浅谈任意层互连HDI板生产中涨缩管控

郭达文 文伟峰 谢圣林

（红板（江西）有限公司，江西 吉安 343100）

随着电子产品不断地向小型化和多功能化方向发展，印制电路板（PCB）的任意层互连设计必将成为智能手机、平板电脑等移动互联终端产品的主流设计。

功能应用的越来越多，导致常规HDI设计已经不能满足要求，必须采用任意层互连设计[1]。任意层互连（Any layer）技术可以使PCB的体积较传统HDI减小40%～50%，在达到轻、薄的同时，可以缩短信号的传输距离，降低电容和电感产生的损耗。同时，高密设计还可以节约电能消耗，提升设备续航能力[2]。

PCB设计越密越薄，相应器件的焊盘和间距也越来越小，对PCB制作过程涨缩的管控要求也就越高。

1 任意互连HDI板涨缩管控的重要性

随着PCB设计从高密度化逐渐向高阶HDI和任意层互连HDI板方向发展，使得线密集化和微孔化已逼近设计“极限化”。BGA（球栅阵列）封装器件的节距也由0.4 mm、0.35 mm向0.3 mm设计，即两个连接盘中心距离只有0.3 mm，可以说任意互联HDI板设计的特点就是更薄、更细、更密集。

细节距与薄的特性导致了HDI板涨缩管控的难度增加，对其涨缩管控提出了更高的要求。若是涨缩超差，电路开短路测试时，会出现测试偏位等问题，影响生产效率；贴片时会出现钢网印刷偏位、短路等问题，最终导致PCB板无法正常使用。因此管控好涨缩是任意互联HDI板生产加工过程中一项贯穿始终的、极其重要的控制项目，也是一个复杂的系统问题，要控制好这个问题需要从材料选择、工程设计、制程等方面进行管控[3]。覆铜板厂商对自己的材料都有过深入的研究，包括材料本身CTE（热膨胀系数）值、压合参数等。本文仅从任意互连HDI板各工序对位方式的选择、制程中烤板及操作细节做些交流分享。

2 任意互连HDI板生产中涨缩管控点

2.1 对位方式

对位是PCB加工过程中一个极其重要的步骤，它贯穿于PCB的整个生产流程中，从层间对位到机械加工对位基本上每个工序都需要对位。任意互连HDI板的内层芯板上就有盲孔，故从内层激光钻盲孔开始就要选择对位合适的方式，难度更高。本文就任意互连HDI板盲孔叠孔最重要的激光对位和线路对位生产过程相关工序进行探讨。

2.1.1 激光对位

任意互连HDI板的激光钻孔直接关系到堆叠孔的整齐度，是非常重要的工序。同时通过激光抓取的靶标得到的涨缩数据，也是后工序分钻带进行机械钻孔的依据，即激光对位所用的靶标涨缩数据代表的是整个板的涨缩系数，故激光对位的靶标设计极其重要。任意互连HDI板，芯板需要激光钻孔，故第一步就是设计好内层芯板的对位靶标，此时要根据成品的涨缩数据反推出芯板的涨缩设计，否则将直接影响到成品的涨缩。激光对位靶标在大板上的位置设计也非常重要。虽然原则上靶点设计尽量靠近板边，更能体现整张大板的涨缩，但现各家PCB厂为了追求板料利用率的最大化，其板边都非常小，贴膜不到边等容易导致靶点残缺不全问题，另外由于板边是频繁操作接触的区域，而任意互连HDI板又太薄，容易变形影响涨缩数据。此时建议尽量设计到板内靠近大板外形线的单元中的铣空区域，能更好地代表整个大板的涨缩。

2.1.2 线路对位

任意互连HDI板因线、孔的密集度较高，一般设计的机械孔较少，板上大多是密集的激光盲孔，故在线路对位时使用传统的机械钻孔作为对位基准已经不合适了，采用机械钻孔和激光盲孔混合靶标来对位也容易导致盲孔叠孔时存在逐层偏移现象。

此时建议使用激光密烧Pad（如图1）作为对位基准，即将底层的图形做成圆形掏铜，激光密烧将底层图形露出作为对位基准，将内层的图形作为外层图形的对位基准，这样激光打盲孔和外层图形的对位都是以内层图形为基准，涨缩相同，则对准度一致，可以减少盲孔偏孔问题。

图1 用激光密烧PAD为对位基准

2.2 烤板

PCB加工中需要用到烤板工序很多，对涨缩管控来说，最重要的还是开料后烤板和成型后烤板。特别是任意互连HDI板，因为直接烧铜打激光孔等原因，多使用不包铜0.05 mm的芯板，完成板厚也多在0.5 mm～0.8 mm，比较薄，若不能及时释放内应力，对产品的最终涨缩影响较大。

2.2.1 开料后烤板

从覆铜板厂家买回来的芯板，在开料后进行烤板处理，主要目的是使芯板完全固化、消除应力。尽管对芯板的烤板要求推荐并不一致，但对于任意互联HDI板来说，其芯板较薄，且第一道工序就是制作内层激光盲孔的靶标，对叠孔的一致性影响极大，所以任意互连HDI板的芯板还是要烤板，以防止个别固化不全和减少不同基板之间的涨缩差异。

烤板的时候还要注意控制叠板厚度以及控制好烤炉的温度和烤板时间。在制程中，如果遇到特殊情况导致板在某个工段停留时间过长，再生产时也要先烤板。

2.2.2 成型后烤板

成型后烤板是将板子在生产过程中水分挥发、释放板的内应力，对涨缩的稳定性有较大帮助。从实验数据看，HDI板在过IR（红外线）两次后，涨缩基板趋于稳定，有任意选取一批板中的10片进行烤板试验，数据如表1。因此，建议任意互连HDI板在成品出货前过一次IR炉烤板，可以有效避免贴片过程中产品发生涨缩变化。

表1 烤板试验数据 （mm）

2.3 加工操作

生产加工过程中一些操作和工具对任意互连HDI板涨缩的影响也极大，主要体现在烤板操作及工具、电镀磨板、返工等方面。

2.3.1 烤板操作及工具

任意互连HDI板比较薄，故在树脂塞孔、阻焊、文字等工序大板烘烤时，应避免在装笼架弯曲过度，尽量使用悬挂炉或者千层架进行烤板。

铣成单元小板后也要注意取板方式，避免板边折断、变形问题，同时在烤板时还要注意叠板厚度，以免影响烤板效果。

2.3.2 电镀磨板

电镀磨板对涨缩的影响非常大，特别是陶瓷刷等磨板，极易导致不规则的变形。任意互连HDI板，本身板的厚度就薄，经过磨刷的作用，涨缩变形就更大，故对于薄板，不建议电镀后做磨板处理，应从电镀设备、药水参数等方向上去避免板面问题的产生。

2.3.3 返工

在PCB生产流程中，都存在一些返工操作，如电镀、线路、阻焊等工序，这些返工对产品的涨缩有着很大的影响，特别是芯板以及完成板厚都较薄的任意互连HDI板，返工的板和正常生产的板，涨缩系数完全不同，若混同一起，则会影响正常板的加工生产。

以电镀返工为例，返工的板存在铜厚比正常板较厚、均匀性差等问题，铜厚不同，在线路蚀刻后板子释放的应力不同，会造成板的涨缩不同。同时铜厚偏厚及均匀性差等问题还会影响压合时填胶量，从而影响下一层压合的涨缩，也会产生局部阻抗不良等问题。线路、阻焊等工序的返工也同样因为前后处理微蚀铜、水平线拉扯等造成板子的涨缩不同。因此生产加工应尽量避免返工操作。实在有返工板，应该分开成独立批次，重新设定涨缩系数生产。

3 结束语

从当今主要手机通信厂商的设计来看，旗舰机5G产品的电路板均采用任意互联HDI板或者类载板。在国家大力发展5G、智能制造的大背景下，任意互连HDI板的需求量必然持续增加，必然催生更多的企业参与到任意互连HDI板的研发和生产中，对板子涨缩管控也势必成为关注点。以上从任意互连HDI板涨缩的主要管控点做了初步阐释，仅供业界参考。