埋嵌子板的HDI板制作工艺研究（一）

出处：电子技术网发布于：2013-08-09 18:30:57

　　摘要通过对埋嵌子板高密度互连结构PCB中局部混压工艺难点进行分析，对铣槽控制、子母板偏移、板面流胶及阻胶方法控制等进行研究，通过试验评估了不同定位方式、不同开槽补偿方式、不同阻胶排板方式及边缘刮铜等设计，找出了工艺难点的有效解决方法，完善了埋嵌子板高密度互连结构PCB制作工艺，经批量生产应用，验证了该工艺可行性。

　　1 前言

　　随着电子通讯技术的快速发展，对电子产品设计及制作提出了更高的要求；应运而生的是新技术、新产品的设计思路不断日新月异、推陈出新；埋嵌入子板高密度互连工艺技术（图1）正是在此背景下，打破了传统的设计思路，集合了多结构、多元器件整合互连；在一块选择性局部互连混压工艺PCB板中同时设计有走高频、走低频线路应用等。这一设计主要优点在于：

　　（1）集成了高频、低频线路设计，提高了产品电器性能，缩短了走线距离，减小了信号损耗，提升了传输速度；同时，高低频混合，实现了高频技术应用于高多层线路板技术应用；

　　（2）降低了板厚度，减少了PCB板面积，缩小了装配空间；

　　（3）降低了PCB板设计制作成本，减少了PCB采购成本；

　　（4）支持了数字部份高密设计所需，集成了多功能设计为一体，为设备小型化提供了基础。

　　该项技术可以为OEM设计提供新思路，新方法，此项设计工艺特点，是通过局部混合高频材料结构互连来达到减小高频特殊材料使用量，降低材料成本，减少信号损失及信号干扰等问题，解决同一高多层PCB板中高低频设计不能兼顾的缺点。通过嵌入子板高密度互连工艺技术应用，可满足OEM厂家多功能高低频集成设计的需求。此项创新设计技术，必将带来电子技术的革命性发展，未来的电子产品需求具有非常大的应用前景。因此，嵌入子板高密度互连工艺技术及应用是未来电子技术发展的重点，谁能先拥有该技术，谁便能占领市场先机；同时，提高了企业竞争力与工艺技术能力；据市场调研预期，嵌入子板高密度互连工艺技术及产品，未来应具有较好的技术应用前景及市场空间；将在3G、4G产品上批量设计应用，未来具有批量非常大应用需求。

　　然而，嵌入子板高密度互连工艺产品前期在开发研究开发时，发现一些工艺难点问题，特别是子板偏移及局部混压界面残胶无法有效去除问题，此难点将制约批量生产制作。因此，为适应未来批量产品制作，急需解决嵌入子板高密度互连混压工艺难点问题，满足批量生产制作工艺可行性。

　　2 产品设计

　　嵌入子板高密度互连结构PCB产品设计示意图如图2.在一普通FR4材料整板中，设计局部位置嵌入RO4350B等高频材料子板，在同一电子线路板中，即实现了低频电子元器件功能设计所需，又实现了局部位置高频电子元器件设计所需；通过设计局部位置混压，实现了同一块印制线路板中既有高频信号线，又有低频电子信号线设计。

　　同时，在局部混压板中，又可设计有背钻、盲埋铜块、铣阶梯槽等制作工艺技术。

　　3 工艺难点分析

　　嵌入子板高密度互连结构工艺PCB产品，经前期预研及小批量生产试验验证后，解决了部份工艺问题，但仍发现该工艺存在铣槽控制易超标、子板偏移、铣槽错误导致排板放错、板面流胶大、板面残胶不能完全去除等，由于板面有残胶去除不净，电镀包覆，热应力后会出现电镀层分层现象；因此，子板偏移、板面残胶去除不净均需作报废处理，见表1.

　　从表1分析可归纳出，局部混压工艺难点主要在于铣槽及其控制、铣板定位控制、层压子板板面流胶及流胶去除控制。这些工艺难点若不能有效解决，势必严重影响批量板生产工艺控制及成品品质等。

　　4 制作工艺研究

　　4.1 铣槽及定位研究

　　从嵌入子板高密度互连结构PCB产品设计示意图（图2）可知，要实现将子板嵌入母板中（图3），并实现完全匹配：交界处间隙又不能过小或过大，过小则易造成排板时子板无法有效放入及利用四边卡位固定，压板时易造成子板偏移等异常；过大时需要填充的胶量较多，则会造成缝隙位置填胶困难。因此，对子板外形尺寸和母板开槽尺寸控制提出了较高的要求。

　　分析子板铣板及母板开槽，主要由子板定位方式、芯板开槽定位方式、铣机、铣板参数、叠板厚度等因素影响。铣机由机器本身性能及日常保养维护决定，工艺性不强。而铣板参数及叠板厚度，设置已较常规设置优化，在充分考虑生产效率的情况下，此处亦可不作为研究重点；因此，重点研究定位方式对铣板的改善。

　　4.1.1 不同定位方式优缺点分析（表2）

　　从表2可知，铣板与铣槽时采用5孔定位方式要好于3孔定位方式。

　　4.1.2 定位方式对比

　　对比测试分别采用3孔（图4）、5孔（图5）定位方式铣板，测量铣板后外形尺寸数据与理论值对比，其数据对比如图6.

　　4.1.3 不同定位方式能力分析

　　按±0.076 mm（±3 mil）控制公差对比3孔定位与5孔定位的能力，见表3.

　　从表3的能力分析可知，3孔定位方式铣板外形尺寸存在超差现象，说明铣板控制较差；而采用5孔定位方式铣板，铣外形尺寸均满足上下限要求。按±0.075 mm（±3 mil）公差计算CPK,5孔定位的CPK为0.598,3孔定位的CPK为0.242,说明5孔定位的铣外形能力明显优于3孔定位铣外形能力。因此，铣槽设计5孔定位方式要优于3孔定位方式。

　　4.1.4 铣机、钻机能力分析

　　设计一组试验验证，在板面分别采用铣机、钻机钻出一定数量孔，测试两种设备钻孔的孔位，对比结果如表4.

　　通过对比测试，钻机钻出的孔位明显优于铣机钻出的孔位，因此，设计子板单元内定位孔采用钻机钻孔定位。

　　4.2 板面流胶控制研究

　　4.2.1 流胶影响因素分析

　　通过局部混压工艺，子板通过母板开槽的方式将子板嵌入，子板的一面接触P片，另一面作为外层；压合过程中，半固化片高温高压下固态树脂胶熔融成液态流动，产生的流胶在受压作用下填充至混压交界位缝隙的同时，会有余胶溢流至交界位表面（如图7），但溢流至板面的残胶又不能太少或太多：太少会造成交界位缝隙处填胶不足，出现空洞异常现象；太多则会出现后续加工板面残胶无法去除干净，沉铜电镀包覆后会存在电镀层分离异常现象；因此，如何控制板面流胶是局部混压工艺的关键制作难点。

　　分析影响表面流胶的主要影响因素有以下几点：

　　（1）子母板开槽匹配补偿方式（子母板开偿缝隙宽度补偿大小等设计）；

　　（2）子板设计；

　　（3）压板参数流胶控制（材料升温速率、转压点，高压等需符合材料要求）；

　　（4）层压阻胶压板方式（如阻胶材料选用及排板方式等）。

　　针对以上影响因素，为改善局部混压板层压后表面残胶控制，设计试验进行分析：

　　4.2.2 实验目的及物料准备

　　（1）实验目的

　　①评估子母板开槽尺寸匹配补偿对表面残胶的影响；②评估层压参数及阻胶材料对残胶的影响；③评估子板设计（如边缘刮铜与不刮铜设计）；④找出影响残胶的主要影响因素，并达到解决表面残胶问题。

　　（2）实验物料（表5）

　　4.2.3 实验设计

　　试验设计选用8层局部混压板作为实验样板，层叠设计如下（图8）；在12层局部混压结构板设计基础上进行子母板开槽尺寸匹配补偿研究，层压参数，阻胶材料等对表面溢胶效果研究，同时对比子板边缘刮铜与不刮铜设计方式，找出影响残胶的主要影响因素并改善板面流胶。

　　（1）子母板开槽尺寸匹配补偿实验设计

　　理论设计三种子母板交界位缝隙宽度补偿（表6）：单边0.05 mm（2 mil）、单边0.075 mm（3mil）、单边0.10 mm（4 mil）；即设计母板开槽尺寸比子板外形尺寸单边大0.05 mm（2 mil），单边大0.075 mm（3 mil），单边大0.10 mm（4 mil），共三种匹配设计。

　　（2）压板方式阻胶材料实验设计

　　阻胶材料的作用主要是在压板过程中，有效缓冲并阻止过多的树脂溢流至板面；该类材料需要直接接触板面，同时压板过程中阻胶材料又不能影响板面表观品质，因此，阻胶材料需要具有表面光滑、耐高温、并具有一定缓冲能力及密封附着性能等。目前的阻胶材料主要有铜箔和离型膜，辅助缓冲材料又有铝片和硅胶片等材料；为找出不同阻胶材料对子板残胶的影响，分别设计采用铜箔、铝片+离型膜、硅胶片+离型膜、硅胶片+铝片+离型膜作为阻胶材料排板方式，设计不同排板方式如下（表7）。