光模塊PCB工藝研究

曾祥福 鄭曉蓉 周 剛 柳 超

（廣東科翔電子科技有限公司，廣東 惠州 516081）

1 產(chǎn)品信息

光模塊（optical module）由光電子器件、功能電路和光接口等組成，光模塊的作用是光電轉(zhuǎn)換，發(fā)送端把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，通過(guò)光纖傳送，接收端再把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。本項(xiàng)目研究光模塊PCB，其特點(diǎn)是印制插頭為長(zhǎng)短插頭設(shè)計(jì)，工藝生產(chǎn)采用鍍水金方法確保金手指位置無(wú)引線(xiàn)。該款光模塊PCB四層板（圖1），單塊（圖2）尺寸為37.33×12.5 mm、板厚1.0±0.1 mm，交貨成品（圖3）尺寸為85.52×88.29 mm（拼10 pcs），在制板尺寸為620×468 mm（拼300 pcs）。印制插頭（以下金手指）處為長(zhǎng)短指設(shè)計(jì)（如圖1～圖3）。

2 產(chǎn)品工藝流程

開(kāi)料（材料：IT-158中Tg、0.6 mm 1/1 oz）→內(nèi)層濕膜→內(nèi)層酸蝕→內(nèi)層AOI→棕化→外層疊板→外層壓合→外層X(jué)-ray+銑邊→磨邊→鉆通孔→外層黑孔→外層板電→外層干膜1→電鍍水金（銅、鎳、金）→外層干膜2→電鍍金手指→外層堿蝕→外層AOI→阻抗測(cè)試1→阻焊塞孔→阻焊→阻焊后烤→阻抗測(cè)試2→電銑1→斜邊→電銑2→飛針測(cè)試→壓烤→終檢→FQA→包裝

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 特殊流程控制

光模塊PCB客戶(hù)要求印制插頭鍍鎳金，其余PAD作化鎳金處理，但是印制插頭部分是長(zhǎng)短金手指設(shè)計(jì)，若放在蝕刻以后電鍍金手指，需要拉引線(xiàn)，客戶(hù)對(duì)于金手指引線(xiàn)殘留要求＜0.1 mm，若拉引線(xiàn)鍍金手指則引線(xiàn)殘留無(wú)法控制在客戶(hù)要求范圍以?xún)?nèi)。

圖1 光模塊PCB層壓疊構(gòu)圖

圖2 光模塊PCB單塊設(shè)計(jì)圖

圖3 光模塊PCB出貨set設(shè)計(jì)圖

通過(guò)查閱相關(guān)資料并參考同行業(yè)之工藝流程，確定了在蝕刻前完成表面鍍金（俗稱(chēng)鍍水金工藝）和選擇性加鍍金手指。特殊管控點(diǎn)（見(jiàn)表1），完成的PCB印制插頭（如圖4）。

小結(jié)：由于第一次干膜需經(jīng)過(guò)電鍍銅/鎳/金、干膜顯影2和電鍍金等工序多種藥水攻擊，且在不同的環(huán)境條件下搬運(yùn)、停留；為了防止電鍍金時(shí)產(chǎn)生滲鍍，一方面需要選擇而化性較好的干膜，另一方面需對(duì)生產(chǎn)過(guò)程和時(shí)間進(jìn)行管控，樣品從干膜1到蝕刻的時(shí)間控制在72小時(shí)以?xún)?nèi)完成，鍍金沒(méi)有出現(xiàn)滲鍍問(wèn)題，批量生產(chǎn)時(shí)控制時(shí)間和產(chǎn)品存放環(huán)境有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.2 板厚控制

由于光模塊PCB裝配條件限制，對(duì)成品板厚要求控制在1.0 mm±0.1 mm，通過(guò)對(duì)壓合疊構(gòu)設(shè)計(jì)、電鍍銅/鎳/金厚度和阻焊厚度的控制，使最終成品板厚達(dá)到要求范圍以?xún)?nèi)，控制重點(diǎn)如下：

（1）選擇芯板為0.6 mm（不含銅厚）35 μm/35 μm（1/1 oz），L1-L2、L3-L4層用1張Pp1080 RC 63%+1張106 RC 76%，銅箔用12 μm/12 μm（1/3 oz），壓合疊構(gòu)見(jiàn)圖3，壓合后板厚控制在0.91 mm±0.09 mm；

表1 光模塊PCB特殊流程管控表

圖4 完成的PCB印制插頭

（2）電鍍銅/鎳/金厚度控制在要求范圍以?xún)?nèi)，不低于下限，也不高于上限；

（3）阻焊厚度控制在10～30 μm以?xún)?nèi)。

3.3 阻抗控制

光模塊PCB產(chǎn)品特性阻抗和差分阻抗的線(xiàn)寬分別補(bǔ)償25.4 μm（見(jiàn)圖5、圖6），生產(chǎn)按照±10%標(biāo)準(zhǔn)控制，使阻抗控制在要求范圍以?xún)?nèi)（表2）。

圖5 差分阻抗設(shè)計(jì)

圖6 特性阻抗設(shè)計(jì)

3.4 尺寸控制

光模塊PCB尺寸精度要求±0.1 mm，而常規(guī)PCB的尺寸要求一般在±0.13 mm、±0.15 mm；為了達(dá)到此嚴(yán)格要求，挑選精度較高的CNC設(shè)備，設(shè)計(jì)兩套CNC資料分兩次銑板，先3片一疊整板銑set外圍，完成后以5片一疊set定位銑內(nèi)槽，使光模塊PCB的尺寸滿(mǎn)足要求（尺寸數(shù)據(jù)見(jiàn)表3）。

3 . 印制插頭外觀(guān)控制

由于印制插頭電鍍金在阻焊以前完成，為了減少過(guò)程中對(duì)金手指造成刮傷，鍍金完成后禁止兩片板疊在一起，選用插隔空插板車(chē)和清洗后的膠片搬運(yùn)，以控制金手指刮傷，控制重點(diǎn)如下：

（1）干膜到電鍍、蝕刻采用插板車(chē)搬運(yùn)，防止產(chǎn)品摩擦刮傷；

表2 光模塊PCB阻抗測(cè)量數(shù)據(jù)表

表3 光模塊PCB尺寸控制表 (單位：mm)

（2）阻焊控制一次良率，禁止退洗重工；

（3）蝕刻后到成型前每片板中間采用清洗后的膠片隔開(kāi)搬運(yùn)；

（4）AOI機(jī)臺(tái)、阻焊印刷機(jī)臺(tái)、曝光機(jī)臺(tái)、檢驗(yàn)臺(tái)在生產(chǎn)前先清洗干凈；

（5）電銑時(shí)表面用墊板蓋住，以防成型機(jī)主軸毛刷傷到金手指；

（6）成品清洗機(jī)速度適當(dāng)放慢，使拉板人員規(guī)范接板動(dòng)作，避免刮到金手指。

小結(jié)：通過(guò)以上方式控制，雖然可以減少對(duì)金手指的刮傷，但金手指的無(wú)感刮傷還是比較明顯，再次生產(chǎn)此類(lèi)產(chǎn)品時(shí)需要進(jìn)一步檢討控制方式。

4 產(chǎn)品可靠性測(cè)試

4.1 焊錫性測(cè)試

測(cè)試方法為浸錫；測(cè)試條件和結(jié)果見(jiàn)表4。

4.2 冷熱沖擊測(cè)試

（1）測(cè)試設(shè)備：冷熱沖擊測(cè)試機(jī)；

（2）測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：IPC-TM-650標(biāo)準(zhǔn)2.6.7；

（3）測(cè)試條件：－40 ℃/15 min，125 ℃/15 min ，100個(gè)Cycles；

（4）測(cè)試結(jié)果：無(wú)爆板、無(wú)起泡、無(wú)變色、無(wú)掉油，判定合格。

4.3 耐熱沖擊測(cè)試

測(cè)試條件和結(jié)果見(jiàn)表5。

5 總結(jié)

光模塊PCB按照電鍍水金流程，選擇專(zhuān)用耐化性干膜，通過(guò)資料設(shè)計(jì)優(yōu)化，跟進(jìn)樣板完成全流程生產(chǎn)，成品檢測(cè)及檢驗(yàn)合格；焊錫性、冷熱沖擊及耐熱沖擊測(cè)試合格。關(guān)鍵控制點(diǎn)要求如下：

（1）特殊工藝控制：光模塊PCB由于第一次干膜需經(jīng)過(guò)多道工序多種藥水攻擊，且在不同的環(huán)境條件下搬運(yùn)、停留；為了防止電鍍金時(shí)產(chǎn)生滲鍍，一方面需要選擇而化性較好的干膜，另一方面需對(duì)生產(chǎn)過(guò)程和時(shí)間進(jìn)行管控。

（2）光模塊PCB尺寸控制：光模塊PCB尺寸精度要求±0.1 mm，為了達(dá)到此嚴(yán)格要求，挑選精度較高的CNC設(shè)備，設(shè)計(jì)兩套CNC資料分兩次銑板。

（3）印制插頭金手指外觀(guān)控制：由于電鍍印制插頭金手指在阻焊以前完成，為了減少過(guò)程中對(duì)金手指造成刮傷，鍍金完成后禁止兩片板直接疊在一起，選用合適搬運(yùn)車(chē)以控制金手指刮傷

表4 光模塊PCB焊錫性測(cè)試條件

表5 光模塊PCB耐熱沖擊測(cè)試

（4）光模塊PCB本次客戶(hù)未明確要求金手指需要全包鎳/金，所以按照水金流程制作基本滿(mǎn)足客戶(hù)要求，金手指位底銅被蝕刻后露出銅有氧化隱患；若后續(xù)新客戶(hù)對(duì)金手指要求全包鎳/金時(shí)，則需要采用內(nèi)拉引線(xiàn)，在阻焊以后貼藍(lán)膠鍍金手指工藝生產(chǎn)。