400-838-2828

COPTRIGHT © 2017 金百泽科技 版权所有   |   粤ICP备14043884号   |   中企动力提供技术支持

友情链接:

400-838-2828

留下您的意见我们提供
更好的服务

局部埋子板PCB的工艺优化研究

分类:
技术交流
作者:
金百泽科技
2018/08/23 16:24

局部埋子板技术能为多结构互联PCB的制造带来材料成本的降低,但在加工过程中依然很难绕开子母板、对准度不良、板面溢胶难处理以及板翘大等问题。本文将围绕以上三个问题进行探讨,并提出子板圆角卡位对准设计、削铜控溢胶以及优化层压结构改善板翘等对策,以进一步提升产品的品质和加工良率。

 


 

随着PCB原材料价格的不断攀升,产品制作的成本控制显得越来越重要。在需要进行特种材料混压的场合,比较成熟的方案是将特种材料的走线部分作为独立层次,显然这种方案不利于降低产品的厚度,并且对特种材料的面积利用也不充分。而局部埋子板产品,采用的是特种材料作为独立子板制作后埋入常规材料合成具有复合层压结构的方案,因此产品的厚度可进一步降低,同时特种材料也因作为独立子板而被充分利用,使材料成本也出现了可降低的空间。

 

然而实际的产品应用中,局部埋子板技术并未得到更多的推广,原有的特种材料作为独立层次的结构依然是主流。局部埋子板技术尽管有着降低材料成本的潜力,但实现产品制作的过程中仍存在一些难以把控的问题,这也难免许多厂商退而求次选择更保险的做法。为了降低局部埋子板加工的技术风险,本文将如实分析造成这些问题的原因,并提出一些切实有效的加工方案以供参考。

 

局部埋子板PCB制程简介

 

 

1: 局部埋子板PCB的典型制板流程

 

局部埋子板PCB的典型制板流程如上图1所示,与多数埋嵌产品类似,局部埋子板PCB在制造过程中需重点关注子母板压合前后工序的处理,目标在于控制好子母板对准度、缝隙溢胶量以及板面平整度,其具体的控制要求通常有如下几点:

(1) 子母板压合后,子板与母板的层间偏移不超过0.075mm

(2) 子母板混压后的间隙填胶充分,无空洞,缝隙到铜面的流胶宽度不超过0.1mm

(3) 子母板混压后,其填胶边缘表面高度差不可超过0.1mm,板翘不得超过0.75%

 

子母板的偏移分析与改善

 

一、偏移分析

 

子母板在总压前,其叠板方式有两种,一种是采用铆钉固定的方式,将子板与母板的边缘固定在一起,其对准度自然无需过分担心。这里将分析的是另一种叠板方式的对准度,就是子板位于母板中间,无法使用铆钉预固定的情况。

 

通常的做法是将子板外形加工与母板的槽孔加工进行适当的尺寸补偿,从而使加工后的子板恰好能放入同样形状的母板槽孔内又不至于有太大的缝隙,然而比起尺寸补偿的问题,将尺寸相仿的子板放置在母板槽内通常会出现偏移过度的情况。

 

为了避免子板在压合过程中偏移过度,同时又要满足填胶均匀充分,子母板的缝隙间距往往设置在0.15mm。在实际的制板过程中,经过测量偏移后子母板的间隙,测量统计的间距小至0.05mm的情况并不少,即子板偏移某侧达0.1mm。这不仅对后续层间导通影响较大,同时过小的间距其填胶量不够多也会影响子母板的结合力,可见这种无明显定位的子母板结合方式有必要进一步改善。

 

2 实际压合后子板的偏移情况

 

某侧达0.1mm。这不仅对后续层间导通影响较大,同时过小的间距其填胶量不够多也会影响子母板的结合力,可见这种无明显定位的子母板结合方式有必要进一步改善。

 

二、偏移改善

 

实际上已经有厂商尝试在板的边缘加凹凸槽进行定位[1],如下图3所示。这种设计的好处在于能提升子母板层间定位精度,但这种设计也仍然存在边角处填胶不充分的情况,有容易分层爆板的隐患。

      

3 子母板凹凸槽设计

 

       

  4 子母板圆角卡位设计

 

子母板定位依然需要靠边角的设计,显然边角处填胶不充分的问题无法避免,但这种情况是可以通过新的设计缩小其边角的填胶不充分区域,从而降低边角处分层爆板的风险。如上图4所示为子母板圆角卡位设计,看起来似乎子母板的形状并没有什么明显变化,实际上设计中对边角处的圆角弧度半径进行了调整。该设计对母板的边角设计了半径较大的圆角,对子板边角设计了半径较小的圆角。这样的设计好处有两点,一是边角采用圆角设计能使流胶在边角部位有一定的缓冲引流作用,使边角出填胶也能更充分;另一点是大小圆角的设计能使流胶发生后不易产生严重的边角偏移,起到定位的作用,同时大小圆角的存在使子板与母板的边不能完全接触,其缝隙的宽度能尽可能预留出来以充分填胶。

 

采用子母板圆角卡位设计后,试验在子母板同一位置设置0.2mm的焊盘,再钻0.2mm的通孔,可得对准度试验结果如下图5、图6所示,子母板的偏移通常控制在2mil内。同时边角处的填胶宽度能保持在3mil左右,如图7所示切片图,其断面填胶充分饱满。

 

     

5 对准度试验X-RAY

 

       

6对准度试验切片图  

 

       

7 边角处填胶饱满

 

 

埋子板的板面溢胶分析与改善

 

一、板面溢胶分析

 

子母板在混压后板面总有溢胶产生,若压合过程中出现上述子板偏移的状况,还将导致局部溢胶过度。

 

产生过量的溢胶实际处理起来较为麻烦,如下图8所示的子母板PCB产生了过量溢胶,通过砂带磨板后并不能完全去除过量的溢胶。  

  

8 过量溢胶后磨板不净

 

遇上局部溢胶过量这种情况,若生产数量不多通常是采用手工打磨来解决,然而胶层很厚的情况下,手工打磨也不能完全解决问题,而且还会有打磨过度露基材的情况。若厂商有二氧化碳激光机设备,则考虑用二氧化碳激光对铜难损伤的特性来除掉溢胶,这种方案通常用于处理数量较大且胶层较厚的子母板溢胶状况,但加工成本就显得较大了。

 

二、板面溢胶改善

 

当子母板总压后产生溢胶时,缝隙中间溢出的胶层往往是最厚的,通常就会出现如下图9所示的溢胶情况。这样的溢胶情况无论是过度流向母板或者子板,都不容易处理干净,显然降低板面溢胶量才是最理想的方法。

9 子母板缝隙处常规溢胶示意图

 

10 削铜后缝隙处溢胶缓冲示意图

 

由于通常溢胶犹如喷泉往板面冒并沿着板面扩散,可以通过添加流胶槽的方式使溢胶得到一定的缓冲,同时也降低缝隙处的板面溢胶厚度。考虑到加工流程的便利性,这里仅对母板槽孔的边缘削去一圈铜皮,同样能起到一定的缓冲作用,如图10所示。

 

试板采用母板削铜宽度为0.5mm的方案,子母板压合后的溢胶厚度大大降低,此时再进行简单的磨板便能除净板面的残胶,并不需要后续手工打磨或激光除胶如此麻烦的流程,如下图11所示。

11 削铜后的子母板缝隙处溢胶厚度变薄易于处理

 

埋子板的板翘分析与改善

 

一、板翘分析

 

当埋子板PCB是单面开槽的结构时,混压后开槽面受到的应力通常比不开槽面大[2],结果往往是母板向着子板产生整板翘曲,如下图12所示。

    

12 单面开槽结构的埋子板PCB混压后板面易翘曲

 

对于这种状况,有些厂商考虑通过调整压合后的降温参数,以改善其板翘问题。但实际上这些做法只能减小很少部分的应力,板翘程度依然严重,因此对于这个问题的解决应该再做补充或另寻思路。

 

二、板翘改善

 

板翘来自于材料热胀冷缩的应力,既然开槽面会受到更大的应力导致弯曲,那么可以考虑对未开槽的一侧同样制造较大的应力来平衡。通常不对称压合会出现如下图13所示的情况,板材变形会偏向有半固化较多且含胶量较大的一侧。

 

13 半固化片压合对翘曲的影响

 

因此在设计埋子板PCB的叠层结构时,应尽可能在未开槽面的一侧布置含胶量多的半固化片,如1061080等规格。以图12的叠层结构为例,这里给出的主要PP规格指示如下图14所示,开槽面区域添加芯板并辅以1080PP提供子母板缝隙填胶,未开槽面采用含胶量更高的106规格PP,提供更大的应力与开槽面的应力平衡。

14 埋子板压合叠层结构建议

 

实际测试中,把L5/L6层的PP分别用10610802116规格叠成近似的厚度进行压合测试,得到整板的板翘状况如下表1所示,结果呈现出含胶量越高板翘率越低的规律。

1 不同半固化片规格对板翘的影响

 

埋子板PCB尽管已经发展了一段时间,但制程稳定性依然不尽如人意,其需要进行工艺改善的地方仍有很多。本文仅针对埋子板PCB制程中难度较高的部分进行分析,并提出了几点建议供各位参考,为完善埋子板PCB的工艺制程尽一份力。

 

 

 

作者:吴军权、卫雄、林映生、陈春  

本文首发于《印制电路信息》 2017年  第25卷  总第294

 

参考文献

[1] 袁继旺等.多结构互联PCB制作工艺的开发[J].印制电路信息,2014,10.

[2] 华炎生等.局部混压PCB制作工艺研究[J].印制电路信息,2011,4.

业务咨询 技术咨询