用于工業控制的三階HDI板制作及流程管控

龔海波 尋瑞平 白亞旭 鐘君武 張雪松

（江門崇達電路技術有限公司，廣東 江門 529000）

0 前言

工業控制指的是工業自動化控制，主要利用電子電氣、機械、軟件等組合實現，使用計算機技術、微電子技術、電氣手段，使工廠的生產和制造過程更加地自動化、效率化、精確化，并具有可控性及可視性[1]。

長遠來看，我國人力成本將繼續提高，現代工業朝著生產裝備智能化、生產過程自動化發展，實現生產制造乃至產品整個生命生產周期中多領域之間的協調合作的工業控制智能化，幫助生產型企業實現向“智能制造”的轉型是唯一出路。“十二五”以來，我國的工業控制得到國家政策的大力支持，各部委關于發展智能工業控制的政策密集發布，支持力度空前，工業控制設備成為時下的研究熱點之一。

在發展工業控制的大背景下，用于工業控制的印制電路板必將具有廣闊的發展空間以及持續的增長拉力。工業控制類印制電路板與傳統的計算機、通信終端、消費電子類電路板不同，其面向的主要是以企事業單位為主的終端客戶，此類行業中的單個生產企業對PCB的需求種類繁多，每種類型PCB的需求量相對較低，一般為小批量訂單，這部分訂單科技含量高、利潤高，但其對可靠性要求更高，制作難度較大，需要對產品制作全流程進行嚴格管控，并按照IPC標準進行各項可靠性測試[2]。本研究選取一款用于工業控制的三階HDI板，就其全流程制作以及管控做了詳細闡釋，希望能給業界同行提供一定的參考。

1 實驗部分

本研究選取一款用于工業控制的10層三階HDI板制作案例，其壓合結構（如圖1）。

圖1 三階HDI印制板壓合結構圖

1.1 制作工藝流程

本研究所選的工控印制板案例為10層3階HDI板，L4-7層設計樹脂埋孔、整板L1-10設計有樹脂塞孔，L1-4以及L7-10層間設計有3階激光盲孔，據此可確定如下制作工藝流程（如表1）。

1.2 過程管控內容

通過壓合結構及制作流程分析可知，該印制板產品的過程管控需要重點跟進的項目包括：L4-7層埋孔樹脂塞孔的孔銅厚度、樹脂塞孔飽滿度；激光鉆孔的孔型及盲孔底部是否有殘膠；激光盲孔的電鍍填滿度及三階盲孔的對準度，以及成品可靠性等。

2 結果與討論

2.1 第一次壓合過程管控評價結果

表2所示為第一次壓合，也就是L4-7層的過程管控評價情況，可以看到L4-5之間的層間介厚為158.5 μm，L6-7之間的層間介厚為155.1 μm，滿足介厚（150±155 μm）的要求；樹脂塞孔孔壁最小銅厚38.0 μm，滿足孔壁銅厚≥25 μm的標準；樹脂塞孔飽滿，孔口平整無殘膠，孔內無空洞分層，孔口最大凹陷0.4 μm，滿足凹陷≤15 μm的要求，可見第一次壓合過程可靠性符合要求（見圖2）。

表1 三階HDI工控印制板制作工藝流程

2.2 第二次壓合過程管控評價結果

表3所示為第二次壓合，也就是L3-8層的過程管控評價情況，可以看到L3-4之間的層間介厚為76.4 μm，L7-8之間的層間介厚為80.9 μm，滿足介厚（80±8 μm）的要求；激光盲孔上下孔徑分別為119.0 μm和117.6 μm，滿足孔型要求下孔徑/上孔徑≥0.5，孔口懸銅9.2 μm，孔底無殘膠、無蟹腳；盲孔電鍍填孔飽滿、無空洞，填孔率102.2/108.9=93.85%，滿足≥80%的要求。以上可知，第二次壓合過程的可靠性管控符合要求（見圖3）。

2.3 第三次壓合過程管控評價結果

表4所示為第三次壓合，也就是L2-9層的過程管控評價情況，可以看到L2-3之間的層間介厚為71.9 μm，L8-9之間的層間介厚為79.8 μm，滿足介厚（80±8 μm）的要求；激光盲孔上下孔徑分別為107.7 μm和90.9 μm，滿足孔型要求下孔徑/上孔徑≥0.5，無孔口懸銅、孔底蟹腳殘膠等；盲孔電鍍填孔飽滿、無空洞，填孔率78 μm/81 μm=96.29%，滿足≥80%的要求。以上可知，第三次壓合過程的可靠性管控符合要求（見圖4）。

圖2 第一次壓合過程管控評價結果

圖3 第二次壓合過程管控評價結果

圖4 第三次壓合過程管控評價結果

2.4 第四次壓合過程管控評價結果

表5所示為第四次壓合，也就是L1-10層的過程管控評價情況，可以看到L1-2之間的層間介厚為61 μm，L9-10之間的層間介厚為62 μm，滿足介厚60±10%的要求。通過在板邊設計X-ray檢查對位同心圓對壓合對位精度進行管控，顯示各層同心圓間隔均勻穩定，無相切，說明壓合對準精準度控制合格。利用激光盲孔上下孔徑，分別為114 μm和96 μm，滿足孔型要求下孔徑/上孔徑≥0.5，孔口無懸銅，孔底無蟹腳、無樹脂殘留。盲孔電鍍填孔飽滿、無空洞，填孔率為58/64=90.63%，滿足≥80%的要求。線面阻焊厚度35.7 μm，線角阻焊厚度29.5 μm，滿足線面阻焊厚度＞20 μm，線角阻焊厚度＞8 μm的要求；288 ℃下10 s、3次漂錫測試，成品板無分層、爆板、白斑、變色等不良現象。40 s內溫度從-25 ℃升高到125 ℃、100次冷熱循環：盲孔無分層、開裂、脫墊等現象；經過290 ℃、3次回流焊，將盲孔拉斷，顯示盲孔底銅被拉斷，盲孔拉力測試合格；255 ℃下3 s浸錫測試，切片上所有焊盤均顯示潤濕均勻良好，可焊性測試合格。由此可知，第四次壓合過程的可靠性管控符合要求，成品板可靠性合格（見圖5）。

圖5 第四次壓合過程管控評價結果

3 結論

在國家大力支持發展工業控制的大背景下，工業控制電路板產品的需求量有望持續增加，必然催生更多的企業參與到該類高端產品的研制與生產中。本文以一款用于工業控制的三階HDI板為例，對其全流程制作和品質管控做了初步闡釋，僅供參考。