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快速高密度互连印制板加工工艺

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-17  浏览次数:1395

一、前言

现代军事装备为满足快速机动的要求,日益向小型化、轻量化发展。要满足整机小型化、轻量化要求,作为元件载体的电气互连PCB,也向.HDI(高密度互连印制板)方向快速发展。为了满足需求,电气互连印制板生产工艺就不能墨守成规,应采用新技术及工艺,实现跳跃式发展。UV激光微线钻是近几年才进入我国的多功能工艺设备,专门针对HDI的特点,完成快速加工。

二、传统多层PCB生产工艺流程与快速HDI工艺流程比较

1.传统多层PCB生产工艺流程

传统多层PCB生产工艺流程如下所述:

(1)各层图形胶片制备:各层胶片图形分别制备;所有层叠层对位检查;制定位孔;各层胶片按要

求分类放置待用;

(2)材料准备:覆箔薄板、半固化片下料;长宽取向垂直、数量各半;

(3)各覆铜薄板冲制或高速(10万转)数控钻钻定位(销钉)孔、铆钉孔;

(4)抛光处理;

(5)各覆铜薄板分别完成图形制作:传统印制板板工艺;注意取向;

(6)各线路板分别氧化处理;

(7)清洗烘干;

(8)各内层线路板板间加半固化片按要求叠层,注意最外两层无图形及板材取向;

(9)铆合;

(10)层压;

(11)找正、恢复定位孔;

(12)数控加工导通孔;

(13)去钻污;

(14)孔金属化处理、电镀加厚铜;

(15)制作最外层图形;

(16)通断检测、金属化工艺孔金相检测;

(17)制阻焊层、印字符(SMOBC);

(18)喷锡、清洗;

(19)产品检测;

(20)交用户。

2.快速HDI工艺流程

快速HDI(UV激光)工艺流程如下:

(1)各层覆铜薄板、半固化片材料准备;

(2)1、2层(最中间双面层)烧蚀出图形:制蝶形或双菱形靶标;激光刻图;

(3)清洁、线路板表面氧化处理;

(4)叠片、层压3、4层;

(5)激光钻盲孔;

(6)盲孔(图1)直接电镀:金属化用黑孔化或钯处理,电镀铜加厚;

(7)烧蚀出图形;

(8)清洁、线路板表面氧化处理;

(9)叠片、层压5、6层;

(10)激光钻盲孔;

(11)盲孔直接电镀;

(12)烧蚀出图形;

(13)如此反复往上叠层,直至所需层数;

(14)激光钻通孔、盲孔;

(15)直接电镀;

(16)烧蚀出图形;

(17)清洁处理;

(18)检验;

(19)涂布阻焊层、印字符;

(20)烧蚀出焊盘;

(21)印活性焊剂;

(22)激光加工外形;

(23)测试、检验;

(24)包装。

3.直接电镀工艺流程

直接电镀工艺流程如下:

刷板一清洁剂llO开缸(阴极移动)lO—15 min一沥干、喷淋一整孔剂201开缸(阴极移动)15—20min一沥干、喷淋、沥干一黑孔液开缸(阴极移动)20—30 min一沥干、压缩气吹、胶刮刮除表面碳黑一烘固温度100一110℃,30一50 min一弱蚀(去表面沾污碳黑层)一清洗、浸稀酸、喷淋一酸性镀铜20—30min,1一1.5 A/dm2一喷淋一镀锡(如用活性焊剂,可不走此工序)一喷淋清洗、烘干。

三、特点比较

传统多层PCB生产工艺制作的图形,线宽与线间距在O.1mm已较困难,机械钻孔O.1 mm以下已没有钻头可用,由于层数增加,内层基材变薄,加上翘曲变形,很难保证高精度盲孔加工(z向),带CCD摄像头的某些高速数控刻板机具有X、Y向形变自动补偿功能,可解决孔与焊盘同心问题。

UV激光多功能微线钻利用其激光特性,解决了高密度细线和微孔加工难题,近几年特别是随着多芯片组装技术(MCM)和倒装芯片技术的应用,uV激光的精度得到很好地体现,其最小线宽、线间距和最小孔径均可达O.03 mm,钻通孔与盲孔的控制是通过调节能量实现的,Z向深度可精确控制。

UV激光多功能微线钻同样具有CCD摄像头和x、Y向形变自动补偿功能,可很好解决三维控制问题。

应用孔径大小只取决于金属化时溶液是否容易有效浸润、交换、吹出和电镀可靠。

现IC表面贴装元件(SMC或SMD)相邻引脚中心间距已可达到不足O.3 imm,用传统的阻焊工艺已无法解决IC表面贴装焊盘问阻焊层的精确可靠覆盖。焊盘间不覆盖阻焊层焊接时又可能引起相邻焊盘短路,使可靠性降低。

UV激光机解决这个问题就简单快捷。调整能量使之只能汽化阻焊层就行。利用聚酰亚胺对UV激光的高吸收特性,可用聚酰亚胺膜制作活性焊剂和焊料漏印模板,聚酰亚胺膜制的漏印模板具有与钢模相同的精度和较高耐蚀、耐磨性。

用传统PCB工艺制作五级密度(1.27mm间距过四条线)很困难,周期长,价格昂贵。传统工艺流

程长,设备多,工艺参数控制点多,以湿法为主,耗水大,污染重。孔金属化处理过程中需确保钻污去除干净,易产生“粉红”圈现象。

UV激光加工五级密度印制板很容易。工艺人员的工作是进行精确的激光能量参数确定。工艺流程短,设备量少,工艺参数控制点集中,以干法为主,耗水少,污染轻。孔金属化处理过程是物理过程,也不用去钻污,不会产生“粉红”圈现象。

用传统.PCB工艺制作多层印制板,定位孔精度由于二次钻孔、材料变形或多次插销等原因,易造成误差,影响小直径通孔与焊盘同心度。

UV激光加工始终是以中间层的靶标为对位基准,加工外层图形,故其焊盘同心度要高很多。

四、应注意的问题及解决办法

(1)孔径与金属化可靠性

内层埋孔孔径可适当小于O.06 mm,若直接按最小光径O.03 mm加工,应控制镀液清洁度和电镀时间、电流密度,因孔太小容易镀封口,小孔内不易洗净反被包容(图2),可靠性不好。故基材厚度小于O.127 mm时可选O.03 mm孔径,一般选O.05mm左右。

物理吸附导电层的均匀性问题,也是孔金属化可靠性应关注的问题。为确保黑孔液进入各小孔,可适当用超声赶气。板子从碳黑液中提起后,孔中的液体因小孔张力作用,流不出来。烘干后形成厚碳层,虽金属化电镀没问题,但不规则厚碳层在镀铜层下,经历热循环冲击和振动冲击后的孔金属化可靠性必须考虑。为保证碳黑导电层均匀性,用带压缩空气的风刀进行吹刮是必要的。

(2)刻线后版面的清洁

刻线后版面的清洁好,可靠性增加。首先由于线条、线间距极细,刷板机仅对表面有用,对线条反而有可靠性的隐患。激光加工是金属光触表面的爆炸蚀刻,金属微粒的清洁是关系整板可靠性基础。用气浮二氧化硅(牙膏原料,粒径O.2~O.4µm)、微量离子表面活性剂、去离子水组成悬浊液,通过改造的喷枪(出液量大)进行表面处理(图3),起到了清洁表面和锐棱倒圆的效果,有利于生成均匀的氧化层和树脂的流动,可减小成型内应力,提高质量。

此外,漏印模板各焊盘窗口应根据印料的浸润迁移作适当缩减,保证不把焊盘污染为宜。

五、结   语

从美军几次参战模式可以看出,军事装备要具有快速机动的能力才能完成持续攻击,才具有生存能力。技术力量较弱一方要有根据敌方技术、快速提供新装备进行技术反击防范的能力才能坚持对抗。现代高技术装备性能先进,价格昂贵,平时进行大量装备即使富裕国家也承受不起,适时保障是现代高技术装备的一个特点。因此,基础工艺采用先进技术提供保障是必不可少的。

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