線路與基材平齊PCB的制程設(shè)計

常規(guī)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(zhì)盡可能平齊，降低線路突出裸露的程度。這類產(chǎn)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(zhì)填充。本文將介紹一種通過樹脂填充方式實現(xiàn)PCB線路與基材平齊的制造工藝，可使此類厚銅產(chǎn)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(guī)使用需求。

若PCB上的觸點或線路需要與器件反復(fù)接觸，隨著產(chǎn)品工作時間的推移，其表面金屬會出現(xiàn)一定的磨損，從而導(dǎo)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(chǎn)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(zhì)，故本文將介紹樹脂作為介質(zhì)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(chǎn)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(guī)PCB的要求，在可靠性方面，熱沖擊測試也不得出現(xiàn)分層爆板，膠層開裂等情況。

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(chǎn)生，但對除膠提出了較大的挑戰(zhàn)。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(xiàn)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(xiàn)局部的氣泡或填膠不充分，導(dǎo)致產(chǎn)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(chǎn)品的制板難點之一，其作業(yè)質(zhì)量與樹脂種類、銅厚高度和線路間距緊密相關(guān)。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(xiàn)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(shè)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。

可見該測試還是比較理想的，在8mil線距以上均實現(xiàn)了飽滿填膠，但需要指出的是當產(chǎn)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(chǎn)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(qū)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(shè)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(xù)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。

實際磨板除膠過程中，最糟糕的情況莫過于板面出現(xiàn)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(yīng)該管控好溢膠厚度及其表面的均勻性，如優(yōu)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(shè)計

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(jīng)開始清晰，這里就以多層板結(jié)構(gòu)為例，對線路與基材平齊PCB的大體流程設(shè)計如下圖3所示。

此流程的設(shè)計與常規(guī)PCB產(chǎn)品制作的區(qū)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(guī)PCB制作要求及線路與基材平齊的要求，如下圖4所示。

此外當客戶對產(chǎn)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?shù)恼{(diào)整，以滿足表面處理后的平整度需求。

加工效果

根據(jù)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(shù)據(jù)，樣板與切片如下圖5所示。

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(yōu)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(chǎn)品未出現(xiàn)分層爆板狀況，填膠部位效果良好，并未出現(xiàn)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(guān)鍵在于影響著產(chǎn)品可靠性的填膠與除膠處理工序，此外產(chǎn)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(chǎn)品披露的相關(guān)文獻較少，本課題為解決此類產(chǎn)品制作過程中的問題作出的一些設(shè)想與嘗試多少有欠妥之處。然而在產(chǎn)品差異化倍增的現(xiàn)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。