張軍杰 韓啟龍 龔 偉 季 輝

（深圳崇達(dá)多層線路板有限公司，廣東 深圳 518132）

1 前言

隨著集成電路等元件的集成度提高及其I/O數(shù)的增加、電子組裝技術(shù)的進(jìn)步和信號(hào)傳輸?shù)母哳l化和高速數(shù)字化的發(fā)展，以及電子設(shè)備高速發(fā)展的升級(jí)與換代需求，有一類PCB漸漸走向承載功能子板、信號(hào)傳輸及電源傳輸?shù)裙δ苌希湫盘?hào)處理功能逐漸弱化，該類PCB即為背板。背板一直是PCB制造業(yè)中具有專業(yè)化性質(zhì)的產(chǎn)品，屬于PCB中的高端產(chǎn)品。背板作為關(guān)鍵元件之一，廣泛應(yīng)用于通訊、航天、超級(jí)計(jì)算機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、軍用基站等重要場(chǎng)合。此類板具有板子尺寸大、層數(shù)高、厚度大、孔徑縱橫比高等特點(diǎn)，背板（Backplane或Back panel）是指具有線路和眾多排插孔，主要用于承載其它功能性子板和芯片，起到高速信號(hào)傳輸?shù)囊活愑≈凭€路板。此類板具有板子尺寸大、層數(shù)高、厚度大、孔徑縱橫比高等特點(diǎn)。

目前，行業(yè)內(nèi)能批量生產(chǎn)大背板的廠家屈指可數(shù)，大尺寸背板的生產(chǎn)與開發(fā)是PCB制作企業(yè)技術(shù)能力的重要體現(xiàn)，大尺寸背板生產(chǎn)對(duì)PCB制造企業(yè)來(lái)說(shuō)即是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇，在高難度制作的同時(shí)往往也會(huì)帶來(lái)高附加值的利潤(rùn)。我公司作為一個(gè)快、樣板特色PCB制造商，對(duì)大背板的生產(chǎn)開發(fā)也高度重視，有幸接到了長(zhǎng)沙國(guó)防科技大學(xué)天河云2號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)上用的大尺寸背板（660 mm×810 mm），下面就以此款板為例介紹壓合工序的關(guān)鍵技術(shù)。

2 材料選擇與工程資料設(shè)計(jì)

2.1 材料的選擇

大尺寸背板需要有良好的電氣性能、耐熱性及抗老化性能，一般選擇耐熱性好、可靠性好等各方面性能穩(wěn)定的高Tg值板材（選用Tg值≥170 ℃的FR4板料及半固化片PP）。故在選擇材料時(shí)需要綜合考慮，表1為不同廠家材料性能從板材Tg值（玻璃轉(zhuǎn)化溫度）、Td值（熱分解溫度）、X-Y-Z軸膨脹系數(shù)、T260-T288耐熱性、Dk值（介電常數(shù)）、Df值（介質(zhì)損耗）剝離強(qiáng)度、吸水率幾個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)估，板材評(píng)分高低依次為B材料＞C材料＞D材料＞A材料，按照此評(píng)估結(jié)果最終選擇了B材料進(jìn)行大背板的制作。

2.2 工程資料設(shè)計(jì)

2.2.1 背板信息

表1 不同廠家材料性能指標(biāo)對(duì)比

圖1 壓合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖例

2.2.2 工程設(shè)計(jì)

（1）大背板內(nèi)層板邊工具圖形除需要包括靶孔、鉚釘孔、切片孔、編號(hào)孔等一系列常用工具孔外，還需要增加同心圓、漲縮PAD、層偏測(cè)試模塊三個(gè)關(guān)鍵檢查層間對(duì)準(zhǔn)度的工具圖形。

同心圓：每個(gè)角2組，1組不加補(bǔ)償用于鉚合后層間對(duì)準(zhǔn)度檢查，1組用于壓合后層間對(duì)準(zhǔn)度的檢查，每層一個(gè)圓環(huán)，層與層之間圓環(huán)相距0.075 mm。見(jiàn)圖2（以8層板為例）。

圖2 同心圓設(shè)計(jì)圖例

漲縮PAD：每層設(shè)計(jì)1個(gè)實(shí)心PAD，層與層之間錯(cuò)位式疊加，對(duì)所有層對(duì)應(yīng)的PAD位置全部做成無(wú)銅區(qū)，以便在后續(xù)X-RAY測(cè)量漲縮時(shí)透光，主要用于壓合后測(cè)量漲縮數(shù)據(jù)來(lái)監(jiān)控層間偏差與整體偏差，從而來(lái)調(diào)內(nèi)層菲林預(yù)給系數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)需要注意因大背板尺寸較大，一般X-RAY的最長(zhǎng)測(cè)量距離小于700 mm，因此漲縮PAD需要設(shè)置在長(zhǎng)邊（因板子尺寸長(zhǎng)為810 mm，若設(shè)置在短邊將無(wú)法測(cè)量）且要保證測(cè)量距離小于700 mm。見(jiàn)圖3（以8層板為例）。

圖3 漲縮PAD設(shè)計(jì)圖例

層偏對(duì)位模塊：因大背板尺寸大，板子易變形，在生產(chǎn)制作過(guò)程中因控制不到位、各種設(shè)備都有對(duì)位公差存在，難免或多或少會(huì)出現(xiàn)偏差，故在板子四角分別設(shè)計(jì)一組層偏對(duì)位模塊，中間孔徑大小為1.06 mm，內(nèi)層Clearance單邊依次為0、0.076 mm、0.1 mm、0.125 mm、0.15 mm、0.175 mm、0.2 mm，通過(guò)層偏測(cè)試模式來(lái)目檢監(jiān)控壓合、鉆孔、圖形的對(duì)位情況。見(jiàn)圖4。

圖4 層偏對(duì)位設(shè)計(jì)圖例

（2）內(nèi)層圖形內(nèi)添加假銅：因大背板設(shè)計(jì)的特殊性，內(nèi)層芯板多數(shù)設(shè)計(jì)為一邊大銅皮一邊為線路層，導(dǎo)致同張芯板殘銅率相差很大，為了助于壓合時(shí)填膠均勻及平衡板厚，建議客戶在無(wú)銅區(qū)添加銅皮或假銅，同時(shí)要保留內(nèi)層獨(dú)立PAD（特殊情況除外）。見(jiàn)圖5。

圖5 內(nèi)層無(wú)銅區(qū)添加假銅前后對(duì)比設(shè)計(jì)圖例

（3）壓合填膠設(shè)計(jì)：

半固化片PP選擇：為了滿足大背板的可靠性及壓合時(shí)填膠均，優(yōu)先選用高膠薄玻纖布半固化片（一般選用RC＞60%，樹脂流動(dòng)度＞40%），這樣可利于樹脂通過(guò)玻纖布滲透到無(wú)銅區(qū)；

滿足板厚介厚同時(shí)需要考慮到殘銅率、填膠量、奶油層厚度：

雙面填膠壓合后介電層厚度=全銅PP厚度-[基板銅厚1×（1-殘銅率1）+基板銅厚2×（1-殘銅率2）]

雙面填膠時(shí)樹脂層厚度（奶油層厚度一般大于5 μm）= ｛全銅PP厚度-[基板銅厚1×（1-殘銅率1）+基板銅厚2×（1-殘銅率2）]-玻布厚度｝/2 ；見(jiàn)圖6。

圖6 樹脂層厚度測(cè)量方法

3 壓合制作關(guān)鍵技術(shù)

3.1 鉚合制作要點(diǎn)

3.1.1 鉚釘與沖針的選擇

此板理論鉚合板厚在6.5 mm左右，我公司依次選擇8.5 mm、9.0 mm、9.5 mm、10.0 mm長(zhǎng)的鉚釘均不合適，最終訂做長(zhǎng)9.1mm的鉚釘和特制的加長(zhǎng)15.5 mm沖針下模，正常沖針下模沖針長(zhǎng)度為13 mm。

3.1.2 鉚合方法與步驟

鉚釘機(jī)臺(tái)面平鋪鋼板，鋼板貼上珍珠棉防止擦花，調(diào)機(jī)臺(tái)面與下模具開花刀面平齊；

鉚合時(shí)先鉚合長(zhǎng)邊再鉚合短邊，采用兩面鉚合的方式制作，每次鉚合時(shí)不鉚合的鉚釘孔需用沖針套住才可鉚合，在鉚合過(guò)程中加釘時(shí)，因板比臺(tái)面大很多，必須把板超出臺(tái)面的部分抬起保證板面全部在一個(gè)水平面才可鉚合；如圖7。

圖7 鉚釘機(jī)臺(tái)面示意圖

如圖8所示，第一次鉚第一面2、4、9、11、7、13這6個(gè)孔（2與4、9與11同時(shí)打釘，7、13最后打）；第二次翻面打剩下的8個(gè)孔。

圖8 鉚釘示意圖

鉚合裝板時(shí)需要注意，先從層次高的芯板依次往層次低的芯板裝板，芯板的孔必須和PP的孔對(duì)齊；

X-RAY檢查頻率：以檢查板四角的無(wú)補(bǔ)償對(duì)位同心圓為主，同時(shí)參考靶孔無(wú)層偏為準(zhǔn)。如圖9。

圖9 鉚合對(duì)比示意圖

3.2 排板制作要點(diǎn)

3.2.1 排板物料的選擇

鏡面鋼板的選擇：特指壓合工序所使用的分隔鏡面鋼板，其主要作用是導(dǎo)熱，其次是為壓合作業(yè)提供一個(gè)平整的臺(tái)面，目前PCB行業(yè)壓合鏡面鋼板按熱膨脹系數(shù)分為低膨脹系數(shù)鋼板和高膨脹系數(shù)鋼板。低膨脹系數(shù)鋼板主要有二種材質(zhì)分別是SUS630（日本）和1.4021（德國(guó)），高膨脹系數(shù)鋼板主要有三種材質(zhì)分別是SUS301（日本）、NTK S-4（日本）和RHC40（德國(guó)）。

我公司制作大背板選用的為SUS301 AS45-H高膨脹系數(shù)鋼板主要有如下優(yōu)點(diǎn): AS-45H是為了用于大背板、BGA、HDI的高多層精密電路板的生產(chǎn)所特別設(shè)計(jì)的壓合用鋼板，具有最好的平坦度、很高的硬度、很長(zhǎng)的使用壽命、很高的熱膨脹系數(shù)[（16～17×10-6/℃與銅箔的熱膨脹系數(shù)相同]，所以在壓合過(guò)程中可避免銅箔折皺、板厚介厚不均，漲縮變化大等品質(zhì)問(wèn)題的出現(xiàn)。

緩沖材的選擇：大多PCB生產(chǎn)廠家在排板時(shí)都會(huì)選擇牛皮紙做為緩沖材，因牛皮紙柔軟透氣，可達(dá)到緩沖受壓均勻施壓的效果，且可防止滑動(dòng)，但如在高溫條件下使用，牛皮紙會(huì)逐漸失去透氣的特性，一般使用3次后必須更換。

我公司制作大背板選用的是美國(guó)Pacothane公司推出的Pacopads和Pacoplus。其中Pacopads是一種獨(dú)特的紙纖基產(chǎn)品，使用的是純凈的纖維，經(jīng)專設(shè)計(jì)用以滿足多層板制造中的性能要求，常用規(guī)格厚度0.89 mm、1.4 mm、2.2 mm幾種；Pacoplus是一種耐高溫型剝離膜，經(jīng)專門設(shè)計(jì)起到復(fù)型、緩沖作用。常用規(guī)格厚為0.5 mm左右。兩者配套使用，可以使升溫速率更均勻、板面的壓力負(fù)荷均衡分布、可以3-維成型（即可以消除X-Y-Z軸方向上的應(yīng)力）、膠體流動(dòng)更均勻。

3.2.2 排板方法的優(yōu)化

采用高膨脹鋼板、Pacopads和Pacoplus作緩沖材料、2層/BOOK、紅外線對(duì)位的排板方法。如圖10。

圖10 排板示意圖

3.3 壓合程序的優(yōu)化

壓合程序需要從轉(zhuǎn)壓時(shí)間、轉(zhuǎn)高壓溫度、升溫速率等幾個(gè)方面來(lái)綜合調(diào)整，表2為三種壓合程序通過(guò)測(cè)實(shí)際料溫而得到的參數(shù)。（因各廠家壓機(jī)類型不一，僅供參考）。

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，壓合參數(shù)三為最優(yōu)參數(shù)，能使樹脂的粘度曲線比較平緩，溢膠量少，可以使PP膠有效的填充層間空隙，進(jìn)而控制板厚的均勻性。見(jiàn)表3。

4 相關(guān)測(cè)試

4.1 Tg值測(cè)試

差分掃描熱量測(cè)定玻璃態(tài)溫度和固化因素（DSC法），△Tg=0.04℃。

表2 不同壓合程序各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)比

表3 背板壓合程序和料溫曲線圖

圖11

4.2 可靠性測(cè)試

5 結(jié)語(yǔ)

以上為我公司在背板制作過(guò)程中關(guān)于工程資料設(shè)計(jì)和壓合制作技術(shù)方面的一些經(jīng)驗(yàn)，希望給同行能提供幫助。

表4

[1]曾紅. 大背板壓合空洞滲銅研究[J]. 印制電路信息,2012, 04.

[2]呂永. 厚銅板壓合工藝研究[C]. 2012秋季國(guó)際PCB技術(shù)/信息論壇論文集.

[3]林金堵等. 印制電路信息[J]. 2008,12.