芯板不對稱的壓合（M＋N結(jié)構(gòu)壓合），需要考慮不同芯板的過程漲縮，也要考慮壓合時整體的漲縮情況。對位的控制是該產(chǎn)品的重點難點之一；壓合對準度與層偏工藝技術(shù)制作如下：

（1）常規(guī)控制要求：烤板釋放芯板熱應力、子板流程時需同時制作L14與L15層及按漲縮范圍分堆。

（2）內(nèi)層設計兩套獨立同心圓，L14與L15層單獨設計一套同心圓（如圖3所示），便于二次壓合確認層偏情況。

圖3 兩套同心圓設計示意圖

（3）芯板內(nèi)層與子板內(nèi)層均設計16個鉚釘孔模塊（需錯位），壓合采用8熔合+16鉚合（間隔正反鉚合）。熔合時每次僅生產(chǎn)1 pnl，同時每次首件需檢測兩套同心圓偏移情況（如圖4所示）。

圖4 同心圓偏移情況圖

（4）壓合采用小壓機單獨進行壓合；疊板每個BOOK限6 pnl，高度不夠采用全新牛皮紙加墊。

L1/14層子板與L15/28層子板壓合后，測量壓合層間偏移量（PNL偏移量）：77.11～105.83 μm。具體數(shù)據(jù)如圖5所示，滿足層偏要求≤127 μm；制程能力分析（如圖6所示）Cpk＝1.36＞1.33，滿足批量生產(chǎn)制作要求。

圖5 壓合層間偏移量表 （單位：μm）

圖6 壓合層偏制程能力圖

2.2 階梯區(qū)域絕緣阻隔管控

隨著UV激光成型在行業(yè)內(nèi)的廣泛應用，采用UV激光切割銅箔既得到想要的輪廓尺寸又不傷及PCB防焊油墨及相關(guān)線路。各種材料對UV及CO2激光的吸收能力不同。UV光可被樹脂及各種金屬材料吸收[3]。UV激光加工可以依據(jù)被加工材料的厚度進行加工速度與激光脈沖進行調(diào)整；此類加工的優(yōu)點：（1）作用時間更短；（2）切口更細；（3）已無明顯熱影響；（4）尺寸精度更精準。

制作階梯槽的常規(guī)方法主要是采用低流動半固化片（LF-PP）壓合+控深銑（激光）開蓋工藝或內(nèi)層開槽填充硅膠、聚四氟乙烯墊片、離型膜等緩沖材料壓合后開蓋的工藝生產(chǎn)[4]。本文采用銅箔阻隔PP流膠方式制作階梯指狀插頭板對傳統(tǒng)制作工藝進行優(yōu)化。

階梯區(qū)域絕緣阻隔制作涉及工序及注意事項為：

（1）網(wǎng)印阻焊：只做L14層防焊，控制對位精度±0.038 mm（1.5 mil）；防焊后嚴禁烤板，直接插架出下工序；（2）壓合（壓銅箔）：L14層壓一張厚12 μm的銅箔，光面朝L14層，粗糙面朝上；采用中Tg板材參數(shù)壓合（可混壓）；壓合后嚴禁撕掉銅箔，僅撕掉邊緣，露出CCD對位孔即可；（3）（UV）激光成型（切割銅箔）：激光成型去除L14層壓上去的額外銅箔；撕完銅箔后全檢是否完全覆蓋阻焊位置，防止撕損阻焊區(qū)的銅箔；（4）棕化：棕化后全檢阻焊區(qū)銅箔是否有脫落異常、破裂；階梯區(qū)域額外壓上去的銅箔可以接受棕化不良的現(xiàn)象；使用插架烤板，烘板參數(shù)120 ℃×4 h（如圖7所示）。

圖7 效果圖

2.3 階梯區(qū)域揭蓋制作

無工藝線階梯板邊插頭板的制作由于階梯區(qū)域的特殊性，L14層與COMP層射擊單獨流程制作即可。最后一個重難點便是階梯區(qū)域揭蓋制作，涉及流程：控深銑+一次銑+激光（CO2）鉆孔。由于采用銅箔進行階梯區(qū)域絕緣阻隔，正好利用激光鉆孔的方式進行揭蓋制作。

L22層到L14指狀插頭層理論厚度為1.0 mm，為便于后續(xù)激光鉆孔加工，控深銑深度按0.9±0.1 mm控制，不可以銑到L14層及銅箔。采用數(shù)顯深度計測量控深銑深度，生產(chǎn)前需做首件量測，批量生產(chǎn)過程需抽測控深銑深度，如圖8所示。

圖8 控深銑深度測量圖

便于激光鉆孔后能快速實現(xiàn)階梯區(qū)域揭蓋，調(diào)控控制激光鉆孔加工參數(shù)。先控深銑再一次性成型，目的防止一次銑后需揭蓋的階梯位置松動導致影響控深銑的加深度工精度。

由于采用銅箔做階梯區(qū)域的絕緣阻隔，銅對CO2激光的吸收率很低，所以 CO2不能直接對HDI（高密度互連）板的銅箔進行鉆孔加工[5]。故銅箔能對下面的防焊層有一定的保護作用，采用激光鉆孔的方式對控深銑余厚直線切割完成最終的揭蓋。需要注意管控的是首件確認激光鉆孔能量，能輕松揭蓋的同時避免激光鉆過蝕傷及L14層防焊及線路。

2.4 階梯區(qū)域可靠性驗證

此產(chǎn)品可靠性驗證重點為階梯區(qū)域，需保證無裂紋、無分層爆板。過程及成品可靠性驗證合格，具體檢測標準及情況如圖9所示。

圖9 可靠性驗證圖

4 結(jié)論

（1）銅箔阻隔PP流膠方式在不需要PP開槽及芯板開槽的情況下制作階梯板邊插頭板；從本款產(chǎn)品結(jié)果來看階梯區(qū)域無裂紋、無分層爆板現(xiàn)象，同時無流膠污染階梯區(qū)域及板邊插頭；能滿足相關(guān)品質(zhì)要求。

（2）基于此款產(chǎn)品基本信息特點結(jié)合產(chǎn)品工藝流程，子流程中：內(nèi)層圖形（L1/14）&內(nèi)層圖形（L15/22）、網(wǎng)印阻焊（L14）、（UV）激光成型、壓合（壓銅箔）等；成品板流程中：壓合（子流程①芯板＋子流程②芯板）、控深銑、激光（CO2）鉆孔等為關(guān)鍵工序，需要重點管控。

（3）由于流程復雜且長，許多工序需反復制作；特別是各工序相關(guān)要求及資料選用一定要留意，避免看錯要求或用錯資料導致返工、報廢。