一種內嵌式焊盤剛撓結合板工藝研究

王康兵 周 剛 曾祥福

(廣東科翔電子科技股份有限公司，廣東 惠州 516081)

0 前言

內嵌式焊盤剛撓結合PCB板是將部分焊盤內嵌在2/N-1層，形成一種類似于半埋元器件式設計。外層的阻焊、表面處理等工藝將提前至2/N-1層制作，壓合是重中之重，不管是基板的單面擋銅設計，還是作為保護內層焊盤的純PI，都需要經過特殊處理和嚴格的尺寸管控。本文將詳細地對2/N-1層焊盤制作、壓合輔物料的尺寸管控、剛性板區擋銅設計等一系列特殊工藝進行講解。

1 產品信息

該款內嵌式焊盤剛撓結合板為六層板（圖1），單塊（PCS）尺寸32.47 mm×16.75 mm（圖2），9E所表示的區域均為內嵌式焊盤的位置。成品單元（set）尺寸141.25 mm×113.41 mm（圖3，拼21pcs），在制板（PNL）尺寸500 mm×460 mm（拼252 pcs）。成品剛性板板厚0.42 mm±0.10 mm，撓性板板厚0.10 mm±0.03 mm。

內嵌式焊盤即為需要做噴錫貼片的pad（焊盤），由常規的外層制作更改為2/N-1制作。

3 產品工藝流程

L2/L5層流程：FCCL（撓性覆銅板）→打靶→裁邊→棕化（底銅厚最低6 μm，激光可直接破銅）→激光鉆孔→沉銅→填孔電鍍→線路→AOI→阻焊印刷—后固化→貼抗鍍干膜/曝光/顯影（選鍍區域）→化學鍍金→退膜→打對位孔（用于純膠對位）→棕化→-貼純膠（先將純膠備在耐高溫聚酯薄膜上，再將通過人工依套孔的方式將純膠正面貼在板子上）→快壓→撕耐高溫聚酯膜→入庫

純膠流程：裁切（依PNL尺寸裁切成片對片狀）→沖孔(將備在耐高溫聚酯薄膜上的純膠打對位孔)→CNC切型（將耐高溫聚酯薄膜對應剛性板L2/L5層焊盤及撓性板開蓋區，進行撈空）→備耐高溫聚酯薄膜（將殘缺的耐高溫聚酯薄膜撕掉，同時備好完整的耐高溫聚酯薄膜）→入庫

純PI（聚酰亞胺）保護膜流程：裁切（依PNL尺寸裁切成片狀）→沖孔（將備在耐高溫聚酯薄膜上的純PI膜打對位孔）→激光切型（采用ESI機臺，將耐高溫聚酯薄膜對應剛性板次L2/L5層焊盤除外區域的純PI保護膜做全燒，耐高溫聚酯薄膜進行半燒，確保耐高溫聚酯薄膜不燒斷）→備耐高溫聚酯薄膜（將半燒的耐高溫聚酯薄膜撕掉，同時備好完整的耐高溫聚酯薄膜）→入庫

基板流程：開料→鉆孔（關掉套孔程式，只鉆定位孔）→曝光/顯影（將擋銅位置顯影出來）→選鍍（保證鍍最低 20 μm的銅厚）→線路（只做擋銅層，另一層采用干膜曝光保護）→打對位孔→棕化（注意此處基板一面為全銅面，另一面只有擋銅區域含銅其他位置為底板）→入庫

外層流程：壓合（將基板+純膠+純PI保護膜+FCCL（軟性銅箔基板）+純PI保護膜+純膠+基板進行壓合）→打靶→裁邊→鉆孔→棕化→激光鉆孔→壓膜/曝光/顯影（除半空腔（cavity）區域需要有干膜覆蓋，其他位置全部顯影掉）→沉銅→填孔電鍍→線路→AOI→阻焊印刷→-后固化→激光控深開蓋（半空腔（cavity）區四周做全燒，擋銅層不被激光燒穿）→等離子除膠→噴砂前處理→壓膜/曝光/顯影（顯影出剛性板次內層焊盤區域）→酸性蝕刻（蝕刻掉擋銅區域的銅箔）→AOI（檢測擋銅區域的銅箔是否完全蝕刻掉）→CNC切開蓋槽（此處切的是撓性板區靠近工藝邊的兩條邊）→開蓋（撓性板區開蓋，半空腔有PI保護膜覆蓋）→噴砂前處理→鎳鈀金→壓膜/曝光（空曝，所有區域都有干膜覆蓋，防止CNC刮花金面及阻焊表面）→CNC成型（切內槽）→退膜→切型→成品水洗→FQC→整平烘烤→包裝

圖1 內嵌式焊盤剛撓結合PCB層壓疊構圖

圖3 內嵌式焊盤剛撓結合板出貨set設計圖

4 關鍵技術研究

4.1 內嵌式焊盤開蓋特殊工程設計

圖4 內嵌式焊盤剛撓結合PCB開蓋設計圖

電鍍（Plating)、純膠（B/S）、油墨（S/M）、單面含銅撓性板（S/S FCCL）、雙面面含銅撓性板（D/S FCCL）、銅（Cu）、空腔區（cavity）、半空腔區域干膜是保護半空腔區域不鍍上銅、紅色框選的為L2層焊盤、藍色框選的為保護L2層焊盤的補強

（1）L1層半空腔區純膠（B/S）撈空，純膠（B/S）撈空區域的外形線，距工作稿半空腔區外形線（黑色虛線水平位置）0.15 mm制作（純膠撈空區域比半空腔區外形線大）。此區域L1面有此設計開蓋，L6面正常制作。

（2）L6層半空腔區純膠（B/S）撈空，純膠（B/S）撈空區域的外形線，距工作稿半空腔區外形線0.15 mm制作（純膠撈空區域比半空腔區外形線大）。此區域L6面有此設計開蓋，L1面正常制作。

（3）開蓋區基板擋銅設計。

①基板擋銅設計：擋銅延伸進剛性板0.15 mm，基板單面線路，另一面只設擋銅區域，激光做全燒；②L1面和L6面半空腔區設計擋銅，擋銅延伸進剛性板0.15 mm制作；

（4）開蓋區激光路徑設計。L1面和L6面半空腔區設計激光路徑，斑點交疊3/4，光斑大小0.15 mm；

（5）純PI保護膜做法。半空腔區純PI保護膜比油墨開窗單邊大0.1 mm，半空腔區邊比PI保護膜單邊大0.15 mm。

4.2 板厚控制

由于內嵌式焊盤剛撓結合板PCB產品裝配條件限制，對剛撓成品板的剛性板厚0.42 mm±0.10 mm，撓性板板厚0.10 mm±0.03 mm，通過對壓合PP流膠管控、純膠厚度、電鍍銅/鎳/金厚度和阻焊厚度的控制，使最終成品板厚達到要求范圍以內，控制重點如下。

（1）選擇一張D/S FCCL為0.044 mm（雙面含銅） 厚銅12/12 μm，作為L3/L4內層撓性板；兩張S/S FCCL為0.032 mm（單面含銅）厚銅12 μm，作為L2/L5次內層剛性板；兩張基板為0.07 mm（雙面含銅）厚銅12/12 μm，作為L1/L6外層剛性板；層與層之間采用純膠粘連填充；純膠需要填充的區域均為單面線路，同時將保證銅皮與PI/基板有≥5 μm的膠厚安全距離。

（2）電鍍銅/鎳/金厚度控制在要求范圍以內，不低于下限，也不高于上限，確保每層銅厚都在公差范圍內；

（3）阻焊厚度控制在10 μm～30 μm以內。

4.3 激光控深

在激光控深工藝中，激光的對位精準度高達25 μm以內。而目前大多數用于工廠的激光設備主要分為兩種：（1）紫外線的ND：YAG-UV（釔鋁石榴石紫外線）激光機（簡稱UV 激光機臺）；（2）紅外線的CO2激光機（簡稱CO2激光機臺）。這兩種設備各有優勢，但出于成本、定位精度、操作便捷性考量，此類需要設計擋銅的PCB產品都是采用CO2激光。CO2激光機臺所配有的“電流計反射鏡”與“小管區移換”的定位系統可以將對位精度控制在20 μm以下。同時針對CO2紅外線對銅箔不到10%的吸收率，可直接使用擋銅控深技術，保證基板單面擋銅經過選鍍的區域可以不被激光燒穿。

4.4 阻抗控制

L3撓性板區阻抗50Ω±5Ω，成品中值線寬LW=53 μm（原稿線寬LW=50.04 μm），L3對應L4網格銅；

L3剛性板區阻抗50Ω±5Ω，成品中值線寬LW=46 μm（原稿線寬LW=50.08 μm），L3對應L4網格銅&L2網格銅；

L4撓性板區阻抗50Ω±5Ω，成品中值線寬LW=53 μm（原稿LW線寬=50.04 μm），L4對應L3網格銅；

L4剛性板區阻抗50Ω±5Ω，成品中值線寬LW=46 μm（原稿線寬LW=50.08 μm），L4對應L3網格銅和L5網格銅；

小結：內嵌式焊盤剛撓結合 PCB單端阻抗的線寬統一補償16 μm（見表1所示），生產按照±10%標準控制，使阻抗數值控制在要求范圍以內。

表1 內嵌式焊盤剛撓結合PCB阻抗測量數據表

5 產品可靠性測試

5.1 焊錫性測試

（1）測試方法：浸錫；

（2）測試條件要求與結果判定，見表2所示。

表2 內嵌式焊盤剛撓結合板PCB焊錫性測試

5.2 冷熱沖擊測試

（1）測試設備：冷熱沖擊測試機；

（2）測試標準：IPC-TM-650標準2.6.7；

（3）測試條件：-40 ℃/15 min，125 ℃/15 min，轉換時間≤2 min，全熱循環100次；

（4）測試結果：無爆版、無起泡、無變色、無掉油，判定合格。

5.3 耐熱沖擊測試

內嵌式焊盤剛撓結合PCB耐熱沖擊測試記錄表，見表3所示。

內嵌式焊盤剛撓結合板通過焊錫性、冷熱沖擊和耐熱沖擊測試合格，其他常規微切片分析測試均在客戶要求范圍以內。

表3 內嵌式焊盤剛撓結合PCB耐熱沖擊測試記錄表

6 總結及結論

本產品為一款6層內嵌式焊盤剛撓結合板，包含特殊的工藝流程、內嵌式焊盤開蓋設計、激光控深參數、板厚、阻抗等技術要求，通過系統研究和探索，有效地解決了內嵌式焊盤剛撓結合板在制造上出現的工藝技術難題。