非对称台阶式板边插头印制板制作技术

李清春 王 佐 蒋 勤 黄剑超

（胜宏科技（惠州）股份有限公司，广东 惠州 516211）

0 引言

随着电子技术的发展，印制电路板（printed circuit board，PCB）向高密度发展，层数越来越多，结构越来越复杂。其中PCB 的板边插头（又称指状插头，俗称金手指），厚度要求一般为1.6～1.8 mm，超过1.8 mm 则无法满足组装要求。部分高多层板厚度已超过1.8 mm，又需要满足插拔需求，往往将金手指位设计在内层并往外延伸，以控制其卡位厚度，使其满足装配要求。金手指部位的厚度低于PCB 整体厚度，形成阶梯状（台阶状），此类PCB被称为台阶金手指板。台阶金手指板因金手指分布层别不同，又可分为对称台阶板和非对称台阶板。

本文以一款18层6阶盲孔的非对称台阶金手指PCB为例，主要从图形制作、压合、电镀和钻孔的技术难点展开分析，提出了一套可行的技术方案。

1 技术难点

1.1 产品结构特点

与传统常规金手指板相比，台阶金手指板的工艺流程更为复杂，非对称金手指板因金手指未分布在对称层别上，需要分2 次制作，难度进一步加大。具体产品结构及参数如图1和表1所示。

图1 产品结构

表1 产品规格要求

1.2 流程设计

由图1可知，此项目为18 层高密度互联（high density interconnection，HDI）PCB、产品结构为6 阶叠孔，需要经过6 次压合。金手指层分布在L5 和L18，位置非对称，因此需要分开制作L5 和L18 的金手指。先完成L5 的金手指及防焊制作，压合金手指区域进行离型膜保护；

完成后面的增层压合等工序，再制作L18 的金手指，最后对L5 金手指区域进行揭盖处理。

18 层6 阶HDI 板制作具体流程如下。

（1）第1 次压合（内层L6-L13 层埋孔层及L6/L13 层盲孔制作）：开料→内层图形①→压合①→棕化①（laser direct drill，LDD）→激光钻孔①→钻孔①→除胶沉铜①→填孔电镀①→树脂塞孔①→减铜→盖帽电镀→内层图形②→后工序。

（2）第2 次压合（L5-L14 层：L5 层金手指和盲孔L5/L14 层制作）：压合②→棕化②→激光钻孔②→除胶沉铜②→填孔电镀②→内层图形③→防焊（L5 金手指区域防焊制作）→电金（L5金手指制作）→外层蚀刻（蚀刻L5 金手指蚀刻）→贴离型保护膜（保护L5 金手指）→后工序。

（3）第3、第4 和第5 次压合（制作L4-L15、L3-L16 和L2-L17 层，这3 层均为填孔叠孔层，流程相同）：压合→棕化→激光钻孔→除胶沉铜→填孔电镀→内层图形→后工序。

（4）第6 次压合（制作L1-L18 层）：压合⑥→棕化⑥→激光钻孔⑥→外层钻孔②→除胶沉铜⑥→填孔电镀⑥→外层图形→外层AOI→防焊②→电金（制作L18 金手指）→外层蚀刻（蚀刻金手指引线）→成型揭盖（控深铣-激光切割-揭盖）→成型→……（正常制作）。

2 加工难点分析及改善措施

2.1 压合制作

2.1.1 制作难点分析

该板需要先制作L5 层金手指，压合过程中需要采用特殊材料保护，防止压合半固化片（prepreg，PP）粘合内嵌金手指，导致后工序无法剥离开，造成报废。用于保护金手指位置的离型保护膜需满足耐高温220 ℃、能耐多次压合、不老化碎裂、易剥离、无残胶。

2.1.2 改善措施

根据目前制作的软板及其他类型产品可知，满足此类型的材料有3 种，分别为耐高温胶带、高黏聚亚酰胺树脂（polyimide，PI）和低黏PI。3 种材料的掉胶情况验证结果如图2所示。

由图2可知，高温胶带多次压合并切片后的残胶厚度为10～20 μm，揭盖后金手指位置上存在严重残胶，无法去除；高黏PI 的残胶厚度为20～50 μm，相较于高温胶带更加严重，不能满足要求；低黏PI 效果最佳，满足生产需求。

图2 3种材料的掉胶情况

2.2 耐高温保护油墨层制作

2.2.1 难点分析

对于该板台阶的金手指位置，需先制作局部阻焊油墨层，防止后工序制作过程中出现阶梯位置油墨堆积的问题。制作阻焊油墨层时，需要考虑多次压合过程中，金手指位置所采用的油墨能否耐多次高温，保证阻焊层不发生脱落及变色。

2.2.2 改善措施

为确保能满足产品需求，需要根据产品特性评估阻焊油墨耐高温次数及能力。通过测试目前市面上的绿色油、黑色油等，发现绿色阻焊多次压合后会出现发黑情况，无法满足外观需求，黑色阻焊测试后无变化，可满足产品多次压合需求，效果见表2。

表2 产品规格要求

2.3 激光钻孔制作

2.3.1 制作难点分析

该板L2 和L17 介质厚度仅为76 μm，且含有1 个26.850 mm×0.125 mm 的线槽。如采用现有成型控深铣槽方法制作，深度超出公差，因此只能采用激光钻孔方式生产。目前激光钻孔所做盲孔孔径均小于此槽长度，需要测试不同参数是否满足此产品的长槽生产需求。电镀槽需要填平，按现有盲孔填孔参数，无法满足要求。

2.3.2 改善措施

改善前，26.850 mm×0.125 mm 的线槽底部残胶和填孔凹陷过大，通过调整激光钻孔参数，优化激光参数和光圈（Mask）直径大小，测试激光效果，满足产品需求。如采用直接盲孔方式填平此长槽，槽位置凹陷过大，且面铜偏厚无法满足线路生产需求。因此对此长槽位置选用填铜的方式，采用外层图形镀槽孔方式制作，再用树脂塞孔打磨，设计流程如下：前工序→除胶沉铜→填孔电镀（镀起镀铜及其它位置盲孔）→外层镀孔图形（其它位置采用干膜盖住，将需要镀铜的槽孔露出）→填孔电镀（只镀槽孔位置）→退膜→树脂塞孔（只过磨板，将凸出来的铜打磨干净）→后工序。采用优化激光参数和优化电镀线槽的做法，使其更好地满足产生产需求，改善前后结果对比见表3。

表3 激光钻孔及整板填孔改善前后线槽填铜效果

2.4 成型制作

2.4.1 制作难点分析

对于台阶金手指，需要先将制作内层L5 金手指，再经过压合等制作后工序。阶梯位置压合有压合半固化片（preprey，PP）不开窗和开窗2 种方式。结果显示，不开窗做法会导致阶梯金手指位置周边因贴离型膜位置出现高低差，使揭盖区周边出现铜皱、缺胶、介厚不均等问题，影响生产板品质。采用PP 开通窗做法，因压合后铜箔与离型膜无法结合而形成空洞，后面湿制程铜箔破损会导致金手指区域藏药水，影响良率。

2.4.2 改善措施

针对该问题，将揭盖位置PP 设计为开线槽，与金手指位置的线槽间距宽为0.1 mm。通过优化揭盖区PP 开线槽，使用铝片缓冲材辅助压合，开槽区域距离阶梯槽位置为1 mm，可改善揭盖区铜皱和缺胶问题，同时改善临近空腔区域的介质厚度，满足75 μm 的客户需求，便于周边盲孔制作，提升生产品质。改善前后效果见表4。

表4 阶梯槽PP开窗改善前后做法效果

续表4

2.4.3 阶梯槽位置揭盖

对于6阶HDI，板因非对称阶梯金手指位置在L5，需要满足盲孔生产需求，每层介质厚度仅为65～75 μm。介质厚度偏薄，无法直接采用机械控深铣方式揭盖开槽。为满足生产需求，只能考虑采用激光切割揭盖，同时又需要考虑激光揭盖会造成金手指位置油墨被激光烧穿，进而影响品质。因此，对揭盖位置做如下设计：切割L1-L3铜层开窗避开激光切割线0.35 mm，L4铜层开窗比激光切割线外延0.075 mm，做承接铜，避免激光切割伤到L5金手指区域阻焊保护层，如图3所示。

图3 阶梯槽揭盖位置设计及做法

通过控制激光切割深度约为0.3 mm，避铜后激光可达到切割深度要求，因此可取消控深铣流程。同时为保证不伤到金手指位置边的阻焊层，需要考虑揭盖后连接位置距离的大小。通过首件批确认（first article，FA），PP 溢胶宽度为0.4 mm左右，后续可按此方式管控。

3 产品效果展示

3.1 阶梯金手指位置介质厚度

为满足产品插拔需求，金手指位置厚度不能超过1.8 mm，客户需求非对称金手指位置板厚度为（1.6±10）mm，通过优化生产参数及做法，成功开发出18层6阶HDI非对称阶梯金手指板。为确认板厚度是否满足客户产品需求，开展了相关测试。结果表明，金手指位置板厚度主要集中在1.5～1.7 mm内，复杂过程能力指数（complex process capability index，CpK）为1.51，完全符合标准，见表5。

表5 阶梯金手指位置介质厚度 单位：mm

3.2 产品制作效果及可靠性测试

PCB产品制作效果及可靠性测试见表6。

表6 PCB产品及可靠性测试

4 结论

影响非对称结构金手指板制作的主要工序为压合、成型、电镀等，通过验证及测试突破了该板的制作难题。

（1）此板为阶梯金手指，需要特殊保护金手指位置，通过试验可得，低黏度PI 材料满足多次压合，保证不掉胶，同时满足产品品质需求。

（2）阶梯金手指槽揭盖区PP开线槽，使用铝片做缓冲材辅助压合，可改善揭盖区铜皱、缺胶及PP 开通窗导致的空洞渗液问题。揭盖区PP 开线槽压合后距空腔区域1 mm左右，介质厚度基本与板内一致。因此盲孔设计距空腔边至少应有1 mm的安全间距。

（3）制作线槽因介质层仅为75 μm，超出机械铣槽控制公差，因此设计激光方式制作，需减小破铜能量，降低Mask直径，确保线槽口径满足要求；电镀采用VCP 填孔电镀+镀孔图形方式制作，可满足线槽填镀后的Dimple要求及线路。

（4）通过测试不同油墨耐压及高温效果，确认黑油效果最佳。

（5）为满足阶梯槽位置开槽要求，揭盖后PP溢胶宽度约为0.4 mm，可通过优化调整PP开槽的尺寸及离型膜覆盖尺寸，进一步减小溢胶宽度，目标控制在0.3 mm 以内；另外，避免CO2激光切割开槽时，损伤目标层的阻焊膜，导致出现漏铜等问题，在N-1层设计承接铜，深度约为0.4 mm，且其精度优于控深铣，因此后续可取消控深铣，直接做激光切割。

（6）台阶金手指区域热应力和回流焊测试，阻焊层无分层起泡不良，空腔结合部无分层爆板，微裂纹异常，可靠性满足要求。