PCB背板制造技術(shù)

背板一直是PCB制造業(yè)中具有專業(yè)化性質(zhì)的產(chǎn)品。其設(shè)計(jì)參數(shù)與其它大多數(shù)電路板有很大不同，生產(chǎn)中需要滿足一些苛刻的要求，噪聲容限和信號完整性方面也要求背板設(shè)計(jì)遵從特有的設(shè)計(jì)規(guī)則。背板的這些特點(diǎn)導(dǎo)致其在設(shè)備規(guī)范和設(shè)備加工等制造要求上存在巨大差異。未來的背板尺寸更大、更復(fù)雜，且要求工作于前所未有的高時(shí)鐘頻率和帶寬范圍。信號線路（track）數(shù)和節(jié)點(diǎn)數(shù)將會不斷增高：一塊背板包含5萬個(gè)以上節(jié)點(diǎn)將變得不再稀奇。

一、用戶的需求

用戶不斷增長的對可工作于前所未有的高帶寬下的日趨復(fù)雜的大尺寸背板的需求，導(dǎo)致了對超越常規(guī)PCB制造線的設(shè)備加工能力的需要。尤其是背板尺寸更大、更重、更厚，比標(biāo)準(zhǔn)PCB要求有更多的層數(shù)和穿孔。此外，其所要求的線寬和公差更趨精細(xì)，需要采用混合總線結(jié)構(gòu)和組裝技術(shù)。

二、背板尺寸和重量對輸送系統(tǒng)的要求

常規(guī)PCB與背板間的最大不同在于板子的尺寸、重量以及大而重的原材料基板（panel）的加工問題等。PCB制造設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)尺寸為典型的24x24英寸。而用戶尤其是電信用戶則要求背板的尺寸更大。由此推動了對大尺寸板輸送工具的確認(rèn)和購置需求。設(shè)計(jì)人員為解決大引腳數(shù)連接器的走線問題不得不額外增加銅層，使背板層數(shù)增加?？量痰?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/emc/" target="_blank">EMC和阻抗條件也要求在設(shè)計(jì)中增加層數(shù)以確保充分的屏蔽作用，降低串?dāng)_，以及增進(jìn)信號完整性。

在有大功耗應(yīng)用卡插進(jìn)背板時(shí)，銅層的厚度必須適中以便提供所需的電流，保證該卡能正常工作。所有這些因素都導(dǎo)致背板平均重量的增加，這樣就要求傳送帶和其它輸送系統(tǒng)必須不僅能夠安全地移送大尺寸的原材料板，而且還必須把其增重的事實(shí)也考慮進(jìn)去。

用戶對層芯更薄、層數(shù)更多的背板的需要帶來了對輸送系統(tǒng)截然相反的兩方面的要求。傳送帶和輸送裝置必須一方面能夠毫無損傷地拾取并輸送厚度小于0.10mm（0.004英寸）的大規(guī)格薄板片，另一方面還必須能夠輸送10mm（0.394英寸）厚、25千克（56磅）重的板而不掉板。

內(nèi)層各板的板厚（0.1mm，0.004英寸）與最終完成的背板的厚度（達(dá)10mm，0.39英寸）間相差兩個(gè)數(shù)量級，意味著輸送系統(tǒng)必須做到足夠結(jié)實(shí)，可以安全地將它們移送通過加工區(qū)。由于背板比常規(guī)PCB要厚，且鉆孔數(shù)也多得多，因此易造成加工液流出現(xiàn)象。有30，000個(gè)鉆孔的10mm厚大規(guī)格背板，能很容易地把靠表面張力而吸附在導(dǎo)孔中的少許加工液帶出。為盡量減少攜液量并排除導(dǎo)孔處殘留任何烘干雜質(zhì)的可能性，采用高壓沖洗和空氣送風(fēng)機(jī)的方法對鉆孔進(jìn)行清洗是極為重要的。

三、層的對位

由于用戶應(yīng)用要求越來越多的板層數(shù)，層間的對位便變得十分重要。層間對位要求公差收斂。板尺寸變大使這種收斂要求更苛刻。所有的布圖工序都是在一定的溫度和濕度受控環(huán)境中產(chǎn)生的。曝光設(shè)備處在同一環(huán)境之中，整個(gè)區(qū)域前圖與后圖的對位公差需保持為 0.0125mm（0.0005英寸）。為達(dá)到這一精度要求，需采用CCD攝像機(jī)完成前后布圖的對位。

蝕刻以后，使用四鉆孔系統(tǒng)對內(nèi)層板穿孔。穿孔通過芯板，位置精度保持為 0.025mm（0.001英寸），可重復(fù)能力為0.0125mm（0.0005英寸）。然后用針銷插入穿孔，將蝕刻后的內(nèi)層對位，同時(shí)把內(nèi)層粘合在一起。

最初，使用這種蝕刻后穿孔的方法可充分保證鉆孔與蝕刻銅板的對準(zhǔn)，形成一種堅(jiān)固的環(huán)狀設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。但是，伴隨用戶在PCB走線方面要求在更小的面積內(nèi)布設(shè)越來越多的線路，為保持板子的固定成本不變，則要求蝕刻銅板的尺寸更小，從而要求層間銅板更好地對位。為達(dá)此目標(biāo)，可以采用購置X光鉆孔機(jī)的辦法。該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)在1092×813mm（43×32英寸）最大規(guī)格的板上鉆一個(gè)孔的位置精度達(dá)到0.025mm（0.001英寸）。其用法有兩種：

1.用X光機(jī)觀察每層上的蝕刻銅，借助鉆孔確定一個(gè)最佳位置。

2.鉆孔機(jī)存儲統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，記錄對位數(shù)據(jù)相對于理論值的偏差和發(fā)散度。把這種SPC數(shù)據(jù)反饋到前面的加工工序如原材料的選擇、加工參數(shù)及布圖繪制等，以助于減小其變化率，不斷改進(jìn)工藝。

盡管電鍍過程與任何的標(biāo)準(zhǔn)鍍過程都相似，但由于大規(guī)格背板的獨(dú)具特征，有兩處主要的不同點(diǎn)必須考慮。

夾具和輸送設(shè)備必須能夠同時(shí)傳送大尺寸板和重板。1092x813mm（43x32英寸）的大規(guī)格原材料基板重量可達(dá)到25千克（56磅）?；灞仨毮茉谳斔秃图庸み^程中安全地被抓牢。加工箱（tank）的設(shè)計(jì)必須足夠深以將板子容納進(jìn)去，并且整個(gè)箱內(nèi)還須保持均勻的電鍍特性。

過去，用戶都為背板指定壓配連接器，因而對銅鍍的均勻性要求依賴過重。背板厚度產(chǎn)生0.8mm到10.0mm（0.03英寸到0.394英寸）的變化量。各種寬高比的存在以及基板規(guī)格變大，使得電鍍的均勻性指標(biāo)變得至關(guān)重要。為實(shí)現(xiàn)所要求的均勻性能，必須使用周期性反向（“脈沖”）電鍍控制設(shè)備。此外，還必須進(jìn)行必要的攪拌以盡可能保持電鍍條件均勻。

除了對鉆孔要求電鍍層厚度均勻外，背板設(shè)計(jì)人員一般對外層表面上的銅的均勻性有著不同的要求。一些設(shè)計(jì)在外層上蝕刻很少的信號線路。而另一方面，面對高速數(shù)據(jù)率和阻抗控制線路的需求，外部層設(shè)置近乎固態(tài)的銅薄片將變得十分必要，以作EMC屏蔽層之用。

四、檢測

由于用戶要求更多的層數(shù)，因而確保在粘合前對內(nèi)層的刻蝕層進(jìn)行缺陷識別和隔離是十分緊要的。為實(shí)現(xiàn)背板阻抗有效和可重復(fù)地控制，蝕刻線寬度、厚度和公差成為關(guān)鍵指標(biāo)。這時(shí)，可采用AOI方法來保證蝕刻銅圖案與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的匹配。使用阻抗模型，通過在AOI上對線寬公差進(jìn)行設(shè)定，從而確定并控制阻抗對線寬變化的靈敏度。

大尺寸多鉆孔的背板以及在背板上放置有源回路的趨勢，共同推進(jìn)了在進(jìn)行元件裝填以求高效生產(chǎn)之前對裸板進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)的必要。

背板上鉆孔數(shù)目的增大意味著裸板測試夾具將變得十分復(fù)雜，盡管采用專用夾具可大大縮短單位測試時(shí)間。為縮短生產(chǎn)流程和原型制造時(shí)間，采用雙面飛針探測夾具，用原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編程，可確保與用戶設(shè)計(jì)要求的一致性，并降低成本，縮短上市時(shí)間。

五、組裝

傳統(tǒng)上，出于可靠性考慮，傾向于在背板上使用無源元件。但是，為保持有源板的固定成本，BGA等有源器件越來越多地設(shè)計(jì)到背板上。元件安裝設(shè)備必須不僅能夠安放較小規(guī)格的電容器和電阻器（0402尺寸），而且還必須能夠?qū)︻~外的硅封裝元件進(jìn)行操作。此外，背板的大規(guī)格化要求安裝設(shè)備的臺床要大，且對重背板也能以精細(xì)的位置公差進(jìn)行移位。

由于背板較常規(guī)的PCB板要厚和重，相應(yīng)地其熱容也較大。鑒于背板冷卻速度較慢，因此回流焊爐的長度要加長。還需要在出口處對其進(jìn)行強(qiáng)制空氣冷卻，以使背板溫度降低到可安全操作的程度。

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