多层PCB板制作为什么那么难

中信华

  多层PCB板制作为什么那么难

  随着电子信息技术的发展，越来越多的领域用到多层PCB板。传统意义上，我们将4层以上的PCB板定义为“多层PCB板”，10层以上称为“高多层PCB板”。能不能生产高多层PCB板，是衡量一家PCB板生产企业有无实力的重要指标。能够生产20层以上的高多层板，算是技术实力比较拔尖的PCB企业了。都说多层PCB板制作价格昂贵，因为很难做，但是很多客户一直搞不懂“多层PCB板制作为什么那么难”的问题，以致于他们以为是厂家是找理由在故意乱收费。今天，就让经验丰富的PCB工程师工程师为你详解：多层PCB板制作为什么那么难？

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  一、主要制作难点

  对比常规线路板，高层线路板板件更厚、层数更多、线路和过孔更密集、单元尺寸更大、介质层更薄等，内层空间、层间对准度、阻抗控制以及可靠性要求更为严格。

  1、层间对准度难点

  由于高层板层数多，客户设计端对PCB各层的对准度要求越来越严格，通常层间对位公差控制±75μm，考虑高层板单元尺寸设计较大、图形转移车间环境温湿度，以及不同芯板层涨缩不一致性带来的错位叠加、层间定位方式等因素，使得高层板的层间对准度控制难度更大。

  2、内层线路制作难点

  高层板采用高TG、高速、高频、厚铜、薄介质层等特殊材料，对内层线路制作及图形尺寸控制提出高要求。线宽线距小，开短路增多，微短增多，合格率低；细密线路信号层较多，内层AOI漏检的几率加大；内层芯板厚度较薄，容易褶皱导致曝光不良，蚀刻过机时容易卷板；在成品报废的代价相对高。

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  3、压合制作难点

  多张内层芯板和半固化片叠加，压合生产时容易产生滑板、分层、树脂空洞和气泡残留等缺陷。在设计叠层结构时，需充分考虑材料的耐热性、耐电压、填胶量以及介质厚度，并设定合理的高层板压合程式。

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  4、钻孔制作难点

  采用高TG、高速、高频、厚铜类特殊板材，增加了钻孔粗糙度、钻孔毛刺和去钻污的难度。层数多，累计总铜厚和板厚，钻孔易断刀;密集BGA多，窄孔壁间距导致的CAF失效问题；因板厚容易导致斜钻问题。

  二、 关键生产工序控制

  1、材料选择

  要求电子电路材料的介电常数和介电损耗比较低，以及低CTE、低吸水率和更好的高性能覆铜板材料，以满足高层板的加工和可靠性要求。

  2、压合叠层结构设计

  在叠层结构设计中考虑的主要因素是材料的耐热性、耐电压、填胶量以及介质层厚度等，应遵循以下主要原则：

  (1) 半固化片与芯板厂商必须保持一致。为保证PCB可靠性，所有层半固化片避免使用单张1080或106半固化片(客户有特殊要求除外)，客户无介质厚度要求时，各层间介质厚度必须按IPC-A-600G保证≥0.09mm。

  (2) 当客户要求高TG板材时，芯板和半固化片都要用相应的高TG材料。

  (3) 内层基板3OZ或以上，选用高树脂含量的半固化片，但尽量避免全部使用106 高胶半固化片的结构设计。

  (4) 若客户无特别要求，层间介质层厚度公差一般按+/-10%控制，对于阻抗板，介质厚度公差按IPC-4101 C/M级公差控制，若阻抗影响因素与基材厚度有关，则板材公差也必须按IPC-4101 C/M级公差。

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  3、层间对准度控制

  内层芯板尺寸补偿的精确度和生产尺寸控制，需要通过一定的时间在生产中所收集的数据与历史数据经验，对高层板的各层图形尺寸进行精确补偿，确保各层芯板涨缩一致性。

  4、内层线路工艺

  由于传统曝光机的解析能力在50μm左右，对于高层板生产制作，可以引进激光直接成像机(LDI)，提高图形解析能力，解析能力达到20μm左右。传统曝光机对位精度在±25μm，层间对位精度大于50μm；采用高精度对位曝光机，图形对位精度可以提高到15μm左右，层间对位精度控制30μm以内。

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  5、压合工艺

  目前压合前层间定位方式主要包括：四槽定位(Pin LAM)、热熔、铆钉、热熔与铆钉结合，不同产品结构采用不同的定位方式。对于高层板采用四槽定位方式，或使用熔合+铆合方式制作，OPE冲孔机冲出定位孔，冲孔精度控制在±25μm。

  根据高层板叠层结构及使用的材料，研究合适的压合程序，设定最佳的升温速率和曲线，适当降低压合板料升温速率，延长高温固化时间，使树脂充分流动、固化，避免压合过程中滑板、层间错位等问题。

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  6、钻孔工艺

  由于各层叠加导致板件和铜层超厚，对钻头磨损严重，容易折断钻刀，对于孔数、落速和转速适当的下调。精确测量板的涨缩，提供精确的系数；层数≥14层、孔径≤0.2mm或孔到线距离≤0.175mm，采用孔位精度≤0.025mm 的钻机生产；直径φ4.0mm以上孔径采用分步钻孔，厚径比12:1采用分步钻，正反钻孔方法生产；控制钻孔披锋及孔粗，高层板尽量采用全新钻刀或磨1钻刀钻孔，孔粗控制25um以内。

  三、可靠性测试

  高层板比常规的多层板更厚、更重、单元尺寸更大，相应的热容也较大，在焊接时，需要的热量更多，所经历的焊接高温时间要长。在217℃(锡银铜焊料熔点)需50秒至90秒，同时高层板冷却速度相对慢，因此过回流焊测试的时间延长。

  以上便是经验丰富的PCB工程师为你详解的“多层PCB板制作为什么那么难”的回答，通过以上的分享，相信你一定对多层PCB板的制作有了更加深刻的了解，同时，你也明白了为什么多层PCB板制作价格那么贵的原因了吧！确实，PCB板制作流程复杂，多层PCB板制作更是难上加难，“一分钱一分货”就是这个道理，希望以上分享能够为你提供帮助。

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