高频阶梯槽的制作研究

2014-05-31董浩彬

印制电路信息 2014年4期

吴辉董浩彬刘攀

（广州兴森快捷电路科技有限公司，广东广州 510663）

1 前言

随着电子产品技术的发展和多功能化需求，为提高产品性能、产品组装密度、减少产品体积和重量，PCB的设计也日新月异。同时为了加大散热面积和加强表面元件器的安全性，满足通讯产品高速、高信息量的需求，需设计凹陷阶梯区固定元器件，阶梯槽设计应运而生。

同时随着电子、通讯产业的飞速发展，高频、RF设计越来越广泛，PCB上越来越多的运用到高频材料来满足信号传输的要求。为了满足客户对信号完整性以及信号接收与屏蔽匹配性等要求，在PCB设计上经常涉及高频盲槽，来满足信号传输速度和灵敏度。目前业界对于阶梯槽的制作，通常采用Low-flow半固化片压合+控深铣开盖工艺或内层开槽填充硅胶等缓冲材料工艺生产。然而采用常规工艺制作高频盲槽却存在许多问题，如偏位、流胶、板损等。本文就采用常规工艺制作高频阶梯槽过程中出现的问题为切入点，主要介绍激光工艺制作阶梯槽，对高频阶梯槽的设计可实现性进行研究。

2 常规制作阶梯槽工艺

目前阶梯槽制作工艺，常规采用Low-flow PP低流动半固化片压合+控深铣开盖工艺或内层填充硅胶等缓冲材料的工艺生产。以下仅列出阶梯槽工艺相关流程：

图1 阶梯槽制作常规流程

根据以上工艺流程特点，可以看出，此种阶梯板制作工艺重点管控制成较多，操作流程复杂。采用上述工艺制作高频阶梯槽，存在以下问题点。

2.1 偏位

阶梯槽制作，芯板先开槽后压合，制作过程中存在偏位风险。对其影响流程有内层芯板预防，芯板开槽、半固化片开槽、层压压合等。如图2所示，当层压后，阶梯槽出现偏位，阶梯槽大小变形，客户无法固定元器件，影响装载性能。

图2 阶梯槽偏位示意图

2.2 流胶

常规制作，半固化片开窗比槽大0.5 mm。高频阶梯槽制作中半固化片开窗大0.5 mm，流胶严重，如图3所示，槽底溢满流胶。高频阶梯槽半固化片开窗比槽大1.0 mm，如图4所示，流胶量减少，但可以看出，开窗区域明显发生凹陷，槽边的芯板与芯板间已无介质层，相互接触导通，影响品质。由此，可知，相应继续开大窗，胶也会被挤出流入槽内，

图3 阶梯槽半固化片开大0.5mm层压切片图

图4 阶梯槽半固化片开大1.0mm层压切片图

并且可能出现缺胶、变形等品质缺陷。

2.3 板材破损

随着PCB板小型化发展，板材厚度、阶梯槽深度也趋向小型化，板材也越变越薄，槽也越变越浅。采用常规工艺制作阶梯槽，层压后开窗区板面易产生凹陷（图5、图6），影响后续流程控制，甚至开窗区破裂。常规采用PE+离型膜方式复型，但效果不明显。

图5 阶梯槽层压示意图

图6 阶梯槽凹陷示意图

本文针对常规制作工艺问题点，对高频阶梯槽的设计进行优化，采用激光工艺制作阶梯槽，实现对高频阶梯槽的设计。

3 激光制作高频阶梯槽工艺

3.1 难点分析

常规工艺制作高频阶梯槽主要出现偏位、流胶、板损问题。

3.1.1 板损

主要由于层压开窗，存在高度差，导致板材受损，常规使用复型材料复型，但开窗面积大，加上芯板越来越来薄，效果不是很明显。所以针对板损问题是否可以不开窗制作高频阶梯槽。通过调研，目前采用CO2激光制作HDI盲孔，对此可以采用CO2激光钻孔方式制作盲槽。但采用HDI参数制作盲孔很容易伤害槽底铜。对此，设计槽位置蚀刻成光板（如图7），采用除胶低能量钻槽，保证不伤害槽底铜面。

图7 芯板槽区域蚀刻图形

3.1.2 流胶

常规使用半固化片都是Low-flow，且开窗比槽大0.5 mm，致使流胶问题得意解决。但使用高频材料制作阶梯槽时，半固化片含有一定胶，通过开窗无法解决流胶问题。对此只能后续采用激光除胶解决流胶问题。

3.1.3 偏位

由于经过前工序流程，常规制作工艺很容易层压后偏位，造成元器件固定不良。而采用激光制作，可以解决槽壁由于偏位造成的凹凸不平。

综上，高频阶梯槽制作，芯板不开窗直接压合，槽位置铜蚀刻成光板，采用激光钻孔制作。然而采用钻孔方式制作槽，对于槽内孔的排列方式、激光能量设定尤为重要。排列方式关系到孔的密集程度，孔越密，对应的位置能量越大，当能量超过半固化片承受能力时，很容易烧焦槽壁，致使后续品质问题。而激光能量直接影响到槽的深度，同时当激光能量过大，很可能击穿槽底铜面。所以槽内激光孔排列方式、激光能量是激光制作的两个难点，以下对两种因素进行探讨。

3.1.4 槽内激光孔排列方式验证

采用高频材料Ro4350B验证槽内排孔情况，制作4 mm×2 mm盲槽，常规激光孔0.1 mm，槽设置0.1 mm激光孔排列铺满（图8），两孔孔心最大0.0675 mm铺满无缝隙。在铺满情况下，设计不同孔密集度。