淺談任意層互連HDI板生產(chǎn)中漲縮管控

郭達(dá)文 文偉峰 謝圣林

（紅板（江西）有限公司，江西 吉安 343100）

隨著電子產(chǎn)品不斷地向小型化和多功能化方向發(fā)展，印制電路板（PCB）的任意層互連設(shè)計(jì)必將成為智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)互聯(lián)終端產(chǎn)品的主流設(shè)計(jì)。

功能應(yīng)用的越來越多，導(dǎo)致常規(guī)HDI設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿足要求，必須采用任意層互連設(shè)計(jì)[1]。任意層互連（Any layer）技術(shù)可以使PCB的體積較傳統(tǒng)HDI減小40%～50%，在達(dá)到輕、薄的同時(shí)，可以縮短信號(hào)的傳輸距離，降低電容和電感產(chǎn)生的損耗。同時(shí)，高密設(shè)計(jì)還可以節(jié)約電能消耗，提升設(shè)備續(xù)航能力[2]。

PCB設(shè)計(jì)越密越薄，相應(yīng)器件的焊盤和間距也越來越小，對(duì)PCB制作過程漲縮的管控要求也就越高。

1 任意互連HDI板漲縮管控的重要性

隨著PCB設(shè)計(jì)從高密度化逐漸向高階HDI和任意層互連HDI板方向發(fā)展，使得線密集化和微孔化已逼近設(shè)計(jì)“極限化”。BGA（球柵陣列）封裝器件的節(jié)距也由0.4 mm、0.35 mm向0.3 mm設(shè)計(jì)，即兩個(gè)連接盤中心距離只有0.3 mm，可以說任意互聯(lián)HDI板設(shè)計(jì)的特點(diǎn)就是更薄、更細(xì)、更密集。

細(xì)節(jié)距與薄的特性導(dǎo)致了HDI板漲縮管控的難度增加，對(duì)其漲縮管控提出了更高的要求。若是漲縮超差，電路開短路測試時(shí)，會(huì)出現(xiàn)測試偏位等問題，影響生產(chǎn)效率；貼片時(shí)會(huì)出現(xiàn)鋼網(wǎng)印刷偏位、短路等問題，最終導(dǎo)致PCB板無法正常使用。因此管控好漲縮是任意互聯(lián)HDI板生產(chǎn)加工過程中一項(xiàng)貫穿始終的、極其重要的控制項(xiàng)目，也是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)問題，要控制好這個(gè)問題需要從材料選擇、工程設(shè)計(jì)、制程等方面進(jìn)行管控[3]。覆銅板廠商對(duì)自己的材料都有過深入的研究，包括材料本身CTE（熱膨脹系數(shù)）值、壓合參數(shù)等。本文僅從任意互連HDI板各工序?qū)ξ环绞降倪x擇、制程中烤板及操作細(xì)節(jié)做些交流分享。

2 任意互連HDI板生產(chǎn)中漲縮管控點(diǎn)

2.1 對(duì)位方式

對(duì)位是PCB加工過程中一個(gè)極其重要的步驟，它貫穿于PCB的整個(gè)生產(chǎn)流程中，從層間對(duì)位到機(jī)械加工對(duì)位基本上每個(gè)工序都需要對(duì)位。任意互連HDI板的內(nèi)層芯板上就有盲孔，故從內(nèi)層激光鉆盲孔開始就要選擇對(duì)位合適的方式，難度更高。本文就任意互連HDI板盲孔疊孔最重要的激光對(duì)位和線路對(duì)位生產(chǎn)過程相關(guān)工序進(jìn)行探討。

2.1.1 激光對(duì)位

任意互連HDI板的激光鉆孔直接關(guān)系到堆疊孔的整齊度，是非常重要的工序。同時(shí)通過激光抓取的靶標(biāo)得到的漲縮數(shù)據(jù)，也是后工序分鉆帶進(jìn)行機(jī)械鉆孔的依據(jù)，即激光對(duì)位所用的靶標(biāo)漲縮數(shù)據(jù)代表的是整個(gè)板的漲縮系數(shù)，故激光對(duì)位的靶標(biāo)設(shè)計(jì)極其重要。任意互連HDI板，芯板需要激光鉆孔，故第一步就是設(shè)計(jì)好內(nèi)層芯板的對(duì)位靶標(biāo)，此時(shí)要根據(jù)成品的漲縮數(shù)據(jù)反推出芯板的漲縮設(shè)計(jì)，否則將直接影響到成品的漲縮。激光對(duì)位靶標(biāo)在大板上的位置設(shè)計(jì)也非常重要。雖然原則上靶點(diǎn)設(shè)計(jì)盡量靠近板邊，更能體現(xiàn)整張大板的漲縮，但現(xiàn)各家PCB廠為了追求板料利用率的最大化，其板邊都非常小，貼膜不到邊等容易導(dǎo)致靶點(diǎn)殘缺不全問題，另外由于板邊是頻繁操作接觸的區(qū)域，而任意互連HDI板又太薄，容易變形影響漲縮數(shù)據(jù)。此時(shí)建議盡量設(shè)計(jì)到板內(nèi)靠近大板外形線的單元中的銑空區(qū)域，能更好地代表整個(gè)大板的漲縮。

2.1.2 線路對(duì)位

任意互連HDI板因線、孔的密集度較高，一般設(shè)計(jì)的機(jī)械孔較少，板上大多是密集的激光盲孔，故在線路對(duì)位時(shí)使用傳統(tǒng)的機(jī)械鉆孔作為對(duì)位基準(zhǔn)已經(jīng)不合適了，采用機(jī)械鉆孔和激光盲孔混合靶標(biāo)來對(duì)位也容易導(dǎo)致盲孔疊孔時(shí)存在逐層偏移現(xiàn)象。

此時(shí)建議使用激光密燒Pad（如圖1）作為對(duì)位基準(zhǔn)，即將底層的圖形做成圓形掏銅，激光密燒將底層圖形露出作為對(duì)位基準(zhǔn)，將內(nèi)層的圖形作為外層圖形的對(duì)位基準(zhǔn)，這樣激光打盲孔和外層圖形的對(duì)位都是以內(nèi)層圖形為基準(zhǔn)，漲縮相同，則對(duì)準(zhǔn)度一致，可以減少盲孔偏孔問題。

圖1 用激光密燒PAD為對(duì)位基準(zhǔn)

2.2 烤板

PCB加工中需要用到烤板工序很多，對(duì)漲縮管控來說，最重要的還是開料后烤板和成型后烤板。特別是任意互連HDI板，因?yàn)橹苯訜~打激光孔等原因，多使用不包銅0.05 mm的芯板，完成板厚也多在0.5 mm～0.8 mm，比較薄，若不能及時(shí)釋放內(nèi)應(yīng)力，對(duì)產(chǎn)品的最終漲縮影響較大。

2.2.1 開料后烤板

從覆銅板廠家買回來的芯板，在開料后進(jìn)行烤板處理，主要目的是使芯板完全固化、消除應(yīng)力。盡管對(duì)芯板的烤板要求推薦并不一致，但對(duì)于任意互聯(lián)HDI板來說，其芯板較薄，且第一道工序就是制作內(nèi)層激光盲孔的靶標(biāo)，對(duì)疊孔的一致性影響極大，所以任意互連HDI板的芯板還是要烤板，以防止個(gè)別固化不全和減少不同基板之間的漲縮差異。

烤板的時(shí)候還要注意控制疊板厚度以及控制好烤爐的溫度和烤板時(shí)間。在制程中，如果遇到特殊情況導(dǎo)致板在某個(gè)工段停留時(shí)間過長，再生產(chǎn)時(shí)也要先烤板。

2.2.2 成型后烤板

成型后烤板是將板子在生產(chǎn)過程中水分揮發(fā)、釋放板的內(nèi)應(yīng)力，對(duì)漲縮的穩(wěn)定性有較大幫助。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，HDI板在過IR（紅外線）兩次后，漲縮基板趨于穩(wěn)定，有任意選取一批板中的10片進(jìn)行烤板試驗(yàn)，數(shù)據(jù)如表1。因此，建議任意互連HDI板在成品出貨前過一次IR爐烤板，可以有效避免貼片過程中產(chǎn)品發(fā)生漲縮變化。

表1 烤板試驗(yàn)數(shù)據(jù) （mm）

2.3 加工操作

生產(chǎn)加工過程中一些操作和工具對(duì)任意互連HDI板漲縮的影響也極大，主要體現(xiàn)在烤板操作及工具、電鍍磨板、返工等方面。

2.3.1 烤板操作及工具

任意互連HDI板比較薄，故在樹脂塞孔、阻焊、文字等工序大板烘烤時(shí)，應(yīng)避免在裝籠架彎曲過度，盡量使用懸掛爐或者千層架進(jìn)行烤板。

銑成單元小板后也要注意取板方式，避免板邊折斷、變形問題，同時(shí)在烤板時(shí)還要注意疊板厚度，以免影響烤板效果。

2.3.2 電鍍磨板

電鍍磨板對(duì)漲縮的影響非常大，特別是陶瓷刷等磨板，極易導(dǎo)致不規(guī)則的變形。任意互連HDI板，本身板的厚度就薄，經(jīng)過磨刷的作用，漲縮變形就更大，故對(duì)于薄板，不建議電鍍后做磨板處理，應(yīng)從電鍍?cè)O(shè)備、藥水參數(shù)等方向上去避免板面問題的產(chǎn)生。

2.3.3 返工

在PCB生產(chǎn)流程中，都存在一些返工操作，如電鍍、線路、阻焊等工序，這些返工對(duì)產(chǎn)品的漲縮有著很大的影響，特別是芯板以及完成板厚都較薄的任意互連HDI板，返工的板和正常生產(chǎn)的板，漲縮系數(shù)完全不同，若混同一起，則會(huì)影響正常板的加工生產(chǎn)。

以電鍍返工為例，返工的板存在銅厚比正常板較厚、均勻性差等問題，銅厚不同，在線路蝕刻后板子釋放的應(yīng)力不同，會(huì)造成板的漲縮不同。同時(shí)銅厚偏厚及均勻性差等問題還會(huì)影響壓合時(shí)填膠量，從而影響下一層壓合的漲縮，也會(huì)產(chǎn)生局部阻抗不良等問題。線路、阻焊等工序的返工也同樣因?yàn)榍昂筇幚砦⑽g銅、水平線拉扯等造成板子的漲縮不同。因此生產(chǎn)加工應(yīng)盡量避免返工操作。實(shí)在有返工板，應(yīng)該分開成獨(dú)立批次，重新設(shè)定漲縮系數(shù)生產(chǎn)。

3 結(jié)束語

從當(dāng)今主要手機(jī)通信廠商的設(shè)計(jì)來看，旗艦機(jī)5G產(chǎn)品的電路板均采用任意互聯(lián)HDI板或者類載板。在國家大力發(fā)展5G、智能制造的大背景下，任意互連HDI板的需求量必然持續(xù)增加，必然催生更多的企業(yè)參與到任意互連HDI板的研發(fā)和生產(chǎn)中，對(duì)板子漲縮管控也勢(shì)必成為關(guān)注點(diǎn)。以上從任意互連HDI板漲縮的主要管控點(diǎn)做了初步闡釋，僅供業(yè)界參考。