一种内嵌式焊盘刚挠结合板工艺研究

2021-04-25王康兵曾祥福

印制电路信息 2021年4期

王康兵周刚曾祥福

(广东科翔电子科技股份有限公司，广东惠州 516081)

0 前言

内嵌式焊盘刚挠结合PCB板是将部分焊盘内嵌在2/N-1层，形成一种类似于半埋元器件式设计。外层的阻焊、表面处理等工艺将提前至2/N-1层制作，压合是重中之重，不管是基板的单面挡铜设计，还是作为保护内层焊盘的纯PI，都需要经过特殊处理和严格的尺寸管控。本文将详细地对2/N-1层焊盘制作、压合辅物料的尺寸管控、刚性板区挡铜设计等一系列特殊工艺进行讲解。

1 产品信息

该款内嵌式焊盘刚挠结合板为六层板（图1），单块（PCS）尺寸32.47 mm×16.75 mm（图2），9E所表示的区域均为内嵌式焊盘的位置。成品单元（set）尺寸141.25 mm×113.41 mm（图3，拼21pcs），在制板（PNL）尺寸500 mm×460 mm（拼252 pcs）。成品刚性板板厚0.42 mm±0.10 mm，挠性板板厚0.10 mm±0.03 mm。

内嵌式焊盘即为需要做喷锡贴片的pad（焊盘），由常规的外层制作更改为2/N-1制作。

3 产品工艺流程

L2/L5层流程：FCCL（挠性覆铜板）→打靶→裁边→棕化（底铜厚最低6 μm，激光可直接破铜）→激光钻孔→沉铜→填孔电镀→线路→AOI→阻焊印刷—后固化→贴抗镀干膜/曝光/显影（选镀区域）→化学镀金→退膜→打对位孔（用于纯胶对位）→棕化→-贴纯胶（先将纯胶备在耐高温聚酯薄膜上，再将通过人工依套孔的方式将纯胶正面贴在板子上）→快压→撕耐高温聚酯膜→入库

纯胶流程：裁切（依PNL尺寸裁切成片对片状）→冲孔(将备在耐高温聚酯薄膜上的纯胶打对位孔)→CNC切型（将耐高温聚酯薄膜对应刚性板L2/L5层焊盘及挠性板开盖区，进行捞空）→备耐高温聚酯薄膜（将残缺的耐高温聚酯薄膜撕掉，同时备好完整的耐高温聚酯薄膜）→入库

纯PI（聚酰亚胺）保护膜流程：裁切（依PNL尺寸裁切成片状）→冲孔（将备在耐高温聚酯薄膜上的纯PI膜打对位孔）→激光切型（采用ESI机台，将耐高温聚酯薄膜对应刚性板次L2/L5层焊盘除外区域的纯PI保护膜做全烧，耐高温聚酯薄膜进行半烧，确保耐高温聚酯薄膜不烧断）→备耐高温聚酯薄膜（将半烧的耐高温聚酯薄膜撕掉，同时备好完整的耐高温聚酯薄膜）→入库

基板流程：开料→钻孔（关掉套孔程式，只钻定位孔）→曝光/显影（将挡铜位置显影出来）→选镀（保证镀最低 20 μm的铜厚）→线路（只做挡铜层，另一层采用干膜曝光保护）→打对位孔→棕化（注意此处基板一面为全铜面，另一面只有挡铜区域含铜其他位置为底板）→入库

外层流程：压合（将基板+纯胶+纯PI保护膜+FCCL（软性铜箔基板）+纯PI保护膜+纯胶+基板进行压合）→打靶→裁边→钻孔→棕化→激光钻孔→压膜/曝光/显影（除半空腔（cavity）区域需要有干膜覆盖，其他位置全部显影掉）→沉铜→填孔电镀→线路→AOI→阻焊印刷→-后固化→激光控深开盖（半空腔（cavity）区四周做全烧，挡铜层不被激光烧穿）→等离子除胶→喷砂前处理→压膜/曝光/显影（显影出刚性板次内层焊盘区域）→酸性蚀刻（蚀刻掉挡铜区域的铜箔）→AOI（检测挡铜区域的铜箔是否完全蚀刻掉）→CNC切开盖槽（此处切的是挠性板区靠近工艺边的两条边）→开盖（挠性板区开盖，半空腔有PI保护膜覆盖）→喷砂前处理→镍钯金→压膜/曝光（空曝，所有区域都有干膜覆盖，防止CNC刮花金面及阻焊表面）→CNC成型（切内槽）→退膜→切型→成品水洗→FQC→整平烘烤→包装

图1 内嵌式焊盘刚挠结合PCB层压叠构图

图3 内嵌式焊盘刚挠结合板出货set设计图

4 关键技术研究

4.1 内嵌式焊盘开盖特殊工程设计

图4 内嵌式焊盘刚挠结合PCB开盖设计图

电镀（Plating)、纯胶（B/S）、油墨（S/M）、单面含铜挠性板（S/S FCCL）、双面面含铜挠性板（D/S FCCL）、铜（Cu）、空腔区（cavity）、半空腔区域干膜是保护半空腔区域不镀上铜、红色框选的为L2层焊盘、蓝色框选的为保护L2层焊盘的补强

（1）L1层半空腔区纯胶（B/S）捞空，纯胶（B/S）捞空区域的外形线，距工作稿半空腔区外形线（黑色虚线水平位置）0.15 mm制作（纯胶捞空区域比半空腔区外形线大）。此区域L1面有此设计开盖，L6面正常制作。

（2）L6层半空腔区纯胶（B/S）捞空，纯胶（B/S）捞空区域的外形线，距工作稿半空腔区外形线0.15 mm制作（纯胶捞空区域比半空腔区外形线大）。此区域L6面有此设计开盖，L1面正常制作。

（3）开盖区基板挡铜设计。

①基板挡铜设计：挡铜延伸进刚性板0.15 mm，基板单面线路，另一面只设挡铜区域，激光做全烧；②L1面和L6面半空腔区设计挡铜，挡铜延伸进刚性板0.15 mm制作；

（4）开盖区激光路径设计。L1面和L6面半空腔区设计激光路径，斑点交叠3/4，光斑大小0.15 mm；

（5）纯PI保护膜做法。半空腔区纯PI保护膜比油墨开窗单边大0.1 mm，半空腔区边比PI保护膜单边大0.15 mm。

4.2 板厚控制

由于内嵌式焊盘刚挠结合板PCB产品装配条件限制，对刚挠成品板的刚性板厚0.42 mm±0.10 mm，挠性板板厚0.10 mm±0.03 mm，通过对压合PP流胶管控、纯胶厚度、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）选择一张D/S FCCL为0.044 mm（双面含铜）厚铜12/12 μm，作为L3/L4内层挠性板；两张S/S FCCL为0.032 mm（单面含铜）厚铜12 μm，作为L2/L5次内层刚性板；两张基板为0.07 mm（双面含铜）厚铜12/12 μm，作为L1/L6外层刚性板；层与层之间采用纯胶粘连填充；纯胶需要填充的区域均为单面线路，同时将保证铜皮与PI/基板有≥5 μm的胶厚安全距离。

（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，确保每层铜厚都在公差范围内；

（3）阻焊厚度控制在10 μm～30 μm以内。

4.3 激光控深

在激光控深工艺中，激光的对位精准度高达25 μm以内。而目前大多数用于工厂的激光设备主要分为两种：（1）紫外线的ND：YAG-UV（钇铝石榴石紫外线）激光机（简称UV 激光机台）；（2）红外线的CO2激光机（简称CO2激光机台）。这两种设备各有优势，但出于成本、定位精度、操作便捷性考量，此类需要设计挡铜的PCB产品都是采用CO2激光。CO2激光机台所配有的“电流计反射镜”与“小管区移换”的定位系统可以将对位精度控制在20 μm以下。同时针对CO2红外线对铜箔不到10%的吸收率，可直接使用挡铜控深技术，保证基板单面挡铜经过选镀的区域可以不被激光烧穿。