PCB線路板為何板層數越高製作難度也越高?

語言: CN / TW / HK

隨著電子資訊科技的發展,越來越多的領域用到多層PCB板。
傳統意義上,我們將4層以上的PCB板定義為“多層PCB板”,10層以上稱為“高多層PCB板”。能不能生產高多層PCB板,是衡量一家PCB板生產企業有無實力的重要指標。能夠生產20層以上的高多層板,算是技術實力比較拔尖的PCB企業了。

因此多層PCB板製作價格昂貴,是由於難度問題。但依然會有人很疑惑,到底難在哪裡,是不是故意提高提高價格而編造的難度?今天,就讓我來為您詳解:多層PCB板製作為什麼那麼難?


 一、主要製作難點 
對比常規線路板,高層線路闆闆件更厚、層數更多、線路和過孔更密集、單元尺寸更大、介質層更薄等,內層空間、層間對準度、阻抗控制以及可靠性要求更為嚴格。
1、層間對準度難點
由於高層板層數多,客戶設計端對PCB各層的對準度要求越來越嚴格,通常層間對位公差控制±75μm,考慮高層板單元尺寸設計較大、圖形轉移車間環境溫溼度,以及不同芯板層漲縮不一致性帶來的錯位疊加、層間定位方式等因素,使得高層板的層間對準度控制難度更大。
2、內層線路製作難點
高層板採用高TG、高速、高頻、厚銅、薄介質層等特殊材料,對內層線路製作及圖形尺寸控制提出高要求。線寬線距小,開短路增多,微短增多,合格率低;細密線路訊號層較多,內層AOI漏檢的機率加大;內層芯板厚度較薄,容易褶皺導致曝光不良,蝕刻過機時容易卷板;在成品報廢的代價相對高。
3、壓合製作難點
多張內層芯板和半固化片疊加,壓合生產時容易產生滑板、分層、樹脂空洞和氣泡殘留等缺陷。在設計疊層結構時,需充分考慮材料的耐熱性、耐電壓、填膠量以及介質厚度,並設定合理的高層板壓合程式。
4、鑽孔製作難點
採用高TG、高速、高頻、厚銅類特殊板材,增加了鑽孔粗糙度、鑽孔毛刺和去鑽汙的難度。層數多,累計總銅厚和板厚,鑽孔易斷刀;密集BGA多,窄孔壁間距導致的CAF失效問題;因板厚容易導致斜鑽問題。

 二、 關鍵生產工序控制 
1、材料選擇
要求電子電路材料的介電常數和介電損耗比較低,以及低CTE、低吸水率和更好的高效能覆銅板材料,以滿足高層板的加工和可靠性要求。
2、壓合疊層結構設計
在疊層結構設計中考慮的主要因素是材料的耐熱性、耐電壓、填膠量以及介質層厚度等,應遵循以下主要原則:
(1) 半固化片與芯板廠商必須保持一致。為保證PCB可靠性,所有層半固化片避免使用單張1080或106半固化片(客戶有特殊要求除外),客戶無介質厚度要求時,各層間介質厚度必須按IPC-A-600G保證≥0.09mm。
(2) 當客戶要求高TG板材時,芯板和半固化片都要用相應的高TG材料。
(3) 內層基板3OZ或以上,選用高樹脂含量的半固化片,但儘量避免全部使用106 高膠半固化片的結構設計。
(4) 若客戶無特別要求,層間介質層厚度公差一般按+/-10%控制,對於阻抗板,介質厚度公差按IPC-4101 C/M級公差控制,若阻抗影響因素與基材厚度有關,則板材公差也必須按IPC-4101 C/M級公差。
3、層間對準度控制
內層芯板尺寸補償的精確度和生產尺寸控制,需要通過一定的時間在生產中所收集的資料與歷史資料經驗,對高層板的各層圖形尺寸進行精確補償,確保各層芯板漲縮一致性。
4、內層線路工藝
由於傳統曝光機的解析能力在50μm左右,對於高層板生產製作,可以引進鐳射直接成像機(LDI),提高圖形解析能力,解析能力達到20μm左右。傳統曝光機對位精度在±25μm,層間對位精度大於50μm;採用高精度對位曝光機,圖形對位精度可以提高到15μm左右,層間對位精度控制30μm以內。
5、壓合工藝
目前壓合前層間定位方式主要包括:四槽定位(Pin LAM)、熱熔、鉚釘、熱熔與鉚釘結合,不同產品結構採用不同的定位方式。對於高層板採用四槽定位方式,或使用熔合+鉚合方式製作,OPE衝孔機衝出定位孔,衝孔精度控制在±25μm。
根據高層板疊層結構及使用的材料,研究合適的壓合程式,設定最佳的升溫速率和曲線,適當降低壓合板料升溫速率,延長高溫固化時間,使樹脂充分流動、固化,避免壓合過程中滑板、層間錯位等問題。
6、鑽孔工藝
由於各層疊加導致板件和銅層超厚,對鑽頭磨損嚴重,容易折斷鑽刀,對於孔數、落速和轉速適當的下調。精確測量板的漲縮,提供精確的係數;層數≥14層、孔徑≤0.2mm或孔到線距離≤0.175mm,採用孔位精度≤0.025mm 的鑽機生產;直徑φ4.0mm以上孔徑採用分步鑽孔,厚徑比12:1採用分步鑽,正反鑽孔方法生產;控制鑽孔披鋒及孔粗,高層板儘量採用全新鑽刀或磨1鑽刀鑽孔,孔粗控制25um以內。

 三、可靠性測試 
高層板比常規的多層板更厚、更重、單元尺寸更大,相應的熱容也較大,在焊接時,需要的熱量更多,所經歷的焊接高溫時間要長。在217℃(錫銀銅焊料熔點)需50秒至90秒,同時高層板冷卻速度相對慢,因此過迴流焊測試的時間延長。

以上便是經驗豐富的PCB工程師為你詳解的“多層PCB板製作為什麼那麼難”的回答,通過以上的分享,相信你一定對多層PCB板的製作有了更加深刻的瞭解,同時,你也明白了為什麼多層PCB板製作價格那麼貴的原因了吧!確實,PCB板製作流程複雜,多層PCB板的製作更是難上加難,“一分錢一分貨”就是這個道理,希望以上分享能夠為你提供幫助。

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