用于堆叠装配技术的转接板制作探讨

2024-02-27旷成龙张俊杰

印制电路信息 2024年1期

旷成龙张俊杰

（江西红板科技股份有限公司，江西吉安 343100）

0 引言

运用堆叠装配互连技术的印制电路板（printed circuit board，PCB），其中一块用于中介连接的PCB 称为转接板，其可使电子产品连接不同尺寸、形状和类型的组件，实现高密度的电气连接和信号传输，从而提高了整个系统的可靠性。某公司研发的一款转接板，通过堆叠装配技术连接上下面高密度互连（high density interconnector，HDI）板，使电子产品在减小体积的同时，实现更多应用功能。此类转接板对图形精度、树脂塞孔、铜厚及阻焊厚度有较高要求。本文从设计信息、制作难点和控制方法等角度对此板的研发过程进行探讨。

1 产品信息

1.1 产品制作要求及基础信息

产品特征见表1。

表1 产品特征

1.2 转接板主要工艺流程

该转接板是双面板，工艺流程如图1 所示。生产流程需二次化学镀铜（沉铜），二次加厚铜，二次减铜，二次钻孔。制作过程复杂，对设备性能和工艺制作方法有较高的要求。

图1 工艺流程

1.3 制作难点识别

转接板组装过程是将2 片HDI 板夹在中间，贴片过3 次回流焊，为确保不同层之间的电气连接和信号传输，对孔位精度和焊盘的位置精度要求高，要求受热涨缩稳定、翘曲度小，具体包括但不限于以下要求。

（1）导通孔连接在焊盘上为盘中孔（via in pad，VIP）结构，孔铜要求最小18 μm，采用树脂塞孔电镀填平工艺（plating over filled via，POFV）。

（2）孔中心到孔中心孔位公差±0.05 mm，孔内不允许有毛刺。

（3）需树脂塞孔的过孔距邻近金属化孔近，易渗入邻近孔中，树脂塞孔凹陷≤10 μm，平整度要求高。

（4）光学点间距公差±0.05 mm，涨缩要求严。

（5）阻焊厚度要求严，且阻焊层不允许有异物。

2 主要制作难点的关键方法

2.1 钻孔质量和孔位精度

该板的孔主要是ϕ0.2 mm 金属化过孔，镀铜后树脂塞孔，经POFV 工艺在孔口二次镀铜，图形转移生成VIP 结构。钻孔孔内若残留有纤维丝，将对后工序的树脂塞孔造成影响。孔位公差要求±0.05 mm，需要选择钻孔精度高的钻机且减少叠板数。主要管控方法如下。

（1）各孔径要求的钻孔均采用全新钻头。

（2）选择钻孔精度CPK≥1.67的钻机生产，白色密胺垫板，镀膜铝片，2片/叠。

（3）所有底板使用孔位精度扫描仪进行孔位精度扫描，要求CPK≥1.33。

（4）高压水洗后，100%经过验孔机检查多孔、少孔、孔大、孔小、孔内批锋毛刺等问题。

对所有底板使用孔位精度扫描仪进行孔位精度扫描，CPK=2.5，符合要求，如图2所示。若钻孔时出现断刀，不建议补钻，取出断刀后对单元板做报废处理，以免出现失效。

图2 底板测量钻孔精度

2.2 铜厚管控

转接板在生产过程中需多次镀铜和减铜，镀铜和减铜工序的铜厚公差要求高，并直接决定在制板能否满足客户要求和能否顺利制作。常规电镀线难以满足铜厚公差要求，本文使用添加氧化铜粉的垂直连续电镀（vertical continuous electroplating，VCP）线，其镀铜结晶、深镀能力、镀铜延展性及电镀均匀性比常规使用铜球的VCP 线更好。使用3 000 倍扫描电镜观察镀铜晶格，所展示的成品镀层晶格，结构致密，无裂纹，无柱状结晶。IH 磨板线使用不织布加陶瓷磨刷，只允许过一次磨板，不允许返磨，以减小磨板引起的涨缩。

按工艺流程的生产顺序，结合公司设备能力，策划各工序完成铜厚要求见表2。在各镀铜和减铜工序生产完成后，使用CMI 700 测量首件和按每10 片抽测1 片比例测量双面四角加中间面铜，确保各制程铜厚符合要求。

表2 铜厚管控要求

2.3 真空树脂塞孔管控

金属化孔为POFV 工艺，要求塞孔内无气泡开裂、塞孔口表面平整，塞孔饱满度≥95%，经过5次回流焊无裂纹。主要管控方法如下。

（1）使用有电荷耦合器件（charge coupled device，CCD）定位的真空塞孔机塞孔。

（2）塞孔网版（铝片网）漏印点设计：①被塞孔距离插件孔≤0.37 mm 时，网版塞孔点钻头按比孔大0.05 mm设计；② 被塞孔距离插件孔＞0.37 mm时，网版塞孔点钻头按比孔大0.1 mm设计。

（3）首板及在线检查树脂塞孔不能有凹陷，树脂油墨不可渗入旁边不塞的金属化孔（plated through hole，PTH）内。

（4）针对树脂塞孔冒油不良情况，网印人员在印刷架网调机后，用对位膜调网，使用放大镜检查首板的板子塞孔面和冒油面，油墨不可渗到插件孔内。

（5）在线生产时，每笼板子印刷后需擦拭网底一次，防止网版积油墨渗油。

（6）在线批量塞孔生产时，使用放大镜检查每笼板的首、中、尾板，确保无品质不良品漏出。

（7）塞孔烘烤后需再目视全检，检查板面无油墨渗油到插件孔。

（8）树脂油墨使用真空油墨搅拌机搅拌，改善气泡不良。

（9）塞孔后出油面树脂塞孔呈颗粒状，密集孔呈峰谷状，不允许连成一片，不允许油墨明显堆积及整板糊油，如图3所示。

图3 树脂塞孔要求

2.4 图形尺寸公差和间距公差

此板NSMD 焊盘尺寸≤0.25 mm，公差±0.025 mm，光学点间距公差±0.05 mm。使用高精度连线激光直接成像（laser director imaging，LDI）曝光机生产，二面涨缩系数一致。曝光完一面后，翻板用相同对位孔曝光另一面，消除不同机台的对位偏差，可取得良好的单面对位精度和层间图形对位精度。

碱性蚀刻时，蚀刻液从露铜表面开始向下逐步蚀刻，同时蚀刻侧面铜，要求蚀刻因子≥3。考虑到该板在贴片时要过3次回流焊，因此所有线路和焊盘不允许修补，自动化光学检测（automated optical inspection，AOI）扫描和修理完成后，对修理板过清洗线并复扫，避免有不良漏失。

2.5 阻焊工序的制作方法

阻焊工序主要控制点为阻焊厚度、阻焊精度和阻焊杂物。按常用网印机工艺参数，首板使用六边形湿膜测试片测试当前印刷的油墨厚度，固化后的油墨厚度约为湿膜厚度的50%，使铜面上阻焊厚度靠近中值20 μm；基材上阻焊油墨的高度不超过焊盘25 μm。曝光使用激光直接成像（laser director imaging，LDI）曝光机连线生产，控制阻焊对位精度±35 μm。阻焊杂物管控从前处理线、印刷、预烘、曝光、显影到最后固化，所有流程均需保持清洁。