淺析多層印制電路板內(nèi)層短路工藝因素

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1、淺析多層印制電路板內(nèi)層短路工藝因素李學(xué)明隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，表面封裝元器件趨向小型化、輕量化和多功能化像小外形集成電路（SOIC），它的引線分布在器件的兩側(cè)，引線中心距1.27毫米、方形扁平塑封的集成電路（QFP），引線分布在器件的四邊，引線中心距1-0.8-0.65毫米、塑封有引線芯片載體（PLCC），引線呈“J”型，引線中心距為1.27毫米、無引線陶瓷芯片載體（LCCC），它以分布在器件四邊的金屬化焊盤代替引線和金屬化焊盤球柵陣列分布于芯片的底部（BGA）等。所以，表面器件的微型化的要求，促使印制電路板的

2、設(shè)計(jì)上和印制電路板制造技術(shù)更趨向高密度、高可靠和多層次方向發(fā)展。研制和開發(fā)多層印制電路板制造技術(shù)，使印制電路板制造手段更加高、精和尖方能適應(yīng)電子技術(shù)發(fā)展的需要。就多層印制電路板研制和生產(chǎn)過程而言，經(jīng)常發(fā)生某些產(chǎn)品質(zhì)量問題，特別是多層印制電路板的內(nèi)層，隨著電子裝聯(lián)向更高密度發(fā)展，布線密度越來越高，很多內(nèi)外層導(dǎo)線寬度和間距只有0.10-0.075毫米、小孔和微孔其中有埋孔、盲孔等。如球柵陣列——種組裝結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)組裝結(jié)構(gòu)形式要求，在印制電路板的設(shè)計(jì)上和制造上必須滿足它的外層布線密度為0.10-0.125毫米和內(nèi)層為0

3、.10-0.075毫米、孔徑為0.25-0.35毫米等設(shè)計(jì)要求而且是六層板。這就要求層間對(duì)位要非常準(zhǔn)確。但往往由于工藝上的差錯(cuò)，多層印制電路板的內(nèi)層短路現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。而其內(nèi)層短路是多層印制電路板最大的質(zhì)量問題，這是因?yàn)槎鄬佑≈齐娐钒迦魞?nèi)層存在短路缺陷，即成為難以修復(fù)的產(chǎn)品。如果在電裝后發(fā)現(xiàn)此類缺陷，會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。所以，要解決好多層印制電路板內(nèi)層短路問題，首先要弄清楚產(chǎn)生內(nèi)層短路的主要工藝因素，才能有的放矢采取相應(yīng)的工藝對(duì)策。一、原材料對(duì)內(nèi)層短路影響：多層印制電路板材料尺寸的穩(wěn)定性是影響內(nèi)層定位精度的主要因素

4、?；呐c銅箔的熱膨脹系數(shù)對(duì)多層印制電路板的內(nèi)層影響也必須有所考慮。從所采用的基材的物理特性分析，層壓板都含有聚合物，它在一定的溫度下主要結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，通稱為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是大從數(shù)聚合物的特有性能，僅次于熱膨脹系數(shù)，它是層壓板最重要的特性。在通常使用的兩種材料比較分析，環(huán)氧玻璃布層壓板與聚酰亞胺的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度分別為Tg120℃和230℃，在150℃以下的情況，環(huán)氧玻璃布層壓板的自然熱膨脹大約0.01in/in，而聚酰亞胺自然熱膨脹只有0.001in/in。（見下圖）從有關(guān)技術(shù)資料獲知，層壓板在

5、X、Y方向熱膨脹系數(shù)每增高1℃為12-16ppm/℃之間，而Z方向熱膨脹系數(shù)是100-200ppm/℃，它的數(shù)值比X、Y方向增大一個(gè)數(shù)量級(jí)。但在測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度超過100℃時(shí)層壓板及孔體之間的Z軸方向膨脹是不一致的，并且差異變大。電鍍通孔要比周圍的層壓板的自然膨脹率要低。由于層壓板熱膨脹比孔體快，這就意味著通孔體沿層壓板形變方向被拉伸。這個(gè)應(yīng)力條件在通孔體中產(chǎn)生了張力的應(yīng)力，當(dāng)溫度升高時(shí)，該張力應(yīng)力將繼續(xù)增高，當(dāng)應(yīng)力超過通孔鍍層的斷裂強(qiáng)度時(shí)，鍍層將會(huì)斷裂。同時(shí)層壓板較高的熱膨脹率，使內(nèi)層導(dǎo)線及焊盤上的應(yīng)力明顯增

6、加，致使導(dǎo)線與焊盤開裂，造成多層印制電路板內(nèi)層短路。所以，在制造適用BGA等高密度封裝結(jié)構(gòu)對(duì)印制電路板的原材料的技術(shù)要求，要特別進(jìn)行認(rèn)真的分析，選擇基材與銅箔的熱膨脹系數(shù)基本要達(dá)到相匹配。二、底片制作和使用誤差對(duì)內(nèi)層短路的影響電路圖形的制作是通過CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)化而最后生成電路圖象轉(zhuǎn)移用的比例為1：1光繪底片。再將此片采用轉(zhuǎn)移方法生成生產(chǎn)用的重氮底片。在轉(zhuǎn)化與生成制板用的底片過程中，就會(huì)產(chǎn)生人為和機(jī)械的誤差。經(jīng)過一段時(shí)間的研制和生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，往往在以下幾個(gè)方面容易產(chǎn)生偏差：1、層與層之間在沖制定位孔時(shí)

7、，由于視覺的差錯(cuò)，而產(chǎn)生層與層之間偏差。2、光繪底片復(fù)制成重氮底片時(shí)，人為和設(shè)備所造成的偏差。3、底片轉(zhuǎn)移電路圖形成像時(shí)產(chǎn)生的位移現(xiàn)象，導(dǎo)致成像孔位的偏差。4、底片保存和使用過程，由于溫度與濕度的影響導(dǎo)致片基伸長(zhǎng)與縮進(jìn)而造成的底片通孔位置的偏差。5、圖形轉(zhuǎn)移過程由于人為視覺差異和定位精度，所造成的孔位偏差。6、片基本身的質(zhì)量問題造成的偏差。這些是印制電路板制造過程的綜合誤差，根據(jù)軍標(biāo)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，其綜合誤差值不應(yīng)大于導(dǎo)線的寬度。如果超過標(biāo)準(zhǔn)和工藝規(guī)定尺寸范圍，就會(huì)造成多層印制電路板內(nèi)層短路。為了確保底片制作質(zhì)量和

8、使用質(zhì)量的可靠性，就必須加強(qiáng)過程的監(jiān)控和管理，使制造BGA結(jié)構(gòu)器件所需的多層印制電路板，從投料開始對(duì)每道工序必須制定正確的、可操作性和有效性的工藝方法和對(duì)策。三、定位系統(tǒng)的方法精度對(duì)內(nèi)層短路的影響在底片生成、電路圖形制作、疊層、層壓和鉆孔過程，都必須進(jìn)行定位，至于采用何種形式的定位方法，需要進(jìn)行認(rèn)真的研究和分析。這些需要定位的半成品都會(huì)因?yàn)檫x擇的定位精度的差