三.关键技术开发

   背板产品的开发,关键在于产品的定位,业界前三代背板产品制造已成熟,实现批量生产,而第四代目前深南背板产品的开发工作主要定位在第五代应用型背板及国际市场接受度较高的产品,如埋盲孔结构背板、表贴连接背板、高可靠性高多层背板。

  项目开发涉及供应链开发、技术攻关、市场推广等各方面,本文主要介绍关键技术攻关。技术攻关过程可简单表述为概念的形成、流程设计与技术验证三个相互影响的过程。对于工程技术人员来讲,核心在于技术概念即创新的理念与准确的技术定位。

  3.1 技术概念

  背板制造行业的制造流程长、顾客关注点多。欧美背板制造行业起步较早,目前纷纷将制造工厂往亚洲转移,行业竞争日益激烈,这就要求公司背板产品必须形成自主的核心竞争力,吸引顾客。现代高多层背板产品的特点表现为大尺寸厚度、高厚径比、高可靠性要求、高工作频率等,将这些特点进行工艺技术分解成20 多个主要工艺技术点,从中提出深南要形成的2 个技术核心:高通孔可靠性,高信号完整性。

  高多层背板产品的板厚大、厚径比高、高可靠性要求,增加了层压、钻孔、电镀的工艺难度和对设备、生产管理上的高要求。对此进行的技术攻关,形成了深南自主开发的高多层背板制造技术。

  3.1.1 高通孔可靠性

  (1)厚背板钻孔技术
   高多层背板由于板厚较厚(通常>5.0mm,最厚12.7mm),孔数多为钻孔带来一系列的困难与问题如:排屑不良、毛刺、孔位精度不佳、孔壁状况差等。我司根据背板厚度的不同,分别研发出了5.0mm~12.7mm 不同厚度的钻孔技术,以预钻、分步钻、正反钻等多种方式的组合,特殊毛刺处理技术的应用,保证孔位精度<0.075mm,孔壁凹凸度要求符合国际行业标准(IPC 标准)<0.03mm。

  (2)负压式紊流电镀理论
   高多层背板的板厚(3.5mm-12.0mm),孔小(一般为0.7mm),厚径比一般在8:1 以上,最高甚至达16:1,深孔、小孔的电镀一直是PCB 制造的核心技术之一。我司独立研发的负压式紊流电镀技术建立在流体力学基础上,并通过自行设计的电镀设备实现对该技术的验证。负压式紊流电镀技术可有效提高高厚径比孔的深镀能力,如制备厚度8.4mm,钻孔孔径为0.7mm 的42 层通讯背板,深镀能力可达80%。

  3.1.2 高信号完整性

   (1)高频材料应用
   随着信号传输的高频化和高速数字化的发展,高频高速材料以其优异的介电性能、吸水率低,介质均匀特性逐渐替代传统FR4 材料用于高频通讯背板制造,如:PTFE、陶瓷填充类板材、PI、BT 等。其高多层背板加工工艺因其材料特殊性而增加了许多困难,如PTFE材质软、钻孔性能差;化学惰性高难进行活化,化学镀铜孔铜结合力低,需引进等离子去钻污活化设备等;目前的产品有陶瓷填充类材料18 层高频背板,板厚5.0mm;PTFE 类18 层高频背板;混压类PTFE(陶瓷填充类)+FR4 背板等。

  (2)背钻技术
  数字运算的速度越来越快,信号频率越来越高,对影响信号完整性因素进行研究变得尤其重要。研究表明:影响信号系统信号完整性的主要因素除设计、板材料、传输线、连接器、芯片封装等因素外,导通孔对信号完整性有较大影响。

  在线路板设计中常常有信号线自第1 层接受信号,然后通过导通孔传到第3 层的情况,如果背板为20 层,该孔自第3 层到第20 层的金属化孔就是没有任何用处,相反,由于无用部分的容抗和感抗影响较高,在信号传输过程中会影响信号的完整性。在信号系统中,背板由于信号频率高,通孔长度较长,因此金属化孔无用部分较长,对信号的完整性影响更大,同时对最大可走线长度有重大影响。

  如图所示采用背钻技术将这部分负面影响因素去除,可以得到良好的信号完整性,能够低成本地满足高频、高速性能。

  深南在国内率先开发出背钻技术,并迅速实现批量生产。

  (3)设计流程
  在开发背板产品或高多层背板技术攻关阶段,做好流程设计能降低产品开发风险,提升项目进度,降低研发成本。引入项目管理理念,从产生技术概念起对项目科学的引导与控制,在试验论证阶段事事以“数据说话”,对重要产品启动APQP 流程,监控工艺生产,并对重要参数进行记录,使整套工艺具备可追溯性。其主要流程如下:

  (4)验证技术
   业界亦有通过自行设计或客户设计测试板来考查公司的工艺能力。目前背板测试板较少,仅有欧美的专业认证公司或个别通讯设备厂家设计背板测试板,如IPC PCQRR(与Microtek 试验室合作)制程能力测试,检测方法之一是HATS 快速冷热循环测试系统。更为常见的做法是以某款背板产品板作为测试评估的媒介。我司主要通过PDPC 设计产品工艺流程,在试研阶段通过建立标准测试板,进行产品可行性验证。工艺验证完成后,转入样品及小批量生产流程。同时以可靠性做为重点验证手段,主要方式有:冷热循环加速老化测试、IST 测试、HATS 快速冷热循环测试、漂锡(热油)热冲击测试、ANTI-CAF 测试等,分析手段以金相微切片为主。