內建元器件PCB是指將電阻、電容等元器件埋入PCB內部形成的產品，有效縮小連線引線長度，減少表面焊接元器件及焊接數量，確保焊接品質；同時能有效保護元器件，減輕元件間的電磁干擾，保證訊號傳輸穩定性，提高IC效能。傳統的內建元器件PCB製作工藝存在內層棕化膜高溫變色、棕化後停留時間超24小時導致壓合分層的品質風險。本文分析了現有內建元器件PCB加工工藝的缺點，提出覆蓋膜保護方式內建元器件PCB工藝，有效改善上述工藝難點，提升產品品質。 內建元器件PCB將電阻、電容等元器件埋入PCB內部，有效解決傳統PCB板面小無法滿足更多元器件的貼片需求，以及傳統PCB貼片後，元器件外接，彼此間形成電磁干擾，容易受到外部因素損傷元器件造成報廢的問題。 內建元器件PCB傳統加工流程為：芯板開料→內層圖形制作→選擇性表面處理→棕化→貼元器件→芯板清洗→烘烤→壓合→正常多層板製作，元器件間隙通過半固化片流膠填充。 傳統工藝的主要問題有： (1)芯板焊盤先化金、棕化後貼片流程，棕化有效時間為24小時，貼片耗時長，容易超出棕化時效，導致層合分層； (2)芯板棕化膜迴流焊後高溫變色，如圖1所示； (3)返工棕化造成錫膏表面變黑，如圖2所示，導致錫膏與半固化片流膠結合處出現縫隙，壓合品質無法保證。雖然目前並未有棕化膜變色而導致產品功能性異常的問題發生，但為確保產品品質、消除客戶疑慮，確保產品可靠性，找出變色真因及改善方法是當前重要課題。 本文從傳統制作流程分析產品的工藝難點，提出覆蓋膜保護方式內建元器件PCB新工藝，對傳統制作工藝進行改善和優化，提升產品壓合品質，從而實現產品高可靠性的加工生產。 問題分析 一、棕化超時失效 棕化是指對內層芯板進行銅面處理，在內層銅箔表面進行微蝕的同時生成一層極薄的均勻一致的有機金屬轉化膜[1]以提升多層線路板在壓合時銅箔和環氧樹脂之間的接合力。棕化處理的兩個關鍵步驟反應式如(1)、(2)所示： 蝕銅反應： Cu+H2SO4+H2O2→CuSO4+ 2H2O  （1） 成膜反應： Cu2+ + CuA +B → 有機金屬轉化膜 （2） 其中A表示氧載體，B表示能與銅氧化物生成有機金屬轉化膜的化合物，棕化處理過程如圖3所示。 芯板焊盤先化金、棕化後貼片，芯板棕化後必須在24小時內壓合，但是貼片耗時長，容易超出24小時，會導致棕化失效，壓合結合力下降，導致分層，如圖4所示。 二、棕化膜高溫變色 棕化生成的有機金屬轉化膜呈暗棕色，但是芯板經過無鉛迴流焊爐後，裸露的棕化膜會由暗棕色變為藍紫色。 取5張100mm×150mm的覆銅板，分別標記為1、2、3、4和5，覆銅板1正常棕化後不烘烤，覆銅板2、3、4、5正常棕化後分別按240℃、250℃、260℃、270℃烘烤3min，棕化層顏色變化如圖5所示： 通過上述分析得到，棕化膜變色主要原因是棕化層隨著溫度的變化被氧化。 為得到棕化膜變色對產品壓合品質的影響，設計對比試驗，取4張250mm×300mm的1oz銅箔，分別標記為1、2、3和4，銅箔1正常棕化後不烘烤，銅箔2、3、4正常棕化後分別按230℃、250℃、270℃烘烤3min，取1080半固化片將銅箔反壓在0.8mm厚度的芯板上，即銅箔光面與半固化片接觸壓合，壓合後製作3.18mm寬度的剝離強度測試條進行測量，測試資料如圖7所示： 通過資料分析，當棕化膜經過270℃烘烤後再壓合，棕化膜的剝離力只有0.54-0.58N/mm，不滿足IPC標準（≥0.625N/mm），極大的影響了後工序的壓合品質，增大了企業的製作風險。 三、 錫膏變黑 芯板貼片後返棕化，能解決棕化膜高溫變色的問題，但是會導致錫膏變黑，導致錫膏與半固化片流膠結合處出現縫隙，壓合品質無法保證，影響產品可靠性。 錫膏棕化變黑的主要原因是錫及其氧化物與棕化線的酸性藥水產生反應，生成氧化亞錫（黑色固體）和硫酸亞錫（裸露在空氣中氧化變成微黃色）[3]，主要反應式如(3)、(4)、(5)所示： Sn + Na2(SO4)2+ H2O → Na2SO4 + SnO(黑色固體) + 2H2SO4      （3） SnO2+H2SO4→SnSO4+H2O      （4） 2SnSO4 + 2H2O →(SnOH)2SO4↓(微黃色鹼式鹽) + H2SO4        （5） 通過上述3個問題點分析，需要設計中間介質，能與芯板線路進行壓合，具有一定耐高溫能力，保護棕化膜進行迴流焊；同時，能與半固化片進行壓合併結合良好，避免壓合分層的問題。參考剛撓結合板工藝，覆蓋膜具有一定的耐高溫、耐酸鹼能力，有效與半固化片、芯板線路進行壓合，結合力好，滿足上述要求。同時，覆蓋膜的環氧樹脂層能有效填充芯板線路，提升芯板表面平整度，使得後續總壓過程中，半固化片的流膠更加充分的填充元器件間隙，提高生產板平整度。 試驗設計 使用覆蓋膜保護棕化，對傳統的貼片芯板製作流程進行優化，提出新工藝，具體如下： 剛性板棕化後壓合覆蓋膜，有效保護棕化膜，解決貼片芯板線路棕化膜高溫變色、棕化超時的不良問題，由於覆蓋膜的保護，不需要返工棕化，避免了錫膏變黑的問題，確保芯板壓合品質。 覆蓋膜保護方式內建元器件PCB層壓結構如圖9所示，芯板L4層需要貼片，完成線路製作、棕化後壓合覆蓋膜和化金，化金效果如圖10所示，清洗後隔乾淨白紙轉移貼片生產，貼片效果如圖11所示。貼片後使用成品清洗機進行清洗，清洗後烘烤去除水分，烘烤條件為：85℃、60min，烘烤後進行等離子處理，確保產品壓合品質，完成壓合後按常規流程製作。 芯板壓合覆蓋膜後，由於覆蓋膜環氧樹脂膠的填充，增強了貼片芯板表面平整度，使得芯板在總壓過程中，半固化片的流膠更加充分的填充元器件間隙，提高生產板平整度. 測試驗證 按上述新工藝製作產品，對其進行平整度、熱衝擊、間隙填膠及電氣效能測試，結果如下： (1) 平整度：採用九格測試方法測量壓合後板厚資料，如圖12和圖13所示，試樣壓合厚度均勻性一致，差異小，極差0.046-0.064mm，滿足品質要求； (2) 耐熱效能：熱衝擊288℃，10s，3次，覆蓋膜壓合區域未出現分層爆板，如圖14所示； (3) 壓合品質：內建元器件間隙填膠充分，無空洞，外觀無變形，如圖15所示； (4) 電氣效能：在芯板貼片、產品完成製作後使用數字電橋測試儀進行電容、電阻測試，通過對比容值及阻值的變化來判斷層壓對內建元器件的影響。 PCB打樣請點選：www.jiepei.com/g35