張細(xì)海 尋瑞平 馮茲華 黃望望

（江門(mén)崇達(dá)電路技術(shù)有限公司，廣東省智能工控印制電路板工程技術(shù)研究中心，廣東 江門(mén) 529000）

0 前言

近年來(lái)，以手環(huán)、智能手表為主要代表的一類(lèi)可穿戴電子設(shè)備橫空出世，在外形、功能、時(shí)尚感等方面讓人眼前一新，迅速成為全球風(fēng)靡的消費(fèi)電子產(chǎn)品，并顯示了巨大的增長(zhǎng)潛力。為爭(zhēng)奪這塊新興市場(chǎng)，三星、蘋(píng)果、谷歌等國(guó)際巨頭首當(dāng)其沖，使出各自看家本領(lǐng)，在很短時(shí)間內(nèi)打造出各自的可穿戴電子產(chǎn)品搶占市場(chǎng)，隨后國(guó)內(nèi)的華為、小米、360等科技公司也紛紛加入戰(zhàn)局，短短幾年間，可穿戴電子產(chǎn)品在消費(fèi)電子市場(chǎng)掀起了一場(chǎng)大風(fēng)暴[1]。

可穿戴電子設(shè)備的風(fēng)靡，帶給了印制板（PB）產(chǎn)品新的性能和品質(zhì)要求，也給PB開(kāi)創(chuàng)了新的市場(chǎng)機(jī)會(huì)?？纱┐麟娮釉O(shè)備具有輕薄短小、多功能整合、智能化支持等特性，這些特性使得可穿戴電子設(shè)備必須縮小體積，各種芯片和組件都要很密集地配置在主板上，以騰出空間留給電池和一些連接機(jī)器來(lái)使用，因而要求PB采用輕薄、短小、高密度和高集成度等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本文選取一款整體4層，集超薄、精細(xì)線路等設(shè)計(jì)為一體的典型超薄高密度互連印制板產(chǎn)品，就其制作工藝流程以及技術(shù)難點(diǎn)做了詳細(xì)闡述。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 產(chǎn)品特點(diǎn)

本文探討一款用于可穿戴電子設(shè)備的超薄高密度互連印制板產(chǎn)品的相關(guān)制作難點(diǎn)及解決技術(shù)，產(chǎn)品關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)如表1，成品外觀如圖1，外層線路及BGA（球柵陣列）焊盤(pán)設(shè)計(jì)如圖2，壓合結(jié)構(gòu)及開(kāi)料排版如圖3。

表1 產(chǎn)品關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)

圖1 產(chǎn)品成品外觀

圖2 產(chǎn)品外層線路設(shè)計(jì)圖

1.2 制作工藝流程

產(chǎn)品層次為四層一階HDI板，板厚0.39 mm±0.047 mm，內(nèi)層芯板采用0.10 mm 35 μm/35 μm覆銅板，激光盲孔孔徑0.125 mm，最小線寬線距0.05 mm/0.05 mm、最小BGA連接盤(pán)（焊盤(pán)）尺寸0.1 mm。使用常規(guī)技術(shù)難度較大。

（1）外層BGA焊盤(pán)尺寸僅0.1 mm，此尺寸與基材接觸面積太小，與基材結(jié)合力有限，蝕刻后極易與基材脫離，造成焊盤(pán)脫落報(bào)廢；

（2）線寬/線距0.05 mm/0.05 mm、焊盤(pán)尺寸0.1 mm，線路圖形極其精細(xì)，采用常規(guī)電鍍、蝕刻方法會(huì)使面銅過(guò)厚，出現(xiàn)側(cè)蝕嚴(yán)重，線路和焊盤(pán)無(wú)法制作。

經(jīng)研究，本文通過(guò)使用厚度為18 μm銅箔代替常規(guī)激光盲孔板厚度為12 μm銅箔與芯板壓合，利用厚度為18 μm銅箔的銅牙比厚度為12 μm銅箔長(zhǎng)的特點(diǎn)，增加焊盤(pán)與基材面的結(jié)合力；通過(guò)微蝕減銅，降低銅箔的厚度，達(dá)到激光鉆孔條件；樹(shù)脂塞孔、陶瓷磨板后，先微蝕減銅，然后第二次陶瓷磨板，控制表銅銅厚，避免圖形電鍍前底銅太厚，使用常規(guī)電鍍、蝕刻方法出現(xiàn)面銅過(guò)厚、側(cè)蝕嚴(yán)重，無(wú)法制作精細(xì)線路和焊盤(pán)的問(wèn)題。具體工藝流程如下：

開(kāi)料→內(nèi)層圖形→內(nèi)層蝕刻→內(nèi)層自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）→棕化→壓合→微蝕減銅→打靶位孔→LDD棕化→激光鉆孔→鉆樹(shù)脂塞孔→退棕化→沉銅→整板填孔電鍍→樹(shù)脂塞孔→陶瓷磨板1→微蝕減銅2→陶瓷磨板2→外層圖形→圖形電鍍→外層蝕刻→外層AOI→絲印阻焊/字符→成型前測(cè)試→二次鉆孔→成型→FQC1→OSP→FOC2→FQA→包裝

1.3 重點(diǎn)管控項(xiàng)目

制作過(guò)程的重點(diǎn)管控項(xiàng)目及目標(biāo)值，如表2所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 陶瓷磨板-微蝕減銅后表面銅厚

激光鉆孔和鉆樹(shù)脂塞孔后，先利用沉銅使激光盲孔和樹(shù)脂塞孔孔壁金屬化，再通過(guò)整板填孔電鍍，將盲孔鍍平，樹(shù)脂塞孔孔壁銅厚達(dá)到≥18 μm，平均銅厚20 μm。根據(jù)整板填孔技術(shù)特點(diǎn)，預(yù)計(jì)此過(guò)程板面銅厚可達(dá)到35 μm±5 μm，表銅銅厚太大，在此基礎(chǔ)進(jìn)行圖形電鍍、外層蝕刻無(wú)法將精細(xì)線路和焊盤(pán)蝕刻出來(lái)，故在圖形電鍍之前要減小表銅銅厚。圖4是陶瓷磨板-微蝕減銅后，取6 PNL板gtl面采用九點(diǎn)測(cè)量法測(cè)量表銅的示意圖，表3是具體測(cè)量結(jié)果。結(jié)果顯示，經(jīng)陶瓷磨板和微蝕減銅，6塊板表面銅厚最大值18.27μm，最小值13.95 μm，上限超出0.27μm，下限超0.05μm，考慮后續(xù)還有第二次磨板，可基本滿足管控目標(biāo)16 μm±2 μm的要求。

表2 產(chǎn)品關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)

圖4 表銅九點(diǎn)測(cè)量法示意圖

表3 陶瓷磨板-微蝕減銅后表面銅厚測(cè)量結(jié)果

2.2 微蝕減銅-陶瓷磨板后表面銅厚

微蝕減銅后，再次過(guò)陶瓷磨板，磨掉孔內(nèi)多余的樹(shù)脂并處理表銅，提高表面銅厚均勻性，此過(guò)程要控制表面銅厚14 μm±2 μm，控制銅厚的同時(shí)，要避免漏基材。表4是第二次陶瓷磨板后的表銅測(cè)試結(jié)果，結(jié)果顯示各PNL板面銅厚都在控制范圍“14 μm±2 μm”范圍內(nèi)，符合管控要求。

2.3 外層蝕刻后BGA pad 尺寸

第二次陶瓷磨板后，走正片流程依次經(jīng)外層圖形、圖形電鍍、外層蝕刻制作出線路圖形，圖5所示為外層gbl面BGA pad尺寸的測(cè)量方法，蝕刻后6 PNL板內(nèi)取圖示位置的9個(gè)pcs對(duì)應(yīng)同一點(diǎn)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表5。結(jié)果顯示，6塊BGA pad蝕刻后尺寸最大值0.132 mm，最小值0.108 mm，大小中值偏上，考慮后續(xù)防焊前處理、表面處理?yè)p耗，可認(rèn)為BGA pad尺寸合乎管控目標(biāo)要求。

表4 微蝕減銅-陶瓷磨板后表面銅厚測(cè)量結(jié)果

圖5 BGA pad尺寸九點(diǎn)測(cè)量法示意圖

表5 BGA pad尺寸測(cè)量結(jié)果

2.4 BGA pad抗剝離測(cè)試

蝕刻、阻焊和抗氧化OSP后分別用3M膠帶對(duì)0.1 mm BGA pad進(jìn)行抗剝離測(cè)試，檢查是否有掉pad現(xiàn)象。結(jié)果顯示，經(jīng)3M膠帶測(cè)試，在蝕刻后、防焊后、抗氧化表面處理后均無(wú)BGA pad掉pad現(xiàn)象，滿足品質(zhì)要求。

2.5 跟進(jìn)良率和報(bào)廢情況

樣品制作過(guò)程內(nèi)層AOI、外層AOI、電測(cè)試、FQC工序后分別檢測(cè)良率（如表6所示），結(jié)果顯示良率分別為100%、84%、56%和51%，F(xiàn)QC良率僅51%，需分析報(bào)廢原因，進(jìn)行改善。經(jīng)進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析（如圖6所示），內(nèi)短和內(nèi)開(kāi)報(bào)廢嚴(yán)重，是導(dǎo)致產(chǎn)品良率低的主要原因，需重點(diǎn)分析改善。經(jīng)研究分析，內(nèi)短、內(nèi)開(kāi)主因是設(shè)計(jì)混排排版，板內(nèi)漲縮方向不一致，鉆孔程式漲縮比例與實(shí)板不符，單邊鉆孔偏位。通過(guò)改進(jìn)排版，提高鉆孔孔位準(zhǔn)確度，可減少內(nèi)短、內(nèi)開(kāi)、對(duì)位偏造成報(bào)廢，預(yù)估改善后良品率可≥80%。具體原因分析和改善措施如表7所示。

2.6 樣品轉(zhuǎn)量產(chǎn)注意事項(xiàng)

根據(jù)以上樣品制作跟進(jìn)分析，可確定如表8轉(zhuǎn)量產(chǎn)注意事項(xiàng)。

3 總結(jié)與建議

（1）從本款超薄高密度互連印制板打樣試板結(jié)果來(lái)看，制定的工藝計(jì)劃基本合理，產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到要求；

表6 各工序良率統(tǒng)計(jì)表

圖6 各項(xiàng)報(bào)廢統(tǒng)計(jì)圖

表7 重大報(bào)廢原因分析與改善措施

表8 樣品轉(zhuǎn)量產(chǎn)注意事項(xiàng)

（2）從跟進(jìn)批量生產(chǎn)來(lái)看，入庫(kù)合格率并不高，尚有完善空間，須根據(jù)不良分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果，確定重點(diǎn)品質(zhì)改善項(xiàng)目，據(jù)此作出改善措施并嚴(yán)格執(zhí)行；（3）在可穿戴電子設(shè)備全球風(fēng)靡的背景下，PCB企業(yè)布局可穿戴電子設(shè)備用超薄高密度互連印制板產(chǎn)品前景可期。