高密度互连板多张芯板防叠错方法

2023-06-28郭达文文伟峰

印制电路信息 2023年6期

郭达文孙劼曾龙文伟峰

（江西红板科技股份有限公司，江西吉安 343100）

0 引言

随着电子产品不断地向小型化、多功能化和高速化方向发展，印制电路板（printed circuit board，PCB）也从简单结构（双面板、多层板）向高阶多层高密度互连（high density interconnector，HDI）方向发展。由于PCB 层数越来越多，所用芯板（core）层次也越来越多，容易出现芯板层次放错的问题，特别是多张芯板的HDI 板，芯板层图形设计相似，且又不影响网络，电测试也无法测出有叠错，到贴片后测试才能发现问题，造成重大损失。如何预防HDI 板多张芯板层次顺序放错并得到有效控制，成为HDI板制程控制的关键。

1 HDI板的多张芯板设计

PCB 由许多“层”组成，叠层是PCB 设计的重要环节，叠层包含层别、孔位置、阻抗、材料等重要信息，PCB 工厂需要根据设计者提供的叠层信息，设计出满足客户需求又适合自己工厂的制造工艺流程，实现效益最大化［1］。

HDI 板含有微小盲孔或埋孔构成的导通孔，以及复杂的精细线路，采用积层工艺制作。制作时需要经过逐层堆叠、多次压合。在HDI 板的叠层中，不仅有任意层互连设计，更多的还是多张芯板的叠层设计，其层数越多、阶数越低时，芯板的数量也越多，如图1 所示。芯板越多，压合预叠时，放错、放反等问题出现的概率也越高，因此需要从设计和检查方法上做好防错（防呆）工作。

图1 HDI板的多张芯板叠层示意

2 HDI板的多张芯板防叠错方法

PCB 检查主要分为人工目视检查和设备仪器检查两大类。人工目视检查是PCB 工厂应用最广泛的检测方法，它只需要较低的预先成本就可很好地适应产品的变化，但其主要缺点是检测结果受操作员的主观误差影响较大。由于PCB 逐渐往高精密方向发展，且客户对产品的可靠性要求越来越高，同时由于设备自动化、智能化程度不断提升，人工成本增加等因素，所以设备仪器检查逐渐成为PCB检查的主流。

2.1 目视检查法

在自动化扫码设备出现前，人工目视检查法是检查HDI 板的多张芯板是否叠错的主要方法。印制电路板工厂的工程师们发挥奇思妙想，设计出方便目视检查的各种不同的图形，以便有效防呆防错，降低不必要的损失。

2.1.1 层次顺序检查法

（1）设计。CAM 工程师在资料的每一层上设计对应的数字编号，如线路层别，L1 层为数字1，L2 层为数字2，L3 层为数字3，以此类推，按顺序排列［2］。数字编码设计分为在大板（在制板，panel）板边上的设计和拼版（set）工艺边上的设计。部分拼版是没有工艺边设计的，直接在制板板边上设计；部分拼版有工艺边设计的，则加在工艺边上非图形区，如图2所示。

图2 每一层对应的数字编号

（2）检查。首先，压合工序的操作人员在叠合时需要检查板边数字编号，按照数字顺序叠板，如10 层二阶HDI 板，有两张芯板分别为L4～L5、L6～L7，按照数字顺序叠合L4～L5在上，L6～L7在下，且L5 靠着L6 层。然后，在L3～L8 层线路自动光学检查（automatic optical inspecting，AOI）时，从数字小的层次面看，数字从小到大排列，且层次数字越大其字体清晰度逐渐变浅，如图3所示；L4～L5、L6～L7 这两张芯板，从L3 层往下看，字体清晰度L4～L5比L6～L7清晰。

图3 HDI板叠层的层次数字

2.1.2 数字遮挡检查法

（1）设计。在大板板边的非图形区，工程师在每一层上设计对应的数字编号，同时在当层次的上下层次分别做铺铜和掏铜设计，编号比当层次小的层次铺铜，编号比当层次大的层次掏铜。例如，10 层HDI板的叠层设计，当层次为L5，则L1、L2、L3、L4 铺铜，L6、L7、L8、L9、L10为掏铜，如图4所示。

图4 HDI板叠层的铺铜和掏铜设计

（2）检查。在芯板压合后，每次线路AOI时，检查对应位置的层次数字编号。如芯板叠错时，层次的数字被遮挡住，则无法正确显示层次数字。

2.1.3 外层透视检查法

（1）设计。根据HDI 板的产品叠层结构，只在芯板数字最小和最大的层次set工艺边，设计防叠错可视层次数字编号，数字与其所在层次相对应；芯板的其他层次铺铜不设计数字编号。设计了防叠错可视层次数字编号的位置，其他所有叠加层次相对应位置掏铜。无工艺边时，可设计到单元需要铣空的废料区域。例如，10 层二阶HDI的叠层设计，有L4～L5、L6～L7 两张芯板，则在L4、L7层同一位置设计掏铜加层次编号，L5、L6层对应的同一位置铺铜不设计数字编号，L1、L2、L3、L8、L9、L10层对应的同一位置掏铜。

（2）检查。在芯板压合后，每次线路AOI时，均能通过掏铜位置看到相邻芯板层次编号。例如，从L1 层可看到L4 层次编号，从L10 层可看到L7层次编号，如图5 所示。如芯板叠错，则无法看到层次编号。

图5 HDI板叠层的废料区域编号

2.2 设备扫码检查法

随着科技的不断发展，设备自动化和智能化不断提升，传统的防呆防错方法也逐渐融入设备功能中，替代人工检查。在熔合机增加防呆系统，可有效替代人工目视检查法，自动识别HDI 板叠层是否叠错。

（1）设计。在大板板边的非图形区，工程师资料处理时，在每一层线路层增加一个二维码，二维码包含有产品型号、层次号等信息，如图6所示。

图6 HDI板叠层用二维码

（2）检查。在多张芯板熔合生产时，根据产品的叠层结构正确设定好进板顺序，并通过设备扫生产批量卡（lot card，LOT）编码及板子二维码绑定叠层顺序。当进板读码发现层次错误时，设备自动报警，无法启动熔合操作。

2.3 附连测试板检查法

附连测试板（coupon）检查法也是PCB 制程中常用的防呆防错检测方法，常见的附连测试板有阻抗测试、盲孔开路测试等类型。防叠错附连测试板是通过在set 工艺边上增设一组或几组防叠错的网络，然后通过E-Test 测试将叠错的板识别出来。

（1）设计。在资料中设计一组或几组网络，外层设定对应的测试点，利用盲孔连接到芯板层。以12 层二阶HDI 板为例，如图7 所示，有3 张芯板（L4～L5、L6～L7、L8～L9），分别设计A、B 两组盲孔导通到芯板层，然后根据制程能力设定盲孔孔径，以及盲孔与周围铜面的距离（C、D、E、F），以免盲孔偏位等导致测试失效。