用于堆疊裝配技術(shù)的轉(zhuǎn)接板制作探討

曠成龍 張俊杰

（江西紅板科技股份有限公司，江西 吉安 343100）

0 引言

運(yùn)用堆疊裝配互連技術(shù)的印制電路板（printed circuit board，PCB），其中一塊用于中介連接的PCB 稱為轉(zhuǎn)接板，其可使電子產(chǎn)品連接不同尺寸、形狀和類型的組件，實(shí)現(xiàn)高密度的電氣連接和信號(hào)傳輸，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。某公司研發(fā)的一款轉(zhuǎn)接板，通過(guò)堆疊裝配技術(shù)連接上下面高密度互連（high density interconnector，HDI）板，使電子產(chǎn)品在減小體積的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更多應(yīng)用功能。此類轉(zhuǎn)接板對(duì)圖形精度、樹(shù)脂塞孔、銅厚及阻焊厚度有較高要求。本文從設(shè)計(jì)信息、制作難點(diǎn)和控制方法等角度對(duì)此板的研發(fā)過(guò)程進(jìn)行探討。

1 產(chǎn)品信息

1.1 產(chǎn)品制作要求及基礎(chǔ)信息

產(chǎn)品特征見(jiàn)表1。

表1 產(chǎn)品特征

1.2 轉(zhuǎn)接板主要工藝流程

該轉(zhuǎn)接板是雙面板，工藝流程如圖1 所示。生產(chǎn)流程需二次化學(xué)鍍銅（沉銅），二次加厚銅，二次減銅，二次鉆孔。制作過(guò)程復(fù)雜，對(duì)設(shè)備性能和工藝制作方法有較高的要求。

圖1 工藝流程

1.3 制作難點(diǎn)識(shí)別

轉(zhuǎn)接板組裝過(guò)程是將2 片HDI 板夾在中間，貼片過(guò)3 次回流焊，為確保不同層之間的電氣連接和信號(hào)傳輸，對(duì)孔位精度和焊盤的位置精度要求高，要求受熱漲縮穩(wěn)定、翹曲度小，具體包括但不限于以下要求。

（1）導(dǎo)通孔連接在焊盤上為盤中孔（via in pad，VIP）結(jié)構(gòu)，孔銅要求最小18 μm，采用樹(shù)脂塞孔電鍍填平工藝（plating over filled via，POFV）。

（2）孔中心到孔中心孔位公差±0.05 mm，孔內(nèi)不允許有毛刺。

（3）需樹(shù)脂塞孔的過(guò)孔距鄰近金屬化孔近，易滲入鄰近孔中，樹(shù)脂塞孔凹陷≤10 μm，平整度要求高。

（4）光學(xué)點(diǎn)間距公差±0.05 mm，漲縮要求嚴(yán)。

（5）阻焊厚度要求嚴(yán)，且阻焊層不允許有異物。

2 主要制作難點(diǎn)的關(guān)鍵方法

2.1 鉆孔質(zhì)量和孔位精度

該板的孔主要是?0.2 mm 金屬化過(guò)孔，鍍銅后樹(shù)脂塞孔，經(jīng)POFV 工藝在孔口二次鍍銅，圖形轉(zhuǎn)移生成VIP 結(jié)構(gòu)。鉆孔孔內(nèi)若殘留有纖維絲，將對(duì)后工序的樹(shù)脂塞孔造成影響。孔位公差要求±0.05 mm，需要選擇鉆孔精度高的鉆機(jī)且減少疊板數(shù)。主要管控方法如下。

（1）各孔徑要求的鉆孔均采用全新鉆頭。

（2）選擇鉆孔精度CPK≥1.67的鉆機(jī)生產(chǎn)，白色密胺墊板，鍍膜鋁片，2片/疊。

（3）所有底板使用孔位精度掃描儀進(jìn)行孔位精度掃描，要求CPK≥1.33。

（4）高壓水洗后，100%經(jīng)過(guò)驗(yàn)孔機(jī)檢查多孔、少孔、孔大、孔小、孔內(nèi)批鋒毛刺等問(wèn)題。

對(duì)所有底板使用孔位精度掃描儀進(jìn)行孔位精度掃描，CPK=2.5，符合要求，如圖2所示。若鉆孔時(shí)出現(xiàn)斷刀，不建議補(bǔ)鉆，取出斷刀后對(duì)單元板做報(bào)廢處理，以免出現(xiàn)失效。

圖2 底板測(cè)量鉆孔精度

2.2 銅厚管控

轉(zhuǎn)接板在生產(chǎn)過(guò)程中需多次鍍銅和減銅，鍍銅和減銅工序的銅厚公差要求高，并直接決定在制板能否滿足客戶要求和能否順利制作。常規(guī)電鍍線難以滿足銅厚公差要求，本文使用添加氧化銅粉的垂直連續(xù)電鍍（vertical continuous electroplating，VCP）線，其鍍銅結(jié)晶、深鍍能力、鍍銅延展性及電鍍均勻性比常規(guī)使用銅球的VCP 線更好。使用3 000 倍掃描電鏡觀察鍍銅晶格，所展示的成品鍍層晶格，結(jié)構(gòu)致密，無(wú)裂紋，無(wú)柱狀結(jié)晶。IH 磨板線使用不織布加陶瓷磨刷，只允許過(guò)一次磨板，不允許返磨，以減小磨板引起的漲縮。

按工藝流程的生產(chǎn)順序，結(jié)合公司設(shè)備能力，策劃各工序完成銅厚要求見(jiàn)表2。在各鍍銅和減銅工序生產(chǎn)完成后，使用CMI 700 測(cè)量首件和按每10 片抽測(cè)1 片比例測(cè)量雙面四角加中間面銅，確保各制程銅厚符合要求。

表2 銅厚管控要求

2.3 真空樹(shù)脂塞孔管控

金屬化孔為POFV 工藝，要求塞孔內(nèi)無(wú)氣泡開(kāi)裂、塞孔口表面平整，塞孔飽滿度≥95%，經(jīng)過(guò)5次回流焊無(wú)裂紋。主要管控方法如下。

（1）使用有電荷耦合器件（charge coupled device，CCD）定位的真空塞孔機(jī)塞孔。

（2）塞孔網(wǎng)版（鋁片網(wǎng)）漏印點(diǎn)設(shè)計(jì)：①被塞孔距離插件孔≤0.37 mm 時(shí)，網(wǎng)版塞孔點(diǎn)鉆頭按比孔大0.05 mm設(shè)計(jì)；② 被塞孔距離插件孔＞0.37 mm時(shí)，網(wǎng)版塞孔點(diǎn)鉆頭按比孔大0.1 mm設(shè)計(jì)。

（3）首板及在線檢查樹(shù)脂塞孔不能有凹陷，樹(shù)脂油墨不可滲入旁邊不塞的金屬化孔（plated through hole，PTH）內(nèi)。

（4）針對(duì)樹(shù)脂塞孔冒油不良情況，網(wǎng)印人員在印刷架網(wǎng)調(diào)機(jī)后，用對(duì)位膜調(diào)網(wǎng)，使用放大鏡檢查首板的板子塞孔面和冒油面，油墨不可滲到插件孔內(nèi)。

（5）在線生產(chǎn)時(shí)，每籠板子印刷后需擦拭網(wǎng)底一次，防止網(wǎng)版積油墨滲油。

（6）在線批量塞孔生產(chǎn)時(shí)，使用放大鏡檢查每籠板的首、中、尾板，確保無(wú)品質(zhì)不良品漏出。

（7）塞孔烘烤后需再目視全檢，檢查板面無(wú)油墨滲油到插件孔。

（8）樹(shù)脂油墨使用真空油墨攪拌機(jī)攪拌，改善氣泡不良。

（9）塞孔后出油面樹(shù)脂塞孔呈顆粒狀，密集孔呈峰谷狀，不允許連成一片，不允許油墨明顯堆積及整板糊油，如圖3所示。

圖3 樹(shù)脂塞孔要求

2.4 圖形尺寸公差和間距公差

此板NSMD 焊盤尺寸≤0.25 mm，公差±0.025 mm，光學(xué)點(diǎn)間距公差±0.05 mm。使用高精度連線激光直接成像（laser director imaging，LDI）曝光機(jī)生產(chǎn)，二面漲縮系數(shù)一致。曝光完一面后，翻板用相同對(duì)位孔曝光另一面，消除不同機(jī)臺(tái)的對(duì)位偏差，可取得良好的單面對(duì)位精度和層間圖形對(duì)位精度。

堿性蝕刻時(shí)，蝕刻液從露銅表面開(kāi)始向下逐步蝕刻，同時(shí)蝕刻側(cè)面銅，要求蝕刻因子≥3?？紤]到該板在貼片時(shí)要過(guò)3次回流焊，因此所有線路和焊盤不允許修補(bǔ)，自動(dòng)化光學(xué)檢測(cè)（automated optical inspection，AOI）掃描和修理完成后，對(duì)修理板過(guò)清洗線并復(fù)掃，避免有不良漏失。

2.5 阻焊工序的制作方法

阻焊工序主要控制點(diǎn)為阻焊厚度、阻焊精度和阻焊雜物。按常用網(wǎng)印機(jī)工藝參數(shù)，首板使用六邊形濕膜測(cè)試片測(cè)試當(dāng)前印刷的油墨厚度，固化后的油墨厚度約為濕膜厚度的50%，使銅面上阻焊厚度靠近中值20 μm；基材上阻焊油墨的高度不超過(guò)焊盤25 μm。曝光使用激光直接成像（laser director imaging，LDI）曝光機(jī)連線生產(chǎn)，控制阻焊對(duì)位精度±35 μm。阻焊雜物管控從前處理線、印刷、預(yù)烘、曝光、顯影到最后固化，所有流程均需保持清潔。

3 測(cè)量和檢驗(yàn)

出貨前按客戶要求做檢驗(yàn)和可靠性測(cè)試。

（1）隨機(jī)抽取32 單元板測(cè)量，用二次元測(cè)量插件孔到光點(diǎn)、孔到光點(diǎn)Y軸、光點(diǎn)到光點(diǎn)Y軸、光點(diǎn)到光點(diǎn)X軸和孔到光點(diǎn)X軸距離，符合要求，且CPK≥1.33，見(jiàn)表3。

表3 圖形間距測(cè)量

（2）終檢工序100%過(guò)板曲檢查機(jī)測(cè)量平整度，實(shí)測(cè)翹曲度＜0.35%，符合要求。抽選100 片板的翹曲數(shù)據(jù)，如圖4所示。

（3）過(guò)5 次回流焊后，金相顯微鏡測(cè)量面銅、POFV 銅厚和檢查樹(shù)脂塞孔品質(zhì)，符合要求，如表4和圖5所示。

表4 切片檢查

（4）按客戶要求做可靠性測(cè)試，見(jiàn)表5。由表5可見(jiàn)，測(cè)試結(jié)果符合要求。

表5 可靠性測(cè)試

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)前期策劃識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，制定生產(chǎn)管控方案和品質(zhì)監(jiān)控方案，持續(xù)分析實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)的異常和總結(jié)改善措施，整理出一套適用的生產(chǎn)技術(shù)，并已大批量交付多款轉(zhuǎn)接板。由于轉(zhuǎn)接板要求多，過(guò)程管控嚴(yán)格，對(duì)不同類型的轉(zhuǎn)接板，需更多同行的共同努力，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，探索新的方法和工藝。