奔强电路高精密度2mil线路板开发总结

2021-01-26 16:22发布

1、前言

随着中国5G通信的进一步深入发展,智能手机、平板电脑、可穿戴设备等电子产品更加趋向于智能化、小型化、高频、高速、高度集成化,PCB上需搭载的元件亦水涨船高,随之大幅度的增加。同时,在5G智慧产品高频、高速传输及功能扩展的大幅提升的背景下,智慧产品,尤其是新一代智能手机对屏幕分辨率的要求越来越高,功耗就成了关键点。然而由于目前的智能手机在电池体积上暂无新的突破,便只能不断地压缩主板的空间,助推手机主板尺寸、总量、体积在不断的缩小。

以下是作为智能手机代表的苹果手机自2011到2017年的主板发展路线图,华为、三星等知名品牌手机产品的发展亦紧随其后,甚或大有后来者居上的态势。

 

在高度集成与PCB空间无法增加的情况下,造成PCB布线更加密集,导线宽度、间距缩小,孔径与中心距离缩小,绝缘层的厚度降低,而传统HDI工艺能力受限,难以满足。因此堆叠层数更多、线路间距更小、可承载更多功能模组的Anylayer任意层互连结构便成为最佳的解决方案。

苹果从iPhone 4开始已使用HDI Anylayer任意层互连技术;2018年开始国内龙头手机华为、OPPO、VIVO、小米旗舰机均有搭载HDI Anylayer任意层互连技术,2019年国内市场华为推出P30 Pro 5G版、VIVO iQOO 5G版、OPPO Reno 5G版均采用HDI Anylayer任意层互连结构。

从目前的发展阶段来看,随着 5G 手机功能模组的升级和信号传输要求的提高,内部空间集约化、 搭载元器件量仍然会不断地提升,从而无休止的倒逼手机主板升级。奔强电路预估未来的普通 5G 手机至少需要 8-12 层 4 阶HDI 主板,而高端旗舰机的工艺将直接升级到14层5阶以上任意层 HDI(Anylayer-HDI)级别,该工艺水平已经超越目前大多数内资民营企业的1-3阶。

HDI Anylayer任意层互连属高密度连接技术,有较高的技术门槛,主要加工难点:层间对位、激光钻孔、填孔电镀、精细线路加工等。目前内资具备高制程能力及快速交付能力的厂家寥寥无几。奔强电路紧贴市场,基于客户对高层高阶anylayer-HDI裸板的迫切需求,克难攻艰,终于在行业极限的交付周期内,于20天内成功制造出一款14层6阶任意互联板,一次合格率高达98.4%,如期交付客户使用。(见下图1)

 

图1 实物板(14层6阶DHI板:可以任意层互联互通)

2,14层6阶任意互联HDI板的关键工艺说明

v HDI叠层结构分析:

  行业内常规产品为1-3阶HDI,阶数越多层偏机率越大,本产品为6阶14层板,完成板厚1.6mm,盲孔结构6+N+6为1-2、1-3、1-4、1-6,、1-7、1-9、1-10、1-11、6-10、6-14、7-14、10-14、12-14、13-14共14组盲孔,盲孔互连,需按照6阶HDI工艺制作,结构远比普通的低阶HDI板复杂,加工流程也较长。

v 接孔方式:

  常规芯板压合次数为3次(多次压合会导致芯板涨缩不受控),本产品需压合6次。通过0708层芯板叠加压合6次、叠加镭射6次及电镀填孔接孔,其中0708层为0.15mm通孔电镀填孔,其它孔为0.127mm镭射钻孔+电镀填孔。(见下图2)

 

图2 结构图和切片图

v 线路预放系数

6次压合,预放是关键,需考虑每次压合产生的涨缩,以此给出初始芯板(0708层)的预放系数,此系数将直接影响到后序板子的制作。

v 镭射激光钻孔

0609、0510前2次压合后系数较大,镭射机及LDI机不能识别抓孔,需调整镭射的激光靶标及线路LDI机参数。

v 电镀填孔

0.15mm激光孔数1200-1800孔/面,受镀面积较小,挡点填孔时易出现局部凹陷,且需重复6次激光,6次填孔。

v 图形电镀

内层线宽/距为0.075/0.075mm,板内图形分布孤立,图电蚀刻易夹膜、线细等。

3,工艺难点总结

高层高阶(层数>12,阶数>=5)任意层HDI的芯板及各层间的pp(粘结片)极薄,超薄型芯板及pp的使用会给PCB 生产环节带了巨大的挑战,各制程的特殊控制就显得尤为重要,其直接决定该类板的制作良率及产品可靠性。

任意层芯板的厚度通常是小于0.1mm,一般以0.075mm 和0.05mm 两种厚度的芯板使用较多,介层采用106、1037 或1027 等型号的薄PP。在任意层HDI 板的芯板加工过程中,激光钻孔、超制程能力制作及芯板涨缩等均是其控制难点,出现设备卡板、变形,阻抗达不到客户要求,层间偏差大等问题十分普遍。奔强电路针对以上14层6阶任意互联板的加工过程,就以上工艺难点进行如下简单总结。

v 激光钻孔

任意层HDI 板的芯板为超薄型的,主要是满足客户产品“薄型化”的需求,还有一个原因是满足激光钻孔的需求,过厚的芯板激光钻孔很难孔控制,甚至是无法实现成孔要求。目前芯板激光成孔均是采用“棕化+LDD(Laser Direct Drilling)”工艺技术制作,即芯板先进行减铜、棕化处理后,采用CO2激光直接钻孔。激光能量的控制十分重要,能量过大容易打穿底部的铜层,能量过小又有可能出现孔底残胶、导致互连失效。减铜过多或不足均会引起许多不良的品质问题,减铜过多就会出现底铜被击穿或在PTH 制程中经水压清洗会出现“破孔”等问题,减铜不足又有出现孔型不良和孔底残胶等问题。

v 超制程能力特殊控制

超薄芯板在进行棕化、减铜、水平清洗、电镀、压膜和蚀刻时非常容易出现卡板,造成板子变形、破裂或卷曲等,会给层间对位精度带了不利影响。超薄型芯板除了会带了以上问题外,对电镀均匀性也有很大的影响,尤其是垂直类型的电镀线,其电镀均匀性很难保证。

v 涨缩控制

对于任意层HDI 板来说,涨缩问题其实是一个贯穿始终的控制项目,也是一个系统而又复杂的问题,要控制好这个问题除了从材料选择、工程设计等方面着手外,还要从一些制程细节加以控制。

 4,结束语

电子产品轻型化、薄型化和多功能化已成为一种势不可挡的发展趋势,高阶和任意层HDI工艺的应用也将成为一种必然潮流。以上所讲解的超薄芯板对位、PP等加工难点仅为比较突出的冰山一角,尚有其它诸多疑难因素,诸如阳极性玻纤丝的漏电现象(CAF)、压板缺胶问题、板翘曲问题、阻抗问题和信号完整性问题等等,这些都是高层高阶任意互联电路板的加工难点。对于这些高端PCB精制过程中遇到的拦路虎,奔强技术团队即时总结经验、对各难点不断进行科学实验分析,结合公司设备现状和工艺水平等,制定相应的改善措施,逐步将这些难题一一解决,从而达到公司保证任意层HDI板超高良率的目的。



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