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PCB廠之線路與基材平齊PCB制作

  PCB廠的常規PCB的線路是突起于基材的,但也有些客戶要求線路與基材介質盡可能平齊,降低線路突出裸露的程度。這類產品的特點通常為厚銅,且線寬線距都較大,需要對線路進行介質填充。本文將介紹一種通過樹脂填充方式實現PCB線路與基材平齊的制造工藝,可使此類厚銅產品的線路相對基材突出<15um,線路間隙填膠飽滿,并滿足可靠性等常規使用需求。

  若PCB上的觸點或線路需要與器件反復接觸,隨著產品工作時間的推移,其表面金屬會出現一定的磨損,從而導致接觸不良的情況。于是有客戶提出線路與基材平齊的PCB制作需求,避免板面裸露的金屬層過度磨損。此類產品通常面銅較厚,線寬線距較大,因此較為簡單的一種制作方案是在線路間填充樹脂作為介質,故本文將介紹樹脂作為介質材料填充線路的制板方案。

線路與基材平齊PCB的制作要點

  線路與基材平齊PCB的產品,其面銅較厚,通常大于3oz,而線寬線距也較寬松,通常是大于8mil/8mil,比較利于填膠操作。填膠方面客戶通常要求線路邊緣突出膠層不得高于15um,并且填膠部位的中心凹陷也不得低于10um,如下圖1所示。除了要滿足常規PCB的要求,在可靠性方面,熱沖擊測試也不得出現分層爆板,膠層開裂等情況。

圖1 線路與基材平齊PCB的填膠要求截面示意圖

  從上述的制板要求來看,此類PCB要求線路間填滿樹脂,且填膠部位的中心凹陷不得過大,而通過提升膠含量使樹脂溢出能較好地避免凹陷問題產生,但對除膠提出了較大的挑戰。除膠的方式通常有激光除膠和磨板除膠,然而對于大面積線路和較厚的膠層,選擇磨板除膠更為合適,但在磨板除膠的過程中,可能會出現銅層磨得過薄的情況。此外,填膠過程可能會因為線距和銅厚及樹脂特性出現局部的氣泡或填膠不充分,導致產品可靠性受到影響。

線路與基材平齊PCB的線路填膠與除膠

一、線路填膠

  填膠作為該產品的制板難點之一,其作業質量與樹脂種類、銅厚高度和線路間距緊密相關。通常樹脂粘稠度越低,表面銅厚越薄,線路間距越寬,則填膠越充分且不容易出現氣泡。因此在決定使用某種樹脂進行填膠前,要進行試驗摸清此類樹脂的填膠性能。

  這里以4oz銅厚為例,對設計了不同的線距的試驗板進行某樹脂的填膠效果測試,從8mil開始逐步提升線距,可得效果如下表所示。

表1 某樹脂在不同線距下的填膠效果

  可見該測試還是比較理想的,在8mil線距以上均實現了飽滿填膠,但需要指出的是當產品的銅厚增加或線距縮小時,或是樹脂更換品種類型,都需要重新測定其填膠能力,以確保生產能力滿足填膠需求。

 二、板面除膠

  盡管在填膠的過程中使樹脂溢出,能有效避免填膠中心區域凹陷,但過多的溢膠會給除膠過程增加難度。采用磨板除膠加工[1],通??梢韵扔蒙皫а心C對整板進行打磨,再用手動打磨設備對局部殘膠打磨。加工思路在于整板打磨削減整體的膠層厚度,直到表面線路的銅皮裸露,后續對局部殘膠手工打磨,能清除較厚殘膠并降低銅面的磨損程度,如下圖2所示。

圖2 線路與基材平齊PCB的除膠示意圖

  實際磨板除膠過程中,最糟糕的情況莫過于板面出現局部銅皮裸露時,還有大面積殘膠需要手工處理,顯然這樣做工作量極大。為了減少這樣的情況,填膠過程中就應該管控好溢膠厚度及其表面的均勻性,如優化刮膠工藝或填膠后靜置一段時間,待膠層平順后再進行后工序加工。

 線路與基材平齊PCB的制程設

  通過對以上的難題及解決方案的描述,大致的制板流程已經開始清晰,這里就以多層板結構為例,對線路與基材平齊PCB的大體流程設計如下圖3所示。

圖3 線路與基材平齊PCB制板流程(常規多層板)

  此流程的設計與常規PCB產品制作的區別在于,外層銅厚的底銅幾乎就是成品銅厚?;谶@個特點展開的外線和孔加工工序,大致是先對厚底銅蝕刻出線路,然后對線路進行樹脂填充,接著鉆通孔并孔金屬化,再單獨鍍孔提升孔銅厚度,最后蝕刻填膠部位的薄銅層。從而滿足常規PCB制作要求及線路與基材平齊的要求,如下圖4所示。

圖4 線路與基材平齊PCB的外層線路制作示意圖

  此外當客戶對產品平整度的要求包含了表面處理,則需要對銅面高度的處理流程進行適當的調整,以滿足表面處理后的平整度需求。

加工效果

  根據上述流程制作樣板,并制作樣品切片,收集若干個樣品的基材與線路頂端高度差,得到了如下表2所示數據,樣板與切片如下圖5所示。

表2 基材與線路高度差

圖5 線路與基材平齊PCB的樣板及切片圖

  可見該線路與基材平齊PCB樣品是滿足高度差<15um的要求的,實際上若對磨板流程及孔金屬化流程進一步優化,有利于得到更小的高度差,從而獲得更好的平整度。

  此外,還對完成的線路與基材平齊PCB樣品進行288℃熱沖擊10s三次測試,可得其外觀及切片如下圖5所示,可見產品未出現分層爆板狀況,填膠部位效果良好,并未出現開裂。

  綜上,此類線路與基材平齊PCB的重點在于使線路與基材加工出平齊的效果,而加工關鍵在于影響著產品可靠性的填膠與除膠處理工序,此外產品加工平整度還仰賴于外層線路和表面處理流程的緊密配合。

  當前此類產品披露的相關文獻較少,本課題為解決此類產品制作過程中的問題作出的一些設想與嘗試多少有欠妥之處。然而在產品差異化倍增的現今,客戶的需求就是我們研究工作的靈感來源與精神動力,新的探索永無止步。

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