安 強(qiáng) 尋瑞平 曾維開 潘 捷 謝國(guó)瑜

（江門崇達(dá)電路技術(shù)有限公司，廣東 江門 529000）

（廣東省智能工控印制電路板工程技術(shù)研究中心，廣東 江門 529000）

0 前言

印制電路板（PCB）是電子元器件安裝與互連的載體，是所有電子產(chǎn)品中不可或缺的基礎(chǔ)器件，其應(yīng)用范圍極其廣泛，小到電子手表、計(jì)算器、手機(jī)，大到工控設(shè)備、通信基站、軍用武器系統(tǒng)、航空航天設(shè)備，只要存在電子元器件，它們之間的電氣連接就要使用到PCB[1]。

隨著全球5G技術(shù)的推進(jìn)，通信基站、通信終端及其衍生應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)備，對(duì)印制板提出了新的巨大增長(zhǎng)需求。并且5G由于其高頻微波特性，5G基站密度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于4G，同時(shí)各種設(shè)備的處理頻次、數(shù)據(jù)傳輸和處理速度也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于4G時(shí)代，這些核心主設(shè)備、傳輸設(shè)備、應(yīng)用設(shè)備都對(duì)PCB的性能要求更高，因而其單價(jià)也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于應(yīng)用于4G的印制板，在此背景下，布局5G通信用PCB具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大市場(chǎng)機(jī)會(huì)[2]。

文章選取了一款10層3階的高頻HDI板，集合了高密度、高集成度、輕薄等特點(diǎn)為一體的印制板產(chǎn)品，就其制作工藝流程以及技術(shù)難點(diǎn)做了詳細(xì)闡述，希望能給業(yè)界同行提供一定的參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

現(xiàn)以這款用于5G通信設(shè)備的10層3階設(shè)計(jì)的高頻高階HDI（高密度互聯(lián)）電路板為例，研究探討印制板的高階疊孔、精密線路、電鍍參數(shù)漲縮管控等制作難點(diǎn)及解決技術(shù)，產(chǎn)品的主要參數(shù)見表1所示，產(chǎn)品壓合結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

1.2 制作工藝流程

文章10層3階HDI板產(chǎn)品，通過(guò)埋孔疊孔實(shí)現(xiàn)各層電氣連接，需要經(jīng)過(guò)4次壓合，每次壓合均需經(jīng)激光鉆孔、電鍍填孔、線路圖形、蝕刻等工藝，工藝制作流程繁長(zhǎng)，管控點(diǎn)眾多，包括壓合程序優(yōu)化、孔疊孔對(duì)位、層間圖形位偏、精細(xì)線路制作等技術(shù)難點(diǎn)，產(chǎn)品具體工藝流程設(shè)計(jì)如下。

L5-L6：開料→內(nèi)層圖形→內(nèi)層蝕刻→OPE沖孔→內(nèi)層AOI（自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)）→棕化

第一次壓合L4-L7：層壓→內(nèi)層鉆孔→內(nèi)層沉銅→內(nèi)層板電→樹脂塞孔→陶瓷磨板→內(nèi)層圖形（2）→內(nèi)層蝕刻（2）→內(nèi)層AOI（2）→棕化（2）

第二次壓合L3-L8：層壓→LDD（激光直接成孔）棕化→激光鉆孔→等離子體處理→外層沉銅→整板填孔電鍍→外層圖形→外層蝕刻→阻抗測(cè)試→外層AOI→棕化（3）

第三次壓合L2-L9：層壓→LDD棕化（2）→激光鉆孔（2）→等離子體處理（2）→外層沉銅（2）→整板填孔電鍍（2）→外層圖形（2）→外層蝕刻（2）→阻抗測(cè)試（2）→外層AOI（2）→棕化（4）

第四次壓合L1-L10：層壓→打靶位孔→LDD棕化（3）→激光鉆孔（3）→退棕化→外層沉銅（3）→整板填孔電鍍（3）→阻抗測(cè)試（3）→網(wǎng)印阻焊→阻抗測(cè)試（4）→回流焊→電測(cè)→成型→電測(cè)（2）→FQC（線上最終檢驗(yàn)）→FQA（成品最終檢驗(yàn)保證）→包裝

2 結(jié)果與討論

2.1 壓合參數(shù)優(yōu)化

本研究選用的是EM285高頻高速板材，這類材料與普通材料中的壓合加工條件有很大區(qū)別，普通壓合方法無(wú)法滿足此類材料壓合后的可靠性要求。按照現(xiàn)有壓合程序分析，EM285壓合程序在溫升、固化時(shí)間、上壓點(diǎn)溫度等參數(shù)方面有優(yōu)化空間，見表2所示，所用鋼板厚度1.5 mm。

通過(guò)優(yōu)化升溫速率及上壓點(diǎn)溫度，繪制料溫曲線圖，選取最佳壓合程序?qū)厣?、上壓點(diǎn)及固化時(shí)間等鎖定在最優(yōu)狀態(tài)。由表2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，鎖定參數(shù)2作為最優(yōu)壓合條件，升溫速率在1.85～2.08 ℃/min之間，上壓點(diǎn)在80～95 ℃之間，固化時(shí)間在60 min以上，此程序下壓合保證了材料升溫速率及固化時(shí)間最優(yōu)化，提升了材料的可靠性。

表2 壓合參數(shù)優(yōu)化前后測(cè)試結(jié)果表

2.2 層間圖形偏位

對(duì)于PCB是否產(chǎn)生層間偏位，是判斷高層次、高精密度PCB成品質(zhì)量的關(guān)鍵要素。為解決層偏問(wèn)題，設(shè)計(jì)測(cè)試3組層間對(duì)位環(huán)，間距分別為0.05 mm、0.075 mm、0.10 mm，且實(shí)行以下管控措施，以獲得手機(jī)板的層間圖形對(duì)位的制程能力（客戶要求0.075 mm同心圓不相切）。層間對(duì)位環(huán)設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

圖2 層間對(duì)位環(huán)設(shè)計(jì)圖

（1）材料：基板、半固化片（PP）使用強(qiáng)度最好的玻布類型；

（2）壓合：DOE測(cè)試抓取最佳壓合參數(shù)；

（3）壓合使用均勻性最好的壓機(jī)，確認(rèn)鋼板表面品質(zhì)；

（4）圖形：L4—L7層壓合靶孔對(duì)位，量比例申請(qǐng)程式，固定漲縮，其余層別激光環(huán)對(duì)位，LDI（激光線條成像）自動(dòng)漲縮；

（5）圖形后全照X-ray確認(rèn)各層偏移狀況。

對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了X-ray確認(rèn)信賴度測(cè)試（如圖3所示），結(jié)果顯示0.05 mm均無(wú)相切現(xiàn)象，符合客戶0.075 mm不相切的層間對(duì)位精度要求，說(shuō)明通過(guò)制作過(guò)程管控，可以有效解決各層圖形層偏問(wèn)題。

圖3 X-ray檢測(cè)圖

2.3 疊孔對(duì)位技術(shù)

三階以上的HDI結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，且通過(guò)盲、埋孔結(jié)構(gòu)來(lái)增加疊層，增加了對(duì)位難度（如表3所示），需要通過(guò)靶標(biāo)設(shè)計(jì)、對(duì)位方式和流程優(yōu)化減少系統(tǒng)偏差的影響，提高對(duì)位精度。傳統(tǒng)底片成像尺寸穩(wěn)定性差是造成多層板層間對(duì)位偏差的主要原因，為保證最終的層間對(duì)準(zhǔn)度良好，選擇激光直接成像，通過(guò)LDI直接于制板上，消除了底片成像技術(shù)產(chǎn)生的偏差問(wèn)題，同時(shí)還從內(nèi)層圖形設(shè)計(jì)、對(duì)位方式的選擇等進(jìn)行控制，保證線路制作對(duì)位的精準(zhǔn)度。

表3 外層盲孔/通孔對(duì)位系統(tǒng)設(shè)計(jì)表

2.4 高精密線路圖形制作

本項(xiàng)目產(chǎn)品部分線路設(shè)計(jì)類型線寬/線距分別為50 μm/50 μm和60 μm/60 μm，線路圖形極其精細(xì)，采用常規(guī)電鍍、蝕刻方法會(huì)使面銅過(guò)厚，出現(xiàn)側(cè)蝕嚴(yán)重，線路和焊盤無(wú)法制作等問(wèn)題。本研究通過(guò)以下管控措施實(shí)現(xiàn)精密線路圖形制作，避免面銅過(guò)厚、側(cè)蝕嚴(yán)重?zé)o法制作的問(wèn)題。

管控措施如下。

（1）在圖形線路或者焊盤設(shè)計(jì)時(shí)留邊30 mm以上，設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 為線路和焊盤設(shè)計(jì)圖

（2）線寬的補(bǔ)償按照相關(guān)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來(lái)執(zhí)行，但針對(duì)特殊精細(xì)線路（如L/S≤75 μm）實(shí)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和分段補(bǔ)償，以保證L/S≤75 μm類線寬補(bǔ)償25～45 μm，最小線距為50 μm，解決線路分布對(duì)蝕刻側(cè)蝕的影響，提前測(cè)試蝕刻均勻性、DOE抓取蝕刻最佳參數(shù)。

（3）電鍍進(jìn)料面銅厚度控制在6～8 μm，DOE抓取電鍍參數(shù)，即銅箔經(jīng)微蝕減銅至（12±1）μm，再經(jīng)LDD棕化控制銅厚至6～8 μm，達(dá)到激光鉆孔銅厚條件。

（4）使用25 μm干膜進(jìn)行干膜濕法貼膜，增強(qiáng)銅面與干膜的結(jié)合力，曝光使用奧寶LDI機(jī)，曝光能量控制在6～6.5級(jí)，顯影壓力0.14 Mpa、顯影速度1.6 m/min，避免內(nèi)層開路等品質(zhì)不良問(wèn)題。

（5）采用真空蝕刻設(shè)備，扇形噴頭，蝕刻過(guò)程中將密集線路面朝下放置，避免“水池效應(yīng)”導(dǎo)致的蝕刻均勻性問(wèn)題，提高線路的精準(zhǔn)度。

從表4、表5的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，50/50 μm和60/60 μm類型線寬均在規(guī)格范圍內(nèi)。50/50 μm線的Cpk最小1.41，60/60 μm線的Cpk最小1.69，均符合Cpk≥1.33的標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明通過(guò)線路留邊設(shè)計(jì)和過(guò)程管控實(shí)現(xiàn)了高頻板的精密線路制作。

表4 50/50 μm線寬的Cpk統(tǒng)計(jì)表

表5 60/60 μm線寬的Cpk統(tǒng)計(jì)表

2.5 測(cè)試結(jié)果

為了檢驗(yàn)制作5G通訊PCB的能力，對(duì)其各項(xiàng)制作能力以及可靠性進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果如表6和表7所示。由結(jié)果可知，各層阻抗以±10%公差計(jì)算，Cpk≥1.37、Ppk≥0.61符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，各項(xiàng)可靠性均達(dá)到客戶要求，可以進(jìn)行小批量導(dǎo)入投產(chǎn)。

表6 各層阻抗的Cpk統(tǒng)計(jì)結(jié)果表

表7 可靠性測(cè)試結(jié)果表

3 總結(jié)

在5G時(shí)代，PCB產(chǎn)業(yè)迎來(lái)新的利益增長(zhǎng)點(diǎn)，布局5G通訊設(shè)備用高頻高速HDI板產(chǎn)品具有廣闊的發(fā)展前景以及持續(xù)的增長(zhǎng)力。文章針對(duì)一款10層3階的高頻高階HDI印制電路板，就其制作工藝流程以及技術(shù)難點(diǎn)做了詳細(xì)闡述，并提出了改善方案。