产线现场改善

1、PCB 阻抗/损耗(Loss)影响因素

1.1材料特性

      高速产品对 PCB 有着高传输速率、低信号损耗的要求，而这些性能与PCB 板材的介电常数和损耗因子密切相关。一般地，按损耗因子的高低，基板材料可分为：

① Standard Loss(D:0.015~0.020)

② Mid Loss(Df:0.010~0.015)

③ Low Loss(Df:0.0065~0.01)

④ Very LowLoss(Df:0.003~0.0065)

⑤ Ultra LowLoss(Dr:<0.003)

五个等级。故在选择材料时需要综合考虑，材料性能从板材玻璃转化温度值(TG)、热分解温度值(TD)，空间膨胀系数(X-Y-Z轴)、耐热性(T260-T288)、介电常数值 (DK)、介质损耗值 (DF)，剥离强度值 (Peel)、吸水率 (Moisture Absorption)等几个方面进行综合评估。客户指定材料供应商给 PCB 板材生产。本次客户指定松下低损耗材料 R5775(G)(DK:3.46，DF 0.005)，客户没指定材料时，必须细心地选择相关材料，才能达到既有利于生产加工可行性与生产效率，又能够达到高性价比的产品设计要求。

1.2 线路技术

       PCB 阻抗/损耗中导体损耗主要为线路品质差异产生。其品质体现在线路的尺寸数据的管控，数据表现为线宽的均匀性，线路铜层厚度及其表面粗糙度。而铜箔粗糙度箔有低轮廓铜箔(HVLP 铜箔)、反转铜箔(RTF 铜箔)和高延伸性铜箔(HTE 铜箔)在验证LOSS结果时，本文客户指定使用反转铜(RTF铜箔)往往单独设计 LOSS 模块验证。通常设计采用2inch，5inch 和 10inch 的线路长度，辅以过孔背钻方式。

1.3 钻孔控深钻技术

      背钻主要是在通孔中去除一段孔铜，当钻去多余孔铜时，信号则按原路返回，此时即可抵消去路信号产生的电感，最大程度降低信号失真现象。而去除通孔深度和残留部分深度(简称残桩)值的多少直接影响信号的损耗程度，也成制约最终阻抗和损耗(Loss)达标的重要因素之一。

2、现状分析

2.1 材料选用

1、服务器 PCB 的损耗(Loss)的 DOE 设计试验

       通过 FA 批产品前期测试，根据内层使用油墨和干膜、线路多补偿 0.2mil(油墨)和 0.4mil(干膜)，三种不同的药水棕化，分别在一处和六处，各种条件生产制作 2PNL，共设计8种方案制作16PNL。

表1 高速PCB低损耗不同条件制作测试表

图5 损耗的四因子2水准的 DOE 试验图

      图5试验结果显示，通过线宽比正常补偿多补偿5μm，介厚 PP 含胶量在 75%( 以前 70%)，A系列超低粗化棕化药水，B系列传统棕化药水，排版倾斜7度(以前3度)的参数制作出PCB的损耗最小，依据客户提供 SI(信号完整性标准)测试 Coupon,测量 Loss 条中 2、5、10inch的线在4GHz，8GHz，12.89GHz，16GHz内外层的 85 欧姆 1oss 值。图中显示出的是 2inch Loss条在 4GHz的内层 85 欧姆的 Loss值。检测结果 0.286db/inch，在16次测试值中最小，并小于最大值 0.35db/inch。其它的测试值逐一验证，其结果皆显示同样的标序11条件(线宽多补偿0.2mil，75%含胶PP，ATO棕化药水，排版倾斜7度)，Loss 值最理想。呈现出较好的结果优势，测试出工艺制作最佳的条件参数。

表2 22层服务器PCB板测量Loss值

2、PCB 工艺流程优化

       22 层服务器高速 PCB，原工艺流程制作完成后出现控深孔孔径偏小现象，经分析为镀铜偏厚造成，此PCB电镀经过板电、CAPPING电镀和图形电镀共计三次电镀制程作业。

(1) PCB 的原流程

开料→内层→内检一压合一镭射盲孔一钻孔1→板电→图电1→钻孔2→树脂塞孔→外层1→减铜一研磨→CAPPING 电镀→外层2→图电2→背钻→碱性蚀刻→外检→防焊一文字→→阻抗测试化金一钻孔3 →成型→成测→ FQC→包装

(2) PCB 的新流程

开料→内层→内检一压合一镭射盲孔→钻孔1→板电1→图电1→钻孔2→树脂塞孔→研磨→外层1→减铜→研磨→钻孔3→板电2→外层2→图电2-背钻→碱性蚀刻→外检→防焊→文字→阻抗测试→化金→钻孔4→成型→成测→ FQC →包装

       对比原流程与新流程，原流程 PCB 板镀铜3次(板电、CAPPING 电镀和图形电镀各1次)，新流程制作在原流程的基础上把钻孔和板电工序各新增加一次。把原钻孔一次性把所有通孔和控深孔钻完，分为两次生产作业。第一次钻需要塞树脂的通孔和控深孔先钻孔完成，生产完后转树脂塞孔再 CAPPING 电镀;第二次钻非树脂塞的孔，后续再转板电流程，续流外层图电正常流程作业。此改善方案有效避免所有通孔和控深孔钻经过 3次镀铜的工序，不易管控孔铜和面铜厚度问题。确保镀铜品质和产品阻抗和损耗的公格率提升。

1、开料

       根据客户要求，设计好生产板工作尺寸，选用好大张的基板材料开料后。也有依据需要尺寸，请购口已裁切好的 PNL 小尺寸基板，经烘烤(190℃℃ *4H)下转下工序制作。

2、内层

       依据客户提供 PCB 设计蓝图，因尺寸较大，排版1PCS/PNL。使用客户指定的松下基板，进行内层线路制作。用LDI专用油墨，膜厚控制11±2um，曝光采用大族 LDI，线宽管控层别:L3/L5/L7/L9/L14/L16/L18/L20，成品线宽:3.5mil，成品线距4mil，线宽蚀刻公差士20%，实际阻抗线管控+8%~7%。选择蚀刻均匀性>97%的线体生产，同条线路上中下线宽控制0.1mil以内。蚀刻1/10Z参数5.3M/MIN;2/20Z参数3.5M/MIN。

3、内检

      依据相关只可修残铜，不允许补线。AOI侦查超细线功能，依据原稿设计参数作业，首件良率 95%以上量产，批量制作完后全检 AOI，其 L2-L21良率在90%~100%。

4、压合

       棕化前PE冲孔冲7颗孔，除L形3孔以外，还需以中心钻孔方式冲出其他外围4颗孔，靶距:X1=399.397mm，X2=404.397mm，Y=583.238mm，棕化按 5m/min 线速，高速材料棕化站需烘板，烘120℃ *60 分钟。棕化后管控12小时以内熔合铆合完，首板检验层偏合格后量产全检层偏，PP张数，内层 Core的正确率 100%。压会使用专用M6程作业(博可压机抽真空多增加5分钟)。FA 首件板切片介层厚度(基板及 PP)公差:±10%，热TMA测TG值DetalTG，CTE，热应力测试合格后量产。

图6 传统药水与低粗糙度药水生产 PCB 差分微带线的损耗对

表3 传统药水与低粗糙度药水处理后铜粗糙度测试结果

5、镭射盲孔

       依据镭射程序使用ConformmalMask作业，开窗大小与镭射孔等大管控。L13/L12层镭射盲孔，程式副档名为:*.S13/S12。生产首件测量孔宽度及深度IPQC 确认合格后量产。

6、 钻孔 1

       仅钻需树脂塞孔的 PTH(客户指定过孔及需树脂塞孔背钻对应的通孔)使用高难度参数生产，孔小于0.5mm钻咀使用全新的钻咀,孔寿命设置 500 次更换。首板检查无孔偏，量产完使用验孔机 100%检查。检测通孔及压接孔孔径是否堵孔。并测量孔精度的 CPK>1.33。

表4 钻孔参数表

7 、板电 1

       先等离子除胶，生产前烘烤，其条件190度*2H。烘烤完后停留时间≤4小时，转沉铜水平线作业。采用六处脉冲电镀制作，确保孔铜在 0.9~1.0mil。

8、图电 1

       钻孔后进行高压水洗后转图电，先整板镀锡，镀锡参数:10ASF*15Min。要求只镀锡不镀铜作业。

9 、钻孔 2

      图电后转钻孔进行机械背钻，分别第一和第四象限，钻出不同深度。第一象限是从第一层，分别钻到L4/6/8/13/15/17/19，不可钻穿对应的次层L5/7/9/14/16/18/20。其深度分别为0.36mm0.65mm，0.94mm，1.71mm，1.9mm，2.29mm，2.58mm.其Stub值皆为7+5mil制作首件板切片分析背钻孔深度值，符合要求后量产;第四象限是从第 22层，分别钻到L19/17/15/10/8/6/4，不可钻穿对应的次层L18/16/14/7/5/3。其深度分别为0.36mm，0.65mm，0.94mm，1.71mm，1.9mm，229mm，2.58mm。其 Stub值皆为7±mil，背钻深度大于1.0mm，分三步，量产前制作首板切片分析背钻孔深度值，符合要求后量产背钻完高压水洗压力 2.5kg/cm’，水洗后检查，确保背钻无堵孔。

图7 22层背钻深度切片确认后结果

10、树脂塞孔

      油墨使用山荣10HF塞孔油墨，树脂塞孔与小孔背钻孔一起塞孔，需塞孔两次，正反两面各塞次。塞孔铝片分别命名为:SZSK2-1，SZSK2-2，塞孔研磨后 AOI全检，不可漏塞，塞不满，饱满度100%。

11、研磨

       将板面多余的树脂研磨掉，保持板面平整。面铜控制 1.2~1.5mil。

12 、外层 1

     干膜封孔,使用鸿瑞干膜HD250,盖孔的干膜宽度:24inch，干膜封孔，CAM 需设计出底片(正片，仅封树脂塞的 PTH 孔)，工具名:L1gk;L22gk，使用IDI曝光，能量 90mj;显影速度 4m/min。

13、减铜

      使用专线减铜厚度到0.9±0.1mi。生产前后使用铜厚测量仪测量铜厚值合格，记录数据供后制程参考。

14、研磨

       减铜后去膜板面干膜转板研磨线生产，研磨一次测量面铜厚度，磨板后铜厚控制 0.7~0.9mil，符合要求即可。

15、钻孔 3

      钻非树脂塞孔的孔，使用 CCD钻机生产。钻孔程式副档名:2nd;2nd.inn。钻孔使用高难度参数生产，孔位公差士0.05mm，0.99mmNPTH孔公差+0.05/-0.025mm，钻咀研次≤2次。装托盘转板。

16、板电 2

       铜后切片首六处脉冲电镀，沉铜板电 0.3~0.5mil，件确认压接孔孔铜厚度要求。

17、外层 2

       板电后转外层前处理，4m/min 速度进无尘车间压膜作业，使用干膜宽度:23.875inch。背钻孔双面开窗保证镀锡良好，底片类型:正，工作稿线宽:4.7mil工作稿线距:2.6mil。

18、图电 2

电镀最小 0.7mil，成品面铜最小1.9mil，孔铜最小 0.8mil，树脂塞孔的过孔需做 Capping 电镀，凹陷度< 25μm，量平整对于成品<0.50mm 孔，孔铜必须>18μm，其他按最小20um，平均25m。满足压接孔的孔径公差±0.05mm。

19、背钻

       第四象限是从第22层，分别钻到L19/17/15/10/6，不可钻穿对应的次层L18/16/14/9/5。其深度分别为0.36mm，0.65mm:0.94mm，1.71mm，2.29mm，其Stub值为7+5mil制作首板切片分析背钻孔深度值，符合要求后量产背钻完高压水洗压力 2.5kg/cm’，水洗后检查，确保背钻无堵孔。

20、碱性蚀刻

      成品线宽:3.5mil，成品间距:4mil，线宽蚀刻公差±20%。SMT焊盘公差控制标准为:>15mil的SMT焊热依原稿大小的土20%，≤15mil的SMT公差按 +2/-0.5mil管控。特殊管制:首件一般线公差按士10%，阻抗线按士8%进行管控。选择蚀刻均性>95%的线体生产,同条线路上中下线宽控制0.2mil以内。蚀刻大于 10Z 参数 5.5m/min。

21、外检 AOI

       成品外层环宽(支撑/压接)孔应>50um，非支撑孔(即不插件的 PTH)应>20um，按图纸要求测试指定区域，测量工程部标出所有需要测试线宽/线距位置。线路残铜短路可修补，开路缺口不可修补。批量制作完后全检AOI，其良率L1:85%，L22:90%。AOI后插架烤板烤板 150度 *6H，后转防焊。

22、防焊

    阻焊面:C+S面，阻焊油墨颜色:深绿色，粘度100~120dpa，最小阻焊厚度:0.4mil，最大阻焊厚度:0.866mil。先使用铝片塞孔，然后印刷防焊面油，印刷湿膜厚度控制 35~40μm。PAD 中心间距≤0.4mm基材上防焊厚度不得高于 SMT 高度 15um，其他间距pad 基材防焊厚度不能高过 SMT 高度。线角>4um,基材上的阻焊必须比相邻焊接PAD<5wm，走线上阻焊比相邻焊接PAD≤50μm，塞孔不可高出铜面60μm。采用网屏DI机曝光，自动涨缩对位，PE管控 ±20μm，曝光能量控制 11~12 格。

23、文字

      文字油墨白色，字符面:C+S面。ULMark:斜兄+R SH27 94V-0，周期格式:wWYY。

24、阻抗测试

      客户提供 SI测试 Coupon，Deltal法设计两条不同长度的传输线，测量 Loss条中2、5、10inch 的线在4GHz，8GHz，12.89GHz，16GHz内外层的85欧姻Loss 值，详见Loss 图纸,需侧板内阻抗,有测试点菲林。

25、化金

       化金金厚最小:2u"，化金金厚最大值:10u"，化金镍厚最小值:118u"。镍腐蚀按厂规管控<20%;槽 MTO 不可超过 2，隔槽插架，首件金镍厚合格后方可批量生产，量产完隔纸放盘转板。

26、钻孔 4

      使用第一象限，钻孔程式副档名:3nd;3nd.inn，用CCD 钻机生产，钻咀研次≤2次，芯片BGAPAD 与周围成品大小1.016mm(0.991mm)孔位置度公差0.035mm，成品大小3.175mm孔位置度公差±0.05mm，使用CCD抓单元内光学点(工艺反馈BGA PAD 无法抓取)以二钻方式加工。

27、 成型

其方式:CNC，成型后尺寸为宽417mm*长400mm，出货面积:0.1668m。锣板前需将板边和LOSS Coupon 编号，贴标签转移至板内。

28 、测试

使用飞针板弯翔小于 0.7%，板翔厚度:4.04mm。

全测，100%找点分析报告，其一次良率 90%。

3.29 FQC

品保规格:IPC-A-6002级。其一次良率 80%。

3.30 包装

依据客户要求包装方式进行包装作业，包装完及时入库恒温恒湿储存。PCB 相关测试见表 5。

1、 高速 PCB 良率总结

        通过全制程 NPI跟进制作，其主要制程的良率统计如图 8。

图8 22层PCB相关制程良率趋势图

小结: 此料号 22层服务器 PCB 从制程良率来看符合 FA 板中多层板(>10L)首次制作大于 85%，后续良率提升，工艺针对各制程不良进行详细分析，制定改善对策，跟进持续改善。

2、成品 LOSS 检测结果

表5 PCB 相关测试

3、PCB 阻抗总结

       通过此批高速 PCB 制作，总结制程中制作低损耗的需求，从材料选择、介质匹配、铜选用及棕化处理程度，以及流程优化、背钻深度做严格管控。后续生产相关类似的产品提供参考方法。

       高速 PCB 制作过程中，结公各制程其良率分析(测试结果见表 6、表7和表8)如下:

(1) 内层一次良率为 91%，不良率 9%，次品缺陷中前三大为:开路，板折，残铜。主要原因为内层 20Z芯板厚 0.05um，过水平线容易褶皱和卡板。搬运易

板折出现。

(2) 外层一次良率为 90%，不良率 10%，次品缺陷中前三大为:短路，残铜，刮伤。主要原因为板边镀铜厚度不均，个别处出现蚀刻不净，残铜造成短路。

(3) ET测试良率88%，不良板2PNL，不良率12%。不良缺陷开路与短路各 1PNL。外层开路1PNI为划伤线路，短路 1PNL通过水平切片分析为内层异物造成短路异常。

(4) FQC 检验一次良率为 86%，不良率 14%，不良板 2PNL 主要缺陷为 1PNL防焊异物，刮伤，另1PNL为金面粗糙。

表6 服务器22层的阻抗测量

表7 服务器22层高速PCB的损耗测量(频率1~2)

表8 服务器22层高速PCB的损耗测量(频率3~4)

4、 高速 PCB 的损耗总结

(1)高速 PCB的损耗，确保产品通过率，必须使用低损耗材料制作。同种材料，不同的介质含量，因其厚度差异对损耗存在影响，此次制作采用75%与70%的含胶量测试损耗亚均值分别为0.336和0.352，其损耗前者比后者减少 1%~3%。

(2)高速 PCB 的损耗通过使用低粗糙度棕化药水与传统棕化药水对比测试出损耗平均值为，低粗糙度棕化药水对降低损耗有贡献度，比传统棕化药水的产品损耗偏小 3~7% 的优势。

(3)高速 PCB 的损耗通过使用排版旋转角度(目的减少玻纤效应降低损耗)，同一种棕化药水生产的旋转7度角比旋转3度角，其损耗有降低 2~3%。

参考文献

[1]程柳军.玻纤效应对高速信号的影响 [.印制电路信息,2015.82