pcb设计10层板难点是什么?

2025-03-15 12:01:10
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回答1:

10层或多层PCB板设计主要制作难点是对比常规线路板产品特点,高层线路板具有板件更厚、层数更多、线路和过孔更密集、单元尺寸更大、介质层更薄等特性,内层空间、层间对准度、阻抗控制以及可靠性要求更为严格。

一、 层间对准度难点

由于高层板层数多,客户对PCB各层的对准度要求越来越严格,通常层间对位公差控制±75μm,考虑高层板单元尺寸设计较大、图形转移车间环境温湿度,以及不同芯板层涨缩不一致性带来的错位叠加、层间定位方式等因素,使得高层板的层间对准度控制难度更大。

二、内层线路制作难点

高层板采用高TG、高速、高频、厚铜、薄介质层等特殊材料,对内层线路制作及图形尺寸控制提出高要求,如阻抗信号传输的完整性,增加了内层线路制作难度。线宽线距小,开短路增多,微短增多,合格率低;细密线路信号层较多,内层AOI漏检的几率加大;内层芯板厚度较薄,容易褶皱导致曝光不良,蚀刻过机时容易卷板;高层板大多数为系统板,单元尺寸较大,在成品报废的代价相对高。

三、压合制作难点

多张内层芯板和半固化片叠加,压合生产时容易产生滑板、分层、树脂空洞和气泡残留等缺陷。在设计叠层结构时,需充分考虑材料的耐热性、耐电压、填胶量以及介质厚度,并设定合理的高层板压合程式。层数多,涨缩量控制及尺寸系数补偿量无法保持一致性;层间绝缘层薄,容易导致层间可靠性测试失效问题。

四、钻孔制作难点

采用高TG、高速、高频、厚铜类特殊板材,增加了钻孔粗糙度、钻孔毛刺和去钻污的难度。层数多,累计总铜厚和板厚,钻孔易断刀;密集BGA多,窄孔壁间距导致的CAF失效问题;因板厚容易导致斜钻问题。


一些解决方案:

1. 材料选择要好

随着电子元器件高性能化、多功能化的方向发展,同时带来高频、高速发展的信号传输,因此要求电子电路材料的介电常数和介电损耗比较低,以及低CTE、低吸水率和更好的高性能覆铜板材料,以满足高层板的加工和可靠性要求。常用的板材供应商主要有A系列、B系列、C系列、D系列。对于高层厚铜线路板选用高树脂含量的半固化片,层间半固化片的流胶量足以将内层图形填充满,绝缘介质层太厚易出现成品板超厚,反之绝缘介质层偏薄,则易造成介质分层、高压测试失效等品质问题,因此对绝缘介质材料的选择极为重要。


2.采用压合叠层结构设计

在叠层结构设计中考虑的主要因素是材料的耐热性、耐电压、填胶量以及介质层厚度等,应遵循以下主要原则。

(1) 半固化片与芯板厂商必须保持一致。为保证PCB可靠性,所有层半固化片避免使用单张1080或106半固化片(客户有特殊要求除外),客户无介质厚度要求时,各层间介质厚度必须按IPC-A-600G保证≥0.09mm。

(2) 当客户要求高TG板材时,芯板和半固化片都要用相应的高TG材料。

(3) 内层基板3OZ或以上,选用高树脂含量的半固化片,如1080R/C65%、1080HR/C 68%、106R/C 73%、106HR/C76% ;但尽量避免全部使用106 高胶半固化片的结构设计,以防止多张106半固化片叠合,因玻纤纱太细,玻纤纱在大基材区塌陷而影响尺寸稳定性和爆板分层。

(4) 若客户无特别要求,层间介质层厚度公差一般按+/-10%控制,对于阻抗板,介质厚度公差按IPC-4101 C/M级公差控制,若阻抗影响因素与基材厚度有关,则板材公差也必须按IPC-4101 C/M级公差。

3. 层间对准度控制

内层芯板尺寸补偿的精确度和生产尺寸控制,需要通过一定的时间在生产中所收集的数据与历史数据经验,对高层板的各层图形尺寸进行精确补偿,确保各层芯板涨缩一致性。选择高精度、高可靠的压合前层间定位方式,如四槽定位(Pin LAM)、热熔与铆钉结合。设定合适的压合工艺程序和对压机日常维护是确保压合品质的关键,控制压合流胶和冷却效果,减少层间错位问题。层间对准度控制需要从内层补偿值、压合定位方式、压合工艺参数、材料特性等因素综合考量。

5. 内层线路工艺

由于传统曝光机的解析能力在50μm左右,对于高层板生产制作,可以引进激光直接成像机(LDI),提高图形解析能力,解析能力达到20μm左右。传统曝光机对位精度在±25μm,层间对位精度大于50μm。采用高精度对位曝光机,图形对位精度可以提高到15μm左右,层间对位精度控制30μm以内,减少了传统设备的对位偏差,提高了高层板的层间对位精度。

为了提高线路蚀刻能力,需要在工程设计上对线路的宽度和焊盘(或焊环)给予适当的补偿外,还需对特殊图形,如回型线路、独立线路等补偿量做更详细的设计考虑。确认内层线宽、线距、隔离环大小、独立线、孔到线距离设计补偿是否合理,否则更改工程设计。有阻抗、感抗设计要求注意独立线、阻抗线设计补偿是否足够,蚀刻时控制好参数,首件确认合格后方可批量生产。为减少蚀刻侧蚀,需对蚀刻液的各组药水成分控制在最佳范围内。传统的蚀刻线设备蚀刻能力不足,可以对设备进行技术改造或导入高精密蚀刻线设备,提高蚀刻均匀性,减少蚀刻毛边、蚀刻不净等问题。

6.压合工艺

目前压合前层间定位方式主要包括:四槽定位(Pin LAM)、热熔、铆钉、热熔与铆钉结合,不同产品结构采用不同的定位方式。对于高层板采用四槽定位方式(Pin LAM),或使用熔合+铆合方式制作,OPE冲孔机冲出定位孔,冲孔精度控制在±25μm。熔合时调机制作首板需采用X-RAY检查层偏,层偏合格方可制作批量,批量生产时需检查每块板是否熔入单元,以防止后续分层,压合设备采用高性能配套压机,满足高层板的层间对位精度和可靠性。

根据高层板叠层结构及使用的材料,研究合适的压合程序,设定最佳的升温速率和曲线,在常规的多层线路板压合程序上,适当降低压合板料升温速率,延长高温固化时间,使树脂充分流动、固化,同时避免压合过程中滑板、层间错位等问题。材料TG值不一样的板,不能同炉排板;普通参数的板不可与特殊参数的板混压;保证涨缩系数给定合理性,不同板材及半固化片的性能不一,需采用相应的板材半固化片参数压合,从未使用过的特殊材料需要验证工艺参数。

7.钻孔工艺

由于各层叠加导致板件和铜层超厚,对钻头磨损严重,容易折断钻刀,对于孔数、落速和转速适当的下调。精确测量板的涨缩,提供精确的系数;层数≥14层、孔径≤0.2mm或孔到线距离≤0.175mm,采用孔位精度≤0.025mm 的钻机生产;直径φ4.0mm以上孔径采用分步钻孔,厚径比12:1采用分步钻,正反钻孔方法生产;控制钻孔披锋及孔粗,高层板尽量采用全新钻刀或磨1钻刀钻孔,孔粗控制25um以内。为改善高层厚铜板的钻孔毛刺问题,经批量验证,使用高密度垫板,叠板数量为一块,钻头磨次控制在3次以内,可有效改善钻孔毛刺,如图2、图3所示。

对于高频、高速、海量数据传输用的高层板,背钻技术是改善信号完整有效的方法。背钻主要控制残留stub长度,两次钻孔的孔位一致性以及孔内铜丝等。不是所有的钻孔机设备具有背钻功能,必须对钻孔机设备进行技术升级(具备背钻功能),或购买具有背钻功能的钻孔机。从行业相关文献和成熟量产应用的背钻技术主要包括:传统控深背钻方法、内层为信号反馈层背钻、按板厚比例计算深度背钻,在此不重复叙述。

回答2:

PCB设计10层板的主要难点集中在以下几个方面:

  • 层间对准度难点:由于10层PCB板层数较多,客户对其各层的对准度要求非常高,通常层间对位公差控制在±75μm范围内。考虑到10层板单元尺寸较大、图形转移车间环境的温湿度条件,以及不同芯板层涨缩不一致性带来的错位叠加、层间定位方式等因素,使得10层板的层间对准度控制难度增大.

  • 内层线路制作难点:10层板使用高TG、高速、高频、厚铜、薄介质层等特殊材料,这提高了对内层线路制作及图形尺寸控制的要求。例如,线宽线距较小,增加了开短路的情况,合格率较低;细密线路信号层较多,内层AOI漏检几率增加;内层芯板较薄,容易褶皱导致曝光不良,在蚀刻过程中容易卷板.

  • 压合制作难点:多张内层芯板和半固化片叠加,在压合过程中容易产生滑板、分层、树脂空洞和气泡残留等缺陷。设计叠层结构时,需充分考虑材料的耐热性、耐电压、填胶量以及介质厚度,并设定合理的压合程序.

  • 钻孔制作难点:使用高TG、高速、高频、厚铜类特殊板材,增加了钻孔粗糙度、钻孔毛刺和去除钻污的难度。此外,由于层数较多,累计的总铜厚和板厚使得钻孔过程中容易断刀;密集的BGA布局、窄孔壁间距导致CAF(Conductive Anodic Filament,阳极丝状导电物)失效问题;板厚可能导致斜钻问题.

  • 这些难点是设计和制造10层PCB板时需要特别关注的部分,解决这些问题有助于提升最终产品的质量和可靠性。

回答3:

在设计10层PCB板时,需考虑材料选择、信号完整性、电磁干扰控制及制造工艺限制。

以下是PCB设计10层板的难点: 

 1、材料选择与性能优化:高频板需使用RO4350B、RO4003C、F4B等高级材料;高速板可选用FR4、PI等材料。 

2、信号完整性:设计师须仔细考虑线路长度、阻抗,以确保信号完整,减少损失。 

3、电磁干扰(EMI)控制:多层PCB板需优化布局和布线,以最小化电磁干扰。 

4、制造工艺限制:PCB制造涉及温度、化学物质耐受性及制造过程中的质量问题。 

5、设计软件与工具:设计者应熟悉设计软件功能并有效利用其进行布局、布线及设计验证。 

通过理解材料特性、掌握设计原则及工具,设计师可创造高性能的多层PCB板。

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