高頻高密度互連剛撓結(jié)合板制作技術(shù)介紹

何 淼 朱 拓 田 晴 覃紅秀 鐘浩文（深圳崇達(dá)多層線路板有限公司，廣東 深圳 518132）

高頻高密度互連剛撓結(jié)合板制作技術(shù)介紹

何 淼 朱 拓 田 晴 覃紅秀 鐘浩文
（深圳崇達(dá)多層線路板有限公司，廣東 深圳 518132）

結(jié)合當(dāng)今的電子產(chǎn)品發(fā)展方向，探索出一款12層，集合3階HDI、高頻板材、剛撓結(jié)合三種特性于一身的印制板的制作技術(shù)難點，并就問題點提出改善方法。

高密度互連；高頻；剛撓結(jié)合板

1 背景

剛撓結(jié)合板（Rigid-Flex PCB）是近幾年發(fā)展迅速的一類高端印制板，由于其支持立體組裝、可撓曲性，可以提供更高的信號傳輸質(zhì)量和效率，從而受到越來越多的關(guān)注和應(yīng)用。但是市場的迅猛發(fā)展，造成了眾多普通消費產(chǎn)品高速向高端產(chǎn)品轉(zhuǎn)移，設(shè)備商的設(shè)計也越來越廣闊，從目前客戶的高端PCB設(shè)計趨勢來看，類似階梯板、高頻混壓板、剛撓結(jié)合HDI板等“組合型”設(shè)計越來越常見，這一現(xiàn)象也給PCB廠商提出了更高的挑戰(zhàn)。本文從一款客戶實際需求的12層、3階HDI、高頻板材、剛撓結(jié)合板入手，探索其關(guān)鍵制作工藝，針對關(guān)鍵問題點提出了些有效的改善方法。

2 產(chǎn)品介紹

2.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 12層、高頻、高密度互連、剛撓結(jié)合印制板結(jié)構(gòu)示意圖

產(chǎn)品主要參數(shù)特點如表1所示。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)點介紹

（1）工藝流程的設(shè)計；

（2）銅箔與高頻陶瓷板材結(jié)合力；

（3）高頻陶瓷板材折斷和軟板褶皺問題；

表1 12層高頻、高密度互連、剛撓結(jié)合印制板主要參數(shù)特點

（4）層間對位的精準(zhǔn)度；

（5）撓性板彎折區(qū)域金手指及PAD的保護(hù)；

（6）鉆孔除膠。

3 工藝流程的設(shè)計

基于以上所述產(chǎn)品特點，本產(chǎn)品整體構(gòu)造較為復(fù)雜，必須在普通剛撓結(jié)合板流程基礎(chǔ)上進(jìn)行必要的調(diào)整，以滿足高層、高頻、高密度互連這三個特點的需求。

此板L1-L5和L8-L12硬板層為高頻陶瓷板材；L6-L7撓性板層為無膠撓性板基材，雙面壓延銅箔；半固化片采用不流膠（No Flow PP）半固化片，經(jīng)分析，將高密度互連與剛撓結(jié)合特點分別制作，理清制作路線，產(chǎn)品流程設(shè)計如圖2。

圖2

4 制作難點分析及改善措施

4.1 銅箔與高頻陶瓷板材結(jié)合力

4.1.1 制作難點分析

本款產(chǎn)品硬板部分L1-L5和L8-L12都為5層結(jié)構(gòu)，因為介質(zhì)層厚度限制，必須采用Rogers與銅箔進(jìn)行壓合。高頻陶瓷板材半固化片有陶瓷和膠體構(gòu)成，具有高頻板材普遍存在的惰性，經(jīng)過真空壓機壓合后，與銅箔結(jié)合力較差，銅箔的附著力較弱，在后續(xù)加工過程中受到外力，或者對產(chǎn)品加熱，極易出現(xiàn)銅箔分層、起泡缺陷。

4.1.2 改善措施

（1）采用厚34.3 μm銅箔代替厚17.1 μm銅箔進(jìn)行壓合，再微蝕到17.1 μm。如圖3所示，厚34.3 μm銅箔經(jīng)過減銅、棕化到17.1 μm的銅箔，表面粗糙度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于17.1 μm銅箔棕化后的表面粗糙度，再經(jīng)過高溫高壓處理，能夠更好的與高頻陶瓷板材相結(jié)合。

（2）同時，產(chǎn)品的壓合結(jié)構(gòu)采用“假層結(jié)構(gòu)”制作，提高L1-L5、L8-L9中L1-L4、L9-L12采用芯板與芯板壓合方式的結(jié)合力，將剝離強度較差的位置（即：高頻陶瓷板材與銅箔）放置在L5和L8，通過Low Flow PP與銅箔結(jié)合，增加產(chǎn)品可靠性，詳見圖3。

通過以上更改，有效的提高了銅箔與高頻陶瓷板材的結(jié)合力，有效改善了受外力或者加熱產(chǎn)生的銅箔分層、起泡缺陷。

4.2 高頻陶瓷板料折斷和軟板褶皺問題

圖3 將壓合結(jié)構(gòu)更改為“假層結(jié)構(gòu)”示意圖

4.2.1 制作難點分析

L1-L4、L9-L12和L1-L5、L8-L12板厚只有0.40 mm、0.60 mm，高頻陶瓷板材柔韌性差，本產(chǎn)品加工流程繁瑣，在生產(chǎn)過程中容易折斷，并且L1-L4、L9-L12存在孔徑為0.6 mm的盲孔，需要做“沉銅→板電”流程，綜合以上特征，高頻陶瓷板材加工折斷問題成為本產(chǎn)品的一個難點問題。

L6-L7為撓性板，PI厚度僅為0.025 mm，銅厚17.1 μm，含有埋孔，需要做“鉆孔→沉銅→板電→圖形轉(zhuǎn)移→負(fù)片蝕刻”等，長的流程導(dǎo)致薄芯板極易出現(xiàn)褶皺問題，若操作不當(dāng)，報廢將進(jìn)一步增加。

4.2.2 改善措施

針對厚度≤0.6 mm的高頻陶瓷板材加工，一方面要制定嚴(yán)格的生產(chǎn)管控方法，例如：高頻陶瓷板材各工序裝入膠框并且隔膠片轉(zhuǎn)運；輕拿輕放等等。

另一方面，需要優(yōu)化工藝流程。普通FR-4沉銅、板電輔助設(shè)備無法滿足薄板的加工，很容易出現(xiàn)掉板、折斷，為了防止L1-L4、L9-L12芯板折斷，增加輔助工具，增加薄板固定力度和形式，協(xié)助沉銅、板電生產(chǎn)。此外，F(xiàn)PC板材普遍較薄，在操作方面需要制定一些有別于硬板的規(guī)定，例如：對角拿板、水平線關(guān)閉高壓水洗、添加牽引板、沉銅線選擇穿鐵氟龍線固定等。

4.3 層間對位的精準(zhǔn)度

4.3.1 制作難點分析

層間對位精度是加工過程中的主要難點，產(chǎn)品孔到線距離僅有0.2 mm，須嚴(yán)格控制層偏量。高頻陶瓷板材和PI（聚酰亞胺）板材的CTE（熱膨脹系數(shù)）不同，見表2所示，受熱漲縮不一致，若預(yù)漲縮系數(shù)比匹配，很容易出現(xiàn)層偏。同時，L1-L4、L9-L12和L1-L5、L8-L12在加工過程中，受到機械或者環(huán)境溫、濕度變化的影響，都會產(chǎn)生芯板與芯板之間的漲縮差異。

4.3.2 改善措施

L1-L4、L9-L12和L1-L5、L8-L12砂帶磨板次數(shù)、方向必須一致，防止板受到外力作用不同，產(chǎn)生拉長比例不等。

將樹脂塞孔制作流程進(jìn)行調(diào)整，采用網(wǎng)塞以后，烤板120 ℃×20 min，樹脂沒有完全固化時進(jìn)行砂帶磨板，600#砂帶一次可以將多余的樹脂全部磨掉，再使用1000#砂帶一次拋光，后烤150 ℃×60 min。這樣做法可以減少砂帶磨板次數(shù)降低板子漲縮量。

預(yù)漲縮系數(shù)提供是產(chǎn)品層偏管控的關(guān)鍵，尤其是L1-L5、L8-L12與L7-L8系數(shù)匹配性。L5和L8圖形蝕刻→X-Ray測量漲縮→提供L6-L7預(yù)漲縮系數(shù)。由于L6-L7含有盲孔，所以預(yù)漲縮需要將FPC的沉銅、板電、快速壓合以及傳統(tǒng)壓合軟板的漲縮包含在內(nèi)，在批量生產(chǎn)之前，制作FA確認(rèn)幾個工序的漲縮變化。

L1-L12壓合之前，使用X-ray測量L1-L5、L8-L12與L6-L7各層的靶孔距離數(shù)據(jù)，將L1-L5、L8-L12芯板漲縮按0.05mm劃分，與L6-L7配套進(jìn)行壓合，見表3、表4。

表2 相關(guān)材料CTE數(shù)據(jù)表

表3 L1-L5、L8-L12與L7-L8靶孔距離數(shù)據(jù)表

表4 匹配數(shù)據(jù)組合配套表

4.4 軟板彎折區(qū)域金連接盤的保護(hù)

4.4.1 制作難點分析

由于此款產(chǎn)品軟板彎折區(qū)域雙面都有金連接盤露在外面，客戶對產(chǎn)品外觀要求嚴(yán)格，不允許金連接盤有黑點，也不允許覆蓋膜上有殘留的異物。

經(jīng)過跟進(jìn)分析，金連接盤黑點主要來源于PP粉塵。生產(chǎn)中粘結(jié)片采用的是Low Flow PP，半固化片成型以后邊緣有PP粉塵殘留，在壓合排版時PP粉塵直接露在軟板上，造成黑點。另外在壓合的無塵房內(nèi)漂浮著細(xì)PP粉塵，也是造成金連接盤黑點因素之一，因此給生產(chǎn)帶來較大難度。

4.4.2 改善措施

為了保護(hù)覆蓋膜、金連接盤不被粉塵污染，采用優(yōu)化流程的方法制作。優(yōu)化后流程如下：

增加軟板圖形對位線→UV激光切割→貼耐高溫膠帶→快速壓合→固定軟板上的膠帶→（中間正常流程）→撕膠帶→表面處理

由以上流程可以看出，增加了“貼耐高溫膠帶”流程，并結(jié)合“UV激光切割”，一方面避免了軟板金連接盤部位附著灰塵，另一方面控制了膠帶的精度，避免膠帶伸入壓合區(qū)域而造成的分層、爆板等品質(zhì)問題。

4.5 除鉆污

4.5.1 制作難點分析

產(chǎn)品屬于多種材料混壓結(jié)構(gòu)，含有高頻陶瓷板材、PI（聚酰亞胺）板材和Low Flow PP環(huán)氧樹脂板材。各自特性簡介如下：

（1）高頻陶瓷板材含有陶瓷和膠體材料，無機填料偏多，物理特性較脆、較硬，采用傳統(tǒng)的化學(xué)除膠方法（KMnO4+H2SO4）咬蝕效率較低，容易產(chǎn)生欠蝕問題；

（2）PI（聚酰亞胺）材料，化學(xué)除膠藥水對它的咬蝕速率較高，容易產(chǎn)生過蝕問題。

表6 可靠性測試結(jié)果

（3）環(huán)氧樹脂板材體系，化學(xué)除膠藥水對它的咬蝕效率適中。

將這三種材料混壓在一起，傳統(tǒng)的KMnO4+ H2SO4化學(xué)除膠方法，極易產(chǎn)生高頻陶瓷板材過蝕，而PI（聚酰亞胺）材料欠蝕等品質(zhì)問題，無法滿足除膠需求。

4.5.2 改善措施

經(jīng)分析，采用等離子除膠方法除鉆污效果較好。等離子體是物質(zhì)存在的第四種狀態(tài)，帶電的離子撞擊孔壁表面，可以除去表面上附著的鉆污，對不同物質(zhì)的作用均勻，經(jīng)過DOE測試，本產(chǎn)品除鉆污參數(shù)如表5。

表5 等離子除鉆污參數(shù)表

但是產(chǎn)品采用銑盲槽的方式生產(chǎn)，開窗內(nèi)存在少許氣體和水汽，在等離子機腔內(nèi)真空度＜50 Pa的條件下，開窗氣體和水汽迅速膨脹，硬板區(qū)域極易被撕開，產(chǎn)生分層問題。

經(jīng)分析，為了消除開窗內(nèi)的氣體和水汽，開窗的硬板芯板不添加任何銅皮，同時，在等離子處理之前進(jìn)行烤板，烤板參數(shù)（120 ℃ ～ 150 ℃）×30 min，烤板以后，在熱量沒有散掉之前進(jìn)行等離子處理，利用烤板余溫，保證水汽的蒸發(fā)。

5 產(chǎn)品性能檢測

5.1 產(chǎn)品性能檢測

經(jīng)檢測，產(chǎn)品各項性能均達(dá)到要求指標(biāo)，具體情況見以表6。

5.2 成品圖片（圖4、圖5）

5.3 切片圖片（圖6～圖8）

圖4 交貨板成品圖

圖5 單元板成品圖

圖6 L6-7埋孔切片圖

圖7 L1-L4/L9-L12層盲孔切片圖

圖8 產(chǎn)品局部微切片圖片

6 結(jié)論

通過對產(chǎn)品材料和工藝的分析，可以將此類高頻、高密度互連剛撓結(jié)合板制作技術(shù)總結(jié)如下：

（1）工藝流程的設(shè)計。

產(chǎn)品整體構(gòu)造較為復(fù)雜，將高密度互連與剛撓結(jié)合特點分別制作，最后匯總，保證每部分流程清晰，每種特性突出。

（2）銅箔與高頻陶瓷板材結(jié)合力。

采用厚34.3 μm銅箔代替17.1 μm厚的銅箔，“壓合→微蝕”的特殊流程，結(jié)合“假層結(jié)構(gòu)”設(shè)計，有效保證了銅箔與高頻陶瓷板材的結(jié)合力。

（3）高頻陶瓷板材折斷和軟板褶皺問題。

嚴(yán)格管控薄板人工操作，采用輔助工具，減少高頻陶瓷板材在沉銅、板電出現(xiàn)折斷。

（4）層間對位的精準(zhǔn)度。

通過控制磨板方向、烤板參數(shù)、砂帶磨板次數(shù)，降低L1-L4、L9-12的芯板漲縮；通過L1-L5、L8-L12與L7-L8靶孔尺寸測量，配套壓合。

（5）撓性板彎折區(qū)域金連接盤的保護(hù)。

增加“貼耐高溫膠帶”流程，使用“UV激光切割”，不僅避免了連接盤部位落粉塵，而且保證了膠帶的精度。

（6）鉆孔除膠。

分析了三種不同板材特性，采用等離子除膠方法，形成良好的除膠效果，避免過蝕、欠蝕現(xiàn)象發(fā)生。

何淼，剛撓結(jié)合板組主管，負(fù)責(zé)公司撓性板、剛撓結(jié)合板的所有相關(guān)工作。

High frequency, high density interconnect rigid-flex PCB production technology

HE Miao ZHU Tuo TIAN Qing QIN Hong-xiu ZHONG Hao-wen

Considering the development of electronic products, this paper explored the PCB production technical difficulties of a 12 layer, with three kinds of characteristics 3+N+3 structure of HDI, high frequency, rigid-Flex, and the improvement method of problem is proposed.

HDI; High Frequency; Rigid-Flex PCB

TN41

A

1009-0096（2014）03-0030-04