高密度互連板多張芯板防疊錯(cuò)方法

郭達(dá)文 孫 劼 曾 龍 文偉峰

（江西紅板科技股份有限公司，江西 吉安 343100）

0 引言

隨著電子產(chǎn)品不斷地向小型化、多功能化和高速化方向發(fā)展，印制電路板（printed circuit board，PCB）也從簡單結(jié)構(gòu)（雙面板、多層板）向高階多層高密度互連（high density interconnector，HDI）方向發(fā)展。由于PCB 層數(shù)越來越多，所用芯板（core）層次也越來越多，容易出現(xiàn)芯板層次放錯(cuò)的問題，特別是多張芯板的HDI 板，芯板層圖形設(shè)計(jì)相似，且又不影響網(wǎng)絡(luò)，電測(cè)試也無法測(cè)出有疊錯(cuò)，到貼片后測(cè)試才能發(fā)現(xiàn)問題，造成重大損失。如何預(yù)防HDI 板多張芯板層次順序放錯(cuò)并得到有效控制，成為HDI板制程控制的關(guān)鍵。

1 HDI板的多張芯板設(shè)計(jì)

PCB 由許多“層”組成，疊層是PCB 設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，疊層包含層別、孔位置、阻抗、材料等重要信息，PCB 工廠需要根據(jù)設(shè)計(jì)者提供的疊層信息，設(shè)計(jì)出滿足客戶需求又適合自己工廠的制造工藝流程，實(shí)現(xiàn)效益最大化［1］。

HDI 板含有微小盲孔或埋孔構(gòu)成的導(dǎo)通孔，以及復(fù)雜的精細(xì)線路，采用積層工藝制作。制作時(shí)需要經(jīng)過逐層堆疊、多次壓合。在HDI 板的疊層中，不僅有任意層互連設(shè)計(jì)，更多的還是多張芯板的疊層設(shè)計(jì)，其層數(shù)越多、階數(shù)越低時(shí)，芯板的數(shù)量也越多，如圖1 所示。芯板越多，壓合預(yù)疊時(shí)，放錯(cuò)、放反等問題出現(xiàn)的概率也越高，因此需要從設(shè)計(jì)和檢查方法上做好防錯(cuò)（防呆）工作。

圖1 HDI板的多張芯板疊層示意

2 HDI板的多張芯板防疊錯(cuò)方法

PCB 檢查主要分為人工目視檢查和設(shè)備儀器檢查兩大類。人工目視檢查是PCB 工廠應(yīng)用最廣泛的檢測(cè)方法，它只需要較低的預(yù)先成本就可很好地適應(yīng)產(chǎn)品的變化，但其主要缺點(diǎn)是檢測(cè)結(jié)果受操作員的主觀誤差影響較大。由于PCB 逐漸往高精密方向發(fā)展，且客戶對(duì)產(chǎn)品的可靠性要求越來越高，同時(shí)由于設(shè)備自動(dòng)化、智能化程度不斷提升，人工成本增加等因素，所以設(shè)備儀器檢查逐漸成為PCB檢查的主流。

2.1 目視檢查法

在自動(dòng)化掃碼設(shè)備出現(xiàn)前，人工目視檢查法是檢查HDI 板的多張芯板是否疊錯(cuò)的主要方法。印制電路板工廠的工程師們發(fā)揮奇思妙想，設(shè)計(jì)出方便目視檢查的各種不同的圖形，以便有效防呆防錯(cuò)，降低不必要的損失。

2.1.1 層次順序檢查法

（1）設(shè)計(jì)。CAM 工程師在資料的每一層上設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的數(shù)字編號(hào)，如線路層別，L1 層為數(shù)字1，L2 層為數(shù)字2，L3 層為數(shù)字3，以此類推，按順序排列［2］。數(shù)字編碼設(shè)計(jì)分為在大板（在制板，panel）板邊上的設(shè)計(jì)和拼版（set）工藝邊上的設(shè)計(jì)。部分拼版是沒有工藝邊設(shè)計(jì)的，直接在制板板邊上設(shè)計(jì)；部分拼版有工藝邊設(shè)計(jì)的，則加在工藝邊上非圖形區(qū)，如圖2所示。

圖2 每一層對(duì)應(yīng)的數(shù)字編號(hào)

（2）檢查。首先，壓合工序的操作人員在疊合時(shí)需要檢查板邊數(shù)字編號(hào)，按照數(shù)字順序疊板，如10 層二階HDI 板，有兩張芯板分別為L4～L5、L6～L7，按照數(shù)字順序疊合L4～L5在上，L6～L7在下，且L5 靠著L6 層。然后，在L3～L8 層線路自動(dòng)光學(xué)檢查（automatic optical inspecting，AOI）時(shí)，從數(shù)字小的層次面看，數(shù)字從小到大排列，且層次數(shù)字越大其字體清晰度逐漸變淺，如圖3所示；L4～L5、L6～L7 這兩張芯板，從L3 層往下看，字體清晰度L4～L5比L6～L7清晰。

圖3 HDI板疊層的層次數(shù)字

2.1.2 數(shù)字遮擋檢查法

（1）設(shè)計(jì)。在大板板邊的非圖形區(qū)，工程師在每一層上設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的數(shù)字編號(hào)，同時(shí)在當(dāng)層次的上下層次分別做鋪銅和掏銅設(shè)計(jì)，編號(hào)比當(dāng)層次小的層次鋪銅，編號(hào)比當(dāng)層次大的層次掏銅。例如，10 層HDI板的疊層設(shè)計(jì)，當(dāng)層次為L5，則L1、L2、L3、L4 鋪銅，L6、L7、L8、L9、L10為掏銅，如圖4所示。

圖4 HDI板疊層的鋪銅和掏銅設(shè)計(jì)

（2）檢查。在芯板壓合后，每次線路AOI時(shí)，檢查對(duì)應(yīng)位置的層次數(shù)字編號(hào)。如芯板疊錯(cuò)時(shí)，層次的數(shù)字被遮擋住，則無法正確顯示層次數(shù)字。

2.1.3 外層透視檢查法

（1）設(shè)計(jì)。根據(jù)HDI 板的產(chǎn)品疊層結(jié)構(gòu)，只在芯板數(shù)字最小和最大的層次set工藝邊，設(shè)計(jì)防疊錯(cuò)可視層次數(shù)字編號(hào)，數(shù)字與其所在層次相對(duì)應(yīng)；芯板的其他層次鋪銅不設(shè)計(jì)數(shù)字編號(hào)。設(shè)計(jì)了防疊錯(cuò)可視層次數(shù)字編號(hào)的位置，其他所有疊加層次相對(duì)應(yīng)位置掏銅。無工藝邊時(shí)，可設(shè)計(jì)到單元需要銑空的廢料區(qū)域。例如，10 層二階HDI的疊層設(shè)計(jì)，有L4～L5、L6～L7 兩張芯板，則在L4、L7層同一位置設(shè)計(jì)掏銅加層次編號(hào)，L5、L6層對(duì)應(yīng)的同一位置鋪銅不設(shè)計(jì)數(shù)字編號(hào)，L1、L2、L3、L8、L9、L10層對(duì)應(yīng)的同一位置掏銅。

（2）檢查。在芯板壓合后，每次線路AOI時(shí)，均能通過掏銅位置看到相鄰芯板層次編號(hào)。例如，從L1 層可看到L4 層次編號(hào)，從L10 層可看到L7層次編號(hào)，如圖5 所示。如芯板疊錯(cuò)，則無法看到層次編號(hào)。

圖5 HDI板疊層的廢料區(qū)域編號(hào)

2.2 設(shè)備掃碼檢查法

隨著科技的不斷發(fā)展，設(shè)備自動(dòng)化和智能化不斷提升，傳統(tǒng)的防呆防錯(cuò)方法也逐漸融入設(shè)備功能中，替代人工檢查。在熔合機(jī)增加防呆系統(tǒng)，可有效替代人工目視檢查法，自動(dòng)識(shí)別HDI 板疊層是否疊錯(cuò)。

（1）設(shè)計(jì)。在大板板邊的非圖形區(qū)，工程師資料處理時(shí)，在每一層線路層增加一個(gè)二維碼，二維碼包含有產(chǎn)品型號(hào)、層次號(hào)等信息，如圖6所示。

圖6 HDI板疊層用二維碼

（2）檢查。在多張芯板熔合生產(chǎn)時(shí)，根據(jù)產(chǎn)品的疊層結(jié)構(gòu)正確設(shè)定好進(jìn)板順序，并通過設(shè)備掃生產(chǎn)批量卡（lot card，LOT）編碼及板子二維碼綁定疊層順序。當(dāng)進(jìn)板讀碼發(fā)現(xiàn)層次錯(cuò)誤時(shí)，設(shè)備自動(dòng)報(bào)警，無法啟動(dòng)熔合操作。

2.3 附連測(cè)試板檢查法

附連測(cè)試板（coupon）檢查法也是PCB 制程中常用的防呆防錯(cuò)檢測(cè)方法，常見的附連測(cè)試板有阻抗測(cè)試、盲孔開路測(cè)試等類型。防疊錯(cuò)附連測(cè)試板是通過在set 工藝邊上增設(shè)一組或幾組防疊錯(cuò)的網(wǎng)絡(luò)，然后通過E-Test 測(cè)試將疊錯(cuò)的板識(shí)別出來。

（1）設(shè)計(jì)。在資料中設(shè)計(jì)一組或幾組網(wǎng)絡(luò)，外層設(shè)定對(duì)應(yīng)的測(cè)試點(diǎn)，利用盲孔連接到芯板層。以12 層二階HDI 板為例，如圖7 所示，有3 張芯板（L4～L5、L6～L7、L8～L9），分別設(shè)計(jì)A、B 兩組盲孔導(dǎo)通到芯板層，然后根據(jù)制程能力設(shè)定盲孔孔徑，以及盲孔與周圍銅面的距離（C、D、E、F），以免盲孔偏位等導(dǎo)致測(cè)試失效。

圖7 12層二階HDI板結(jié)構(gòu)示意

（2）檢查。在E-Test 工序同步增加附連測(cè)試板測(cè)試網(wǎng)絡(luò)，若附連測(cè)試板測(cè)試網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)通（OK），則芯板沒有疊錯(cuò)；若測(cè)試網(wǎng)絡(luò)開路（NG），則有芯板疊錯(cuò)問題。例如，12 層二階HDI 板中，L4～L5 與L8～L9 芯板疊錯(cuò)位置，則附連測(cè)試板L1～L4與L12～L9網(wǎng)絡(luò)開路，如圖8所示。

圖8 12層二階HDI板芯板錯(cuò)位示意

2.4 其他檢查方法

除上述芯板防疊錯(cuò)方法外，還有切角區(qū)分法（如圖9 所示），以及在開料后板邊不同位置對(duì)其一種或幾種芯板銑凹槽的區(qū)分法等［3］。

圖9 HDI板防疊錯(cuò)切角區(qū)分法

3 結(jié)語

隨著科技的發(fā)展，PCB的設(shè)計(jì)和制造工藝要求越來越高，印制電路板企業(yè)根據(jù)不同產(chǎn)品的特性和使用設(shè)備做好防呆、防錯(cuò)工作。本文從資料設(shè)計(jì)及生產(chǎn)檢測(cè)入手，對(duì)目前常用的幾種HDI多張芯板防疊錯(cuò)方法進(jìn)行了闡釋，以供行業(yè)參考。