光模塊PCB工藝研究

曾祥福 鄭曉蓉 周 剛 柳 超

（廣東科翔電子科技有限公司，廣東 惠州 516081）

1 產品信息

光模塊（optical module）由光電子器件、功能電路和光接口等組成，光模塊的作用是光電轉換，發送端把電信號轉換成光信號，通過光纖傳送，接收端再把光信號轉換成電信號。本項目研究光模塊PCB，其特點是印制插頭為長短插頭設計，工藝生產采用鍍水金方法確保金手指位置無引線。該款光模塊PCB四層板（圖1），單塊（圖2）尺寸為37.33×12.5 mm、板厚1.0±0.1 mm，交貨成品（圖3）尺寸為85.52×88.29 mm（拼10 pcs），在制板尺寸為620×468 mm（拼300 pcs）。印制插頭（以下金手指）處為長短指設計（如圖1～圖3）。

2 產品工藝流程

開料（材料：IT-158中Tg、0.6 mm 1/1 oz）→內層濕膜→內層酸蝕→內層AOI→棕化→外層疊板→外層壓合→外層X-ray+銑邊→磨邊→鉆通孔→外層黑孔→外層板電→外層干膜1→電鍍水金（銅、鎳、金）→外層干膜2→電鍍金手指→外層堿蝕→外層AOI→阻抗測試1→阻焊塞孔→阻焊→阻焊后烤→阻抗測試2→電銑1→斜邊→電銑2→飛針測試→壓烤→終檢→FQA→包裝

3 關鍵技術研究

3.1 特殊流程控制

光模塊PCB客戶要求印制插頭鍍鎳金，其余PAD作化鎳金處理，但是印制插頭部分是長短金手指設計，若放在蝕刻以后電鍍金手指，需要拉引線，客戶對于金手指引線殘留要求＜0.1 mm，若拉引線鍍金手指則引線殘留無法控制在客戶要求范圍以內。

圖1 光模塊PCB層壓疊構圖

圖2 光模塊PCB單塊設計圖

圖3 光模塊PCB出貨set設計圖

通過查閱相關資料并參考同行業之工藝流程，確定了在蝕刻前完成表面鍍金（俗稱鍍水金工藝）和選擇性加鍍金手指。特殊管控點（見表1），完成的PCB印制插頭（如圖4）。

小結：由于第一次干膜需經過電鍍銅/鎳/金、干膜顯影2和電鍍金等工序多種藥水攻擊，且在不同的環境條件下搬運、停留；為了防止電鍍金時產生滲鍍，一方面需要選擇而化性較好的干膜，另一方面需對生產過程和時間進行管控，樣品從干膜1到蝕刻的時間控制在72小時以內完成，鍍金沒有出現滲鍍問題，批量生產時控制時間和產品存放環境有待進一步驗證。

3.2 板厚控制

由于光模塊PCB裝配條件限制，對成品板厚要求控制在1.0 mm±0.1 mm，通過對壓合疊構設計、電鍍銅/鎳/金厚度和阻焊厚度的控制，使最終成品板厚達到要求范圍以內，控制重點如下：

（1）選擇芯板為0.6 mm（不含銅厚）35 μm/35 μm（1/1 oz），L1-L2、L3-L4層用1張Pp1080 RC 63%+1張106 RC 76%，銅箔用12 μm/12 μm（1/3 oz），壓合疊構見圖3，壓合后板厚控制在0.91 mm±0.09 mm；

表1 光模塊PCB特殊流程管控表

圖4 完成的PCB印制插頭

（2）電鍍銅/鎳/金厚度控制在要求范圍以內，不低于下限，也不高于上限；

（3）阻焊厚度控制在10～30 μm以內。

3.3 阻抗控制

光模塊PCB產品特性阻抗和差分阻抗的線寬分別補償25.4 μm（見圖5、圖6），生產按照±10%標準控制，使阻抗控制在要求范圍以內（表2）。

圖5 差分阻抗設計

圖6 特性阻抗設計

3.4 尺寸控制

光模塊PCB尺寸精度要求±0.1 mm，而常規PCB的尺寸要求一般在±0.13 mm、±0.15 mm；為了達到此嚴格要求，挑選精度較高的CNC設備，設計兩套CNC資料分兩次銑板，先3片一疊整板銑set外圍，完成后以5片一疊set定位銑內槽，使光模塊PCB的尺寸滿足要求（尺寸數據見表3）。

3 . 印制插頭外觀控制

由于印制插頭電鍍金在阻焊以前完成，為了減少過程中對金手指造成刮傷，鍍金完成后禁止兩片板疊在一起，選用插隔空插板車和清洗后的膠片搬運，以控制金手指刮傷，控制重點如下：

（1）干膜到電鍍、蝕刻采用插板車搬運，防止產品摩擦刮傷；

表2 光模塊PCB阻抗測量數據表

表3 光模塊PCB尺寸控制表 (單位：mm)

（2）阻焊控制一次良率，禁止退洗重工；

（3）蝕刻后到成型前每片板中間采用清洗后的膠片隔開搬運；

（4）AOI機臺、阻焊印刷機臺、曝光機臺、檢驗臺在生產前先清洗干凈；

（5）電銑時表面用墊板蓋住，以防成型機主軸毛刷傷到金手指；

（6）成品清洗機速度適當放慢，使拉板人員規范接板動作，避免刮到金手指。

小結：通過以上方式控制，雖然可以減少對金手指的刮傷，但金手指的無感刮傷還是比較明顯，再次生產此類產品時需要進一步檢討控制方式。

4 產品可靠性測試

4.1 焊錫性測試

測試方法為浸錫；測試條件和結果見表4。

4.2 冷熱沖擊測試

（1）測試設備：冷熱沖擊測試機；

（2）測試標準：IPC-TM-650標準2.6.7；

（3）測試條件：－40 ℃/15 min，125 ℃/15 min ，100個Cycles；

（4）測試結果：無爆板、無起泡、無變色、無掉油，判定合格。

4.3 耐熱沖擊測試

測試條件和結果見表5。

5 總結

光模塊PCB按照電鍍水金流程，選擇專用耐化性干膜，通過資料設計優化，跟進樣板完成全流程生產，成品檢測及檢驗合格；焊錫性、冷熱沖擊及耐熱沖擊測試合格。關鍵控制點要求如下：

（1）特殊工藝控制：光模塊PCB由于第一次干膜需經過多道工序多種藥水攻擊，且在不同的環境條件下搬運、停留；為了防止電鍍金時產生滲鍍，一方面需要選擇而化性較好的干膜，另一方面需對生產過程和時間進行管控。

（2）光模塊PCB尺寸控制：光模塊PCB尺寸精度要求±0.1 mm，為了達到此嚴格要求，挑選精度較高的CNC設備，設計兩套CNC資料分兩次銑板。

（3）印制插頭金手指外觀控制：由于電鍍印制插頭金手指在阻焊以前完成，為了減少過程中對金手指造成刮傷，鍍金完成后禁止兩片板直接疊在一起，選用合適搬運車以控制金手指刮傷

表4 光模塊PCB焊錫性測試條件

表5 光模塊PCB耐熱沖擊測試

（4）光模塊PCB本次客戶未明確要求金手指需要全包鎳/金，所以按照水金流程制作基本滿足客戶要求，金手指位底銅被蝕刻后露出銅有氧化隱患；若后續新客戶對金手指要求全包鎳/金時，則需要采用內拉引線，在阻焊以后貼藍膠鍍金手指工藝生產。