高多层超长高速背板工艺研究

唐成华 黄克强 黄建国 张长明

（深圳市博敏电子有限公司，广东 深圳 518103）

0 前言

在“互联网+”和大数据飞速发展的大背景下，各国已经将大数据视为国家未来竞争力的主要体现，均将大数据列为国家重点发展战略。在我国，国家提出了大数据国家发展战略，把大数据作为基础性战略资源，加快推动数据资源的共享开放和开发应用，助力产业转型升级和社会治理创新。[1]目前随着网络的飞速发展，IPTV、OTT及视频网站、社交网站、微博、微信公众号、各类直播App等网络新媒体和自媒体逐渐占据了用户的眼球，而这些音视频节目需要大量的数据收集分析，从不同人群的喜好和观看时间段等分类，推送安排不同节目，提升收视率，大数据分析的效益日益凸显。本文主要介绍一种应用于音视频节目大数据分析的超长背板，采用背钻压接孔、34层超长板设计，讲解印制电路板（PCB）背板制作过程的难点与解决方案。

1 产品解析

PCB从常规的多层设计向高速度、高密度、高多层（10层以上）转化，高速高多层高密度将是未来PCB发展的重要方向。本文研究的产品除具有高速高多层高密度等特性外，还增加超长属性，成品尺寸长度×宽度为990 mm×253 mm。其L1-L16有盲孔，且超长板无法使用销钉（Pin）定位方式做层压，研发产品总叠层厚度约5.0 mm，在层压过程中有潜在滑板的风险，故设计了二次压合流程，层压叠构如图1所示，高多层超长高速背板的产品参数如表1所示。

表1 高多层超长高速背板的产品参数

图1 层压叠构图

2 过程难点及解决方案

2.1 层间对准度

内层开料后烤板180 ℃、4 h，超长板内层转序使用硬板支撑，避免板角折弯影响线路制作；内层使用LDI（激光直接成像）双台面机曝光生产，开料后需要在板边钻出铆钉孔，LDI使用铆钉孔定位曝光，单台面曝光受尺寸限制无法生产，合并两个台面满足超长板的尺寸要求；曝光精度设置25 μm内进行生产，蚀刻首板使用X-ray观察同心圆偏位情况，切片确认4个角的重合度。

压合考虑到各层残铜率差别较大，一次压合较难填充，策划两次压合满足可靠性要求；此板开料尺寸较大，压合前的定位固定方式很重要，OPE（内层蚀对位冲孔机）和普通热熔机无法生产，高精度销钉方式对位治具也无法满足生产，只能手工打靶铆合生产。

第一次试板在板边的12个铆钉图形为基准，正常铆合后照X-ray确认层间对准度的同心圆，保证层间对准度在0.05 mm以内再压合，虽然铆合后同心圆较正，但是压合后发现层间错位较严重，分析为压合过程中压力不均偏移[2]。

为改善压合过程中的层偏问题，铆合效果非常关键，优先在板子四个角和长边中间套入6个铆钉，然后一层一层的叠加上去，铆合后反面再打6个铆钉，采用正反铆合的方式保证板面平整、受力均匀，如图2所示。

图2 正反铆合示意图

另外优化压合程序，该材料的升温速率要求1.6～2.4 ℃/min，高温段保持时间大于80分钟，上高压点的料温控制在80～130 ℃；根据压合FA（首件）的实际料温曲线，调整上高压的时间点，在保证上压点的时间段内往后延长，由90 ℃调整为120 ℃上高压，有效改善了压合过程中的层间错位问题。考虑到压合板厚5.0 mm，排板层数不宜太多，按照每盒排两层生产，不够高度时使用钢板垫高，钢板之间放2张牛皮纸缓冲，上下使用20张全新牛皮纸。

2.2 压接孔背钻

2.2.1 背钻孔堵孔问题

该产品压接孔0.4 mm孔径需要背钻，背钻深度2.8 mm，背钻残桩小于0.15 mm，不允许树脂塞孔和阻焊剂入孔问题，常规策划的背钻容易粉尘堵孔[3]，板厚5.0 mm，厚径比12.5，高压水洗无法冲干净。为解决背钻孔堵孔问题，特进行DOE试验改善见表2、表3所示，钻孔参数选择厚铜板参数和降低30%的参数对比；流程策划考虑铜厚对钻孔粉尘的影响，板电后孔铜厚度控制7～12 μm，图电后孔铜厚度控制22～26 μm，验证背钻时孔铜的影响；背钻后铜渣的蚀刻处理，验证镀锡后蚀刻的改善效果。

表2 DOE影响因子表

表3 DOE试验结果表

经过试验，从主效应图（图3）可以看出铜厚影响最大，其次蚀刻铜渣可以改善堵孔问题；从交互作用图（图4）可以看出，方案中的三个因子无明显交互作用影响；最优参数：板电后镀锡+背钻+蚀刻。

图3 主效应图

图4 交互作用图

2.2.2 背钻精度的控制

背钻位置孔到线距离只有0.15 mm，背钻孔孔径不适合加大0.1 mm生产，只能加大0.05 mm设计背钻孔孔径，背钻偏位会导致钻断线或背钻短路问题；工程资料需在板子工艺边的4个角设计切片孔试验板，在内层有线路的层次铜环距离背钻孔0.1 mm，保证首板生产时的4个角精度合格才能生产，背钻切片孔试验效果如图5，确保背钻位置无偏位伤铜现象。设计4个角的背钻试验板保留其中两层的铜环，可以清晰的看到背钻位置与铜环的距离偏差是多少，避免很多层铜环的干扰，影响背钻系数的调整。

图5 背钻切片孔效果图

2.3 阻抗控制

该产品外层线宽/线距0.1/0.1 mm，阻抗公差10%，元件面的线路均为差分阻抗线，焊接面大铜皮设计，对于超长板的铜厚均匀性要求高，且线路图形分布不均；如果策划负片流程可以避免线路图形分布不均的影响，但是背钻位置无法干膜掩孔；策划正片镀锡流程容易导致局部线路位置厚铜夹干膜问题[4]，线宽精度控制会影响阻抗一致性。为改善表铜均匀性，沉铜后策划两次板电，VCP电流密度2.0ASD，第二次VCP电镀时夹点掉头镀，板电后测量表铜见表4、表5、表6，铜厚控制在20～26 μm。

表4 C面铜厚均匀性测试数据

表5 S面铜厚均匀性测试数据

表6 铜厚均匀性测试结果

计算公式：铜厚均匀性＝（1－COV）×100%

图形电镀时使用普通龙门线电镀，小电流长时间电镀改善镀铜均匀性，参数1.0 A/dm2、100 min，满足孔铜大于20 μm的要求。元件面差分阻抗线附近空旷区域铺假铜抢电流见图6所示，降低图形分布不均的影响；在做完外层蚀刻后，安排做二次线路负片蚀刻掉假铜，有效地避免了因图形分布不均导致高低电位差的影响，提升镀铜均匀性和蚀刻线宽均匀性。阻抗测试数据见表7、表8所示；阻抗过程能力分析见图7所示。

图6 铺假铜示意图

图7 阻抗过程能力分析

表7 单端阻抗50 Ω测试数据表

表8 差分阻抗100 Ω测试数据表

2.4 成品测试

上述描述了部分关键制程，最终加工的成品效果，外观良好，电测和低阻测试合格，热应力测试无分层爆板，孔内铜层完好无拉裂等不良现象。实样部分如图8所示。

图8 产品实样

3 总结

通过正反铆合方式，优化压合参数改善层间对准度；试验不同背钻流程得出最佳的背钻参数和流程，改善背钻孔粉尘堵孔问题；外层线路流程板电使用VCP掉头镀，图形电镀增加铺假铜改善高低电位差，完成线宽的精度控制，阻抗公差得到保障；对应各项电性能测试和可靠性均满足产品要求；可以作为后续类似高多层超长PCB产品的加工参考。