半挠性高精密互联印制板加工技术研究.pdf

2024年3月第2期82严俊君 樊廷慧 肖鑫 黄双双(惠州市金百泽电路科技有限公司，广东 惠州 5 1 6 0 8 3)必将得到长足的发展，来满足电子技术向高集成、高密度、微型化的演变，目前该类产品广泛用于通信、消费电子、汽车电子、军工等众多领域。1.1 基本信息此产品为一款非对称结构 2 阶叠孔 HDI+半挠性工艺产品，该产品硬板层为 L3-L6，其中 L4-L5、L5-L6 区域含有堆叠盲孔，L1-L2 为半挠性层次，板随着电子技术的不断演进，高密度化和微型化成为电子产品的发展趋势，HDI 板具有高密度、高集成等特点，而半挠性板能够满足三维安装的需求，两者结合的产品完美地顺应了电子产品高密度化和微型化的发展趋势。在可预见的未来，HDI+挠性结构产品半挠性高精密互联印制板加工技术研究Research on the processing technology of semi-flexible and high-precision interconnected printing boardYan Junjun,Fan Tinghui,Xiao Xin,Huang Shuangshuang【摘要】文章主要介绍了一款 2阶叠孔高密度互连(H D I)半挠性印制板，此款产品集不对称压合、电镀填孔、揭盖等特点，且各层次芯板底铜厚度不同，需经多次减铜流程，严格控制面铜厚度，以保证最小线宽精度，产品集 H D I 和半挠性印制板特性于一身，有一定的制作难度。通过制作前识别产品制作过程中重点和难点，对关键技术进行优化，有效保证了产品的质量。A b s t r a c t T h i s p a p e r ma i n l y i n t r o d u c e s a s e c o n d-o r d e r h i g h-d e n s i t y i n t e r c o n n e c t i o n (H D I)s e mi-f l e x i b l e p r i n t e d c i r c u i t b o a r d.T h i s p r o d u c t h a s t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f a s y mme t r i c p r e s s i n g,h o l e f i l l i n g b y e l e c t r o p l a t i n g,c o v e r u n c o v e r i n g,e t c.,a n d t h e c o p p e r t h i c k n e s s a t t h e b o t t o m o f e a c h l a y e r o f t h e c o r e b o a r d i s d i f f e r e n t.I t i s n e c e s s a r y t o g o t h r o u g h s e v e r a l c o p p e r r e d u c t i o n p r o c e s s e s,s t r i c t l y c o n t r o l t h e s u r f a c e c o p p e r t h i c k n e s s,a n d e n s u r e t h e mi n i mu m l i n e wi d t h a c c u r a c y.T h e s e c o n d a r y p r o d u c t c o mb i n e s t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f H D I a n d s e mi-f l e x i b l e p r i n t e d c i r c u i t b o a r d,s o i t i s d i f f i c u l t t o ma n u f a c t u r e.B y i d e n t i f y i n g t h e k e y p o i n t s a n d d i f f i c u l t i e s i n t h e p r o d u c t i o n p r o c e s s b e f o r e p r o d u c t i o n,a n d o p t i mi z i n g t h e k e y t e c h n o l o g i e s,t h e p r o d u c t q u a l i t y i s e f f e c t i v e l y g u a r a n t e e d.【关键词】高密度互连(H D I)；半挠性；印制板；电路板K e y Wo r d s H i g h d e n s i t y i n t e r c o n n e c t i o n (H D I)s e mi-f l e x i b l e p r i n t e d c i r c u i t b o a r d第一作者简介：严俊君，现任金百泽电路大亚湾 PCB 制造中心技术研发工程师。0 前言1 产品特点及结构83PCB InformationMAR.2024 NO.21.2 产品叠构信息产品结构设计为半挠性区域在外层的非对称结构，具有多种盲埋孔设计，结构较复杂，具体见图 1。(5)L1-L6 制 作 流 程：L1-L6 压 合 L1-L6 打 靶孔铣边磨板单面减铜磨板棕化减铜激光钻孔等离子钻孔沉铜/一铜电镀填孔减铜外层线路镀锡碱性蚀刻 AOI 阻焊塞孔阻焊丝印喷印字符沉金定深铣 CNC 外形激光切割揭盖 E-TEST 撕高温胶点胶烘板 FQC 包装入库。2.1 内层芯板涨缩内层芯板进行合理的涨缩补偿，可保证叠孔对准度。根据材料特性及厚度，对内层芯板按表 2 进行涨缩补偿，二次压合后缩 0.02%，导致叠孔偏移明显，偏移量 0.042mm，如下图 2。图 1 产品叠层结构图图 2 涨缩优化前盲孔对准度表 1 产品基本信息表 2 内层芯板涨缩预补偿系数表 3 优化后内层芯板涨缩预补偿系数编号技术名称技术特点1产品类型6层 2阶叠孔 H D I 半挠性印制板2覆铜板硬板层：常规F R-4，高T g，铜厚0.0 3 5 mm/0.0 3 5 mm半挠性层：半挠性 F R-4，T g 1 7 0，铜厚 0.0 1 8 mm/0.0 1 8 mm3覆盖膜0.0 3 7 5 mm4半挠性层厚度0.0 7 5 mm5激光盲孔孔径0.1 mm6孔铜/面铜孔铜 0.0 2 5 mm，面铜 0.0 3 5 mm7最小线宽/线距0.0 7 5 mm/0.0 7 5 mm8塞孔方式阻焊塞孔9表面处理沉金1 0半挠性区域宽度2.0 mm1 1成品板厚1.0 8 0.1 mm1 2半挠性区域弯折能力 1 8 0 弯折 1 0次以上层别L 2L 3L 4L 5轴向XYXYXYXY涨缩+0.0 3 5%+0.0 2 5%+0.0 6%+0.0 2 5%层别L 2L 3L 4L 5轴向XYXYXYXY涨缩+0.0 3 5%+0.0 4 5%+0.0 8%+0.0 4 5%因按表 2 对内层芯板进行涨缩补偿后偏移过大，故需要优化内层芯板补偿系数，将 L3、L4、L5 在原来基础上多补偿 0.02%，优化后的具体系数如下表 3，使用优化后的系数作业，且激光钻孔采用自动涨缩模式，激光钻孔无明显偏移，保证了盲孔的对准度，见图 3。1.3 产品工艺流程(1)L3-L5 制作流程：开料 L4 层线路 L4 层蚀刻 L4 AOI 棕化 L3-L5 压合打靶孔磨板单面减铜棕化减铜激光钻孔等离子沉铜/一铜填孔电镀减铜 L3-L5 层线路 L3-L5 层蚀刻 L3-L5 层 AOI；(2)不流胶 PP 制作流程：开 PP 钻定位孔 PP铣槽检验；(3)覆盖膜制作流程：开覆盖膜钻定位孔覆盖膜铣槽检验；(4)L1-L2 制作流程：开料 L2 层线路 L2 层蚀刻 L2 层 AOI 棕化贴覆盖膜快压贴高温胶等离子；2 关键制程加工过程厚 0.075mm，半挠性区域宽度 2.0mm，该产品基本信息如表 1。2024年3月第2期84半挠层在中间层结构的产品在压合后凹陷度较小，分析原因为外层半挠芯板较薄，支撑力较差，导致半挠区凹陷明显。通过在 L1 半挠性面制作铝片和环氧板与内层芯板一起铆合，提高半挠层支撑力，改善产品压合后凹陷效果，具体如图 6 所示。另外，因半挠性芯板厚度较薄，压合按下图 7 所示进行排版，防止压合发生流胶不良、PI与半挠性层结合不良、板面不平整、起皱等品质异常。通过优化产品制作过程中叠板方式和排板方式，产品半挠区凹陷改善明显，外层线路制作过程未出现掉膜和渗镀现象，产品品质良好，具体效果如图8所示。2.2 压合此款产品为半挠层在外层的非对称结构，半挠性芯板厚度为 0.075mm，半挠区域 PP 进行开窗处理，导致外层半挠芯板难以支撑压合过程重压，导致半挠区台阶凹陷明显过大(如图 4)，导致外线干膜贴不紧，显影后出现掉膜现象，出现台阶位渗锡(如图 5)，影响产品外层线路制作，造成短路不良，严重影响品质及交付。图 3 涨缩优化后盲孔对准度图 4 半挠区凹陷明显图 6 产品铆合图图 5 半挠区外层线路渗镀图 7 压合排版图示图 8 产品凹陷改善产品图 2.3 机械钻孔本产品由半挠性芯板与常规 FR4 高 Tg 芯板压合加工成 HDI+半挠性印制板，半挠性芯板也为 FR4 材料。但相比传统 FR4 产品，半挠性芯板降低了整体的85PCB InformationMAR.2024 NO.22.4 减铜此 产 品 L1-L2 层 底 铜 0.018mm，L3-L4 层 底 铜0.035mm，L5、L6 层底铜 0.012mm，有两次填孔电镀流程，且最小线宽 0.075mm，因此该产品有多次减铜流程，以保证压合无板翘，线路蚀刻时最小线宽在要求范围内，减铜控制具体如下：(1)L3-L5 一次压合后，因 L3 层面铜 0.035mm，L5层 0.012mm，为了保证 L3 和 L5 层线路制作，需将 L3层减铜至 0.015mm 左右；(2)两次填孔电镀后 L3-L5 和 L1-L6 面铜厚度最大达 0.055mm，且最小线宽 0.075mm，因此需对 L3-L5和 L1-L6 层进行掩孔减铜，减 0.015mm，将 L3-L5 面铜厚度控制在 0.0350.040mm。(3)总压后L1层铜厚0.018mm，L6层铜厚0.012mm，面铜差 0.006mm，且此层次最小线宽 0.075mm，因此需对 L1 层进行减铜 0.005mm，与 L6 层面铜厚度相近。2.5 半挠性区域揭盖半挠性印制板是一种在刚性印制板的基础上制作出可进行局部弯折的印制板，把需要弯曲的地方铣薄，具备一定的柔性，可以根据产品要求实现局部静态弯曲，满足各种类型产品三维组装的安装要求。弯曲地方铣薄通常采用激光控深揭盖的方法，具有成本低、速度快、流程简单等优点。但在半挠性印制板制作过程中发现，当控深揭盖的介质层较厚时，激光切割难以切穿介质层(如图 11)，无法正常揭盖，用力过猛容易将产品工艺边弄断(如图 12)，造成产品品质问题。根据供应商提供的半挠材料加工参数，通过厂内试验论证，在现有高 Tg 钻孔参数上进行优化，降低钻孔孔限数，增大转速，降低进刀速，可改善半挠性层孔壁粗糙度过大问题，满足产品品质管控要求，优化前后加工参数见表 4，改善后钻孔效果如图 10 所示。图 1 0 孔壁粗糙度改善图 1 1 揭盖介质厚图 9 孔壁粗糙度大表 4 优化前后钻孔参数对比项目钻孔参数钻刀直径转速(r p m)进刀速(m/mi n)回刀速(m/mi n)孔限(H)参数差异钻孔参数原参数0.2 1 4 41.81 81 7 0 0转速：比较接近；进刀：参数设置慢孔限：参数设置低0.2 5 1 4 41.81 81 7 0 0新参数0.2 1 5 01.21 81 0 0 00.2 5 1 5 01.51 81 0 0 0硬度和刚性。在钻孔制程中，发现采用常规 FR4 材料参数加工，半挠性芯板层孔壁粗糙度 0.025mm(如图9)，孔壁粗糙影响板件的互联、电气性能，可能使得通孔连接不匀造成连接不良，存在极大的品质隐患。2024年3月第2期86不仅包含了 HDI 制作的激光钻孔、电镀填平等技术，更涵盖了挠性板加工的贴覆盖膜、挠性板压合、控深铣、激光切割揭盖技术，制作过程中重点制程及管控方法具体如下表 5。此款 2 阶叠孔 HDI+半挠性工艺产品的制作工艺半挠性印制电路板的材料成本比软板低，加工比刚挠结合板简便。相对于只需要静态弯折安装的印制板而言，半挠性板是最佳的选择。本文分享了 2 阶叠孔 HDI 半挠性产品，通过制前识别制作难点，制定相应的管控方法，通过对内层芯板涨缩、压合、钻孔、减铜和揭盖等重点制程进行技术的优化，成功完成了产品的制作。参考文献1宋建远.高阶表面结构刚挠结合印制板制作技术 J.印制电路信息,2019:424-426.2陈世金.任意层高密度互连电路板制作关键技术研究 J.电子工艺技术,2013(5)：279-283.3陈志宇.半挠性印制电路板盲槽反控深揭盖工艺研究 J.印制电路信息,2020(1)：18-22.根据产品结构特点，优化揭盖方式，选择控深铣+激光的方式进行揭盖，确保揭盖效率和质量，首先对半挠性区域进行控深铣，使用 0.8mm 铣刀，槽宽0.8mm，控深铣深度 0.5mm，控深铣后介质层剩余厚度控制在 0.2mm0.3mm 之间，控深铣后效果如图 13所示；然后再进行激光切割揭盖，完成加工后易揭盖，揭盖边缘整齐无毛刺，揭盖后半挠性区域效果如图 14所示，满足品质需求。图 1 3 控深铣图示图 1 4 揭盖后图示表 5 重点制程风险识别及管控措施序号制程潜在风险管控措施1内层线路半挠性芯板厚度0.0 7 5 mm，易卡板过水平线时加牵引板防止卡板。2激光钻孔1、铜厚不符；2、激光孔径超公差；1、棕化减铜至 0.0 0 6 mm 0.0 0 7 mm；2、激光钻孔，根据介质层厚度，设置合适参数，孔径控制在 0.1 0.0 1 2 5 mm内；3、棕化及激光钻孔前均需做首板确认。3沉铜/一铜1、露基材；2、除胶不良；3、盲孔孔铜铜不足；1、磨板电流控制；2、等离子除胶+化学除胶；3、V C P 生产，2 0 A S F*0.7 m/mi n 镀 2次,盲孔孔铜 0.0 0 5 mm。4填孔电镀填孔凹陷盲孔需填平，切片分析，凹陷 0.0 2 5 m m。5 减铜减铜不足或减铜过度L 3层单面减铜至 0.0 1 5 mm,与 L 5一致，填孔电镀后减铜至 0.0 3 0 mm 0.0 3 5 mm，L 1层减铜 0.0 0 5 mm与 L 6相差不大。6 压合板翘、皱褶压合双面使用缓冲白纸+三合一辅助压合。7机械钻孔孔壁粗糙度使用新钻咀，降低孔限、转速等。8外层线路线宽超标采用图形电镀，碱性蚀刻，确保铜厚0.0 3 5 mm，线宽在 0.0 7 5 0.0 1 5 mm内。9控深锣深度及宽度异常使用0.8 mm铣刀，槽宽0.8 mm，槽深0.5 mm1 0激光揭盖揭盖困难、残胶、毛刺控深锣使挠性区域介质层厚度控制在 0.2 m m 0.3 mm，然后激光切割揭盖。3 重点制程及管控方法4 总结图 1 2 揭盖导致工艺边断裂(责任编辑 谢万丽)