光模块PCB工艺研究

曾祥福 郑晓蓉 周 刚 柳 超

（广东科翔电子科技有限公司，广东 惠州 516081）

1 产品信息

光模块（optical module）由光电子器件、功能电路和光接口等组成，光模块的作用是光电转换，发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送，接收端再把光信号转换成电信号。本项目研究光模块PCB，其特点是印制插头为长短插头设计，工艺生产采用镀水金方法确保金手指位置无引线。该款光模块PCB四层板（图1），单块（图2）尺寸为37.33×12.5 mm、板厚1.0±0.1 mm，交货成品（图3）尺寸为85.52×88.29 mm（拼10 pcs），在制板尺寸为620×468 mm（拼300 pcs）。印制插头（以下金手指）处为长短指设计（如图1～图3）。

2 产品工艺流程

开料（材料：IT-158中Tg、0.6 mm 1/1 oz）→内层湿膜→内层酸蚀→内层AOI→棕化→外层叠板→外层压合→外层X-ray+铣边→磨边→钻通孔→外层黑孔→外层板电→外层干膜1→电镀水金（铜、镍、金）→外层干膜2→电镀金手指→外层碱蚀→外层AOI→阻抗测试1→阻焊塞孔→阻焊→阻焊后烤→阻抗测试2→电铣1→斜边→电铣2→飞针测试→压烤→终检→FQA→包装

3 关键技术研究

3.1 特殊流程控制

光模块PCB客户要求印制插头镀镍金，其余PAD作化镍金处理，但是印制插头部分是长短金手指设计，若放在蚀刻以后电镀金手指，需要拉引线，客户对于金手指引线残留要求＜0.1 mm，若拉引线镀金手指则引线残留无法控制在客户要求范围以内。

图1 光模块PCB层压叠构图

图2 光模块PCB单块设计图

图3 光模块PCB出货set设计图

通过查阅相关资料并参考同行业之工艺流程，确定了在蚀刻前完成表面镀金（俗称镀水金工艺）和选择性加镀金手指。特殊管控点（见表1），完成的PCB印制插头（如图4）。

小结：由于第一次干膜需经过电镀铜/镍/金、干膜显影2和电镀金等工序多种药水攻击，且在不同的环境条件下搬运、停留；为了防止电镀金时产生渗镀，一方面需要选择而化性较好的干膜，另一方面需对生产过程和时间进行管控，样品从干膜1到蚀刻的时间控制在72小时以内完成，镀金没有出现渗镀问题，批量生产时控制时间和产品存放环境有待进一步验证。

3.2 板厚控制

由于光模块PCB装配条件限制，对成品板厚要求控制在1.0 mm±0.1 mm，通过对压合叠构设计、电镀铜/镍/金厚度和阻焊厚度的控制，使最终成品板厚达到要求范围以内，控制重点如下：

（1）选择芯板为0.6 mm（不含铜厚）35 μm/35 μm（1/1 oz），L1-L2、L3-L4层用1张Pp1080 RC 63%+1张106 RC 76%，铜箔用12 μm/12 μm（1/3 oz），压合叠构见图3，压合后板厚控制在0.91 mm±0.09 mm；

表1 光模块PCB特殊流程管控表

图4 完成的PCB印制插头

（2）电镀铜/镍/金厚度控制在要求范围以内，不低于下限，也不高于上限；

（3）阻焊厚度控制在10～30 μm以内。

3.3 阻抗控制

光模块PCB产品特性阻抗和差分阻抗的线宽分别补偿25.4 μm（见图5、图6），生产按照±10%标准控制，使阻抗控制在要求范围以内（表2）。

图5 差分阻抗设计

图6 特性阻抗设计

3.4 尺寸控制

光模块PCB尺寸精度要求±0.1 mm，而常规PCB的尺寸要求一般在±0.13 mm、±0.15 mm；为了达到此严格要求，挑选精度较高的CNC设备，设计两套CNC资料分两次铣板，先3片一叠整板铣set外围，完成后以5片一叠set定位铣内槽，使光模块PCB的尺寸满足要求（尺寸数据见表3）。

3 . 印制插头外观控制

由于印制插头电镀金在阻焊以前完成，为了减少过程中对金手指造成刮伤，镀金完成后禁止两片板叠在一起，选用插隔空插板车和清洗后的胶片搬运，以控制金手指刮伤，控制重点如下：

（1）干膜到电镀、蚀刻采用插板车搬运，防止产品摩擦刮伤；

表2 光模块PCB阻抗测量数据表

表3 光模块PCB尺寸控制表 (单位：mm)

（2）阻焊控制一次良率，禁止退洗重工；

（3）蚀刻后到成型前每片板中间采用清洗后的胶片隔开搬运；

（4）AOI机台、阻焊印刷机台、曝光机台、检验台在生产前先清洗干净；

（5）电铣时表面用垫板盖住，以防成型机主轴毛刷伤到金手指；

（6）成品清洗机速度适当放慢，使拉板人员规范接板动作，避免刮到金手指。

小结：通过以上方式控制，虽然可以减少对金手指的刮伤，但金手指的无感刮伤还是比较明显，再次生产此类产品时需要进一步检讨控制方式。

4 产品可靠性测试

4.1 焊锡性测试

测试方法为浸锡；测试条件和结果见表4。

4.2 冷热冲击测试

（1）测试设备：冷热冲击测试机；

（2）测试标准：IPC-TM-650标准2.6.7；

（3）测试条件：－40 ℃/15 min，125 ℃/15 min ，100个Cycles；

（4）测试结果：无爆板、无起泡、无变色、无掉油，判定合格。

4.3 耐热冲击测试

测试条件和结果见表5。

5 总结

光模块PCB按照电镀水金流程，选择专用耐化性干膜，通过资料设计优化，跟进样板完成全流程生产，成品检测及检验合格；焊锡性、冷热冲击及耐热冲击测试合格。关键控制点要求如下：

（1）特殊工艺控制：光模块PCB由于第一次干膜需经过多道工序多种药水攻击，且在不同的环境条件下搬运、停留；为了防止电镀金时产生渗镀，一方面需要选择而化性较好的干膜，另一方面需对生产过程和时间进行管控。

（2）光模块PCB尺寸控制：光模块PCB尺寸精度要求±0.1 mm，为了达到此严格要求，挑选精度较高的CNC设备，设计两套CNC资料分两次铣板。

（3）印制插头金手指外观控制：由于电镀印制插头金手指在阻焊以前完成，为了减少过程中对金手指造成刮伤，镀金完成后禁止两片板直接叠在一起，选用合适搬运车以控制金手指刮伤

表4 光模块PCB焊锡性测试条件

表5 光模块PCB耐热冲击测试

（4）光模块PCB本次客户未明确要求金手指需要全包镍/金，所以按照水金流程制作基本满足客户要求，金手指位底铜被蚀刻后露出铜有氧化隐患；若后续新客户对金手指要求全包镍/金时，则需要采用内拉引线，在阻焊以后贴蓝胶镀金手指工艺生产。