印制电路板埋嵌电容技术及应用研究

电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目印制电路板埋嵌电容技术及应用研究学科专业化学工程与技术学号201221030506作者姓名范海霞指导教师王守绪副教授分类号密级UDC注1学位论文印制电路板埋嵌电容技术及应用研究（题名和副题名）范海霞（作者姓名）指导教师王守绪副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业化学工程与技术提交论文日期2014.04.02论文答辩日期2014.05.23学位授予单位和日期电子科技大学2014年06月30日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。STUDYONTHETECHNOLOGYANDAPPLICATIONOFTHEEMBEDDEDCAPACITOROFPRINTEDCIRCUITBOARDAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ChemicalEngineeringandTechnologyAuthor:HaixiaFanAdvisor:ShouxuWangSchool:SchoolofMicroelectronicsandSolid-StateElectronics独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘要I摘要印制电路板（PrintedCircuitBoard，PCB）埋嵌电容技术是实现电子产品向多功能、高性能及小尺寸发展的重要基础，也是埋嵌无源元件技术中比较关键的部分。本文针对PCB埋嵌电容工艺及其应用进行了研究。本文主要研究用蚀刻薄膜材料制作埋嵌电容。由于埋容芯板材料介质层太薄，运用双面蚀刻的方法在加工时难度非常大，在各个关键工序需要进行严格控制。为了防止在层压过程中减小涨缩带来的影响，使PCB尺寸保持一定稳定性，在内层图形制作时需进行图形预补偿。预补偿的大小主要和叠板层数及排版方式有关，叠构层数小、板内无铜区比较多的PCB容易出现较大的收缩现象。在内层图形转移前处理、DES、棕化工艺线均需要添加引板，并且控制喷压及走板参数。对于整体板厚比较薄的埋容电路板，在制作金相切片时加以支撑物辅助有效保证了金相切片的质量。对于埋容性能方面来说，通过对实验板进行耐电压测试、回流焊测试及冷热循环测试对用双面蚀刻方式制作的埋容PCB产品的可靠性进行评估，研究了埋容PCB在回流焊前与回流焊之后的容值稳定性情况。实验结果表明埋容PCB成品板通过了2000V耐电压测试，并且埋嵌电容电路板满足孔径0.25mm，孔间距0.8mm的密集孔能够经过6次峰值260℃回流焊处理后不出现层间分层等品质缺陷问题。埋容测试板在经过100次冷热循环后也无孔壁分层等可靠性异常现象，并且孔壁的阻值变化率在3%以下。在进行回流焊处理以前，电容容值稳定性良好，与理论电容容值误差小于6%。埋嵌电容测试模块在经过6次回流焊处理后，电容的容值变化率不大，均小于1%，也说明一般的需要进行高温高热的表面贴装过程对埋嵌电容的容值的影响将很小。通孔电镀填铜是埋容材料的一个应用，实验利用普通脉冲电镀及脉冲填孔线对板厚84um，孔径150um的孔进行了通孔填孔电镀。通过调整电流密度大小以及电路板在电镀缸运行速度，在脉冲电镀线多次闪镀之后逐渐在孔内形成类似“蝴蝶翼”的结构，再利用普通填微盲孔工艺及参数对实验板进行填孔，最终完成了通孔填铜。实验结果说明在不具有专门通孔电镀填孔工艺线的情况下，利用实验中采取的方法填孔是可行的。本文通过对PCB埋嵌电容工艺技术的研究、埋容产品可靠性能测试及埋容材料通孔电镀填铜应用的研究，成功制作出了性能可靠的埋容产品，对实际生产具有指导意义。摘要II关键词：印制电路板，双面蚀刻，埋嵌电容，通孔电镀填铜ABSTRACTIIIABSTRACTThetechnologyofcapacitorembeddedintotheprintedcircuitboardsisanimportantbasisforelectronicproductstothedevelopmentofmulti-function,highperformanceandsmallsize,andit’salsothecriticalpartofthetechnologyofembeddedpassivecomponent.Inthispaper,thetechnologyandapplicationofembeddedcapacitorwerestudied.Thispapermainlystudiesthetechnologyofembeddedcapacitorbyetchingthinfilmmaterials.It’sverydifficultfortheprocessingbydouble-sideetchduetothethindielectriclayerofmaterials,soitisnecessarytocontrolkeyconstructionprocessesstrictlyforensuringproductquality.Pre-Compensationforthepatternisrequiredwhenmakingtheinnerpatterntransfertoreducetheeffectofharmomegathuswhichcausedintheprocessoflaminationandkeepsizestability.Pre-compensationismainlyconcernedwiththelaminatedplatenumberandlayout,andthelesslaminatedplatenumberis,thelagertheshrinkagewillbe.GuideboardshouldbeneededintheprocessofDESandoxideAddingsupportwhenmakingmetallographiccanguaranteethequalityofmetallographicofthinPCB.Thereliabilityofembeddedcapacitorproductwasevaluatedbythewithstandvoltagetest,reflowtestandthermalcyclingtest,andcapacitancevaluewasmeasuredbeforereflowandafterreflow.Itpassed2000Vwithstandvoltagetest,andtherewasnoqualitydefectsintheholeof0.25mmporesize,0.8mmholespacingaftertheprocessofsixtimesreflowwithTemperatureof260℃.Thequalityofhallwaswellafter100timesthermalcyclingtest,andtherateofchangeofthehall’sresistancewaslessthan3%.Therateofchangeofthecapacitancevaluewaslessthan3%aftersixtimesreflow,anditindicatesconventionalprocessofSMTalmostdoesnotaffectthecapacitancevalue.Through-holecopperfillingwithbi-directionalpulseplatingwasanapplicationoftheembeddedcapacitormaterials.Thispaperdiscusthetechnologyofthrough-holecopperfillingwhichthediameterofthrough-holeis150μmandthicknessofcoreis84μmwithbi-directionalpulseplating.Themethodusedistoform“butterfly”structureinthethrough-holebymultipleflash-plating,andthenforthecopperfillingprocess.ABSTRACTIVTheresultshowedthatthemethodofusingthrough-holecopperfillingwithbi-directionalpulseplatingisfeasibleintheabsenceofspecialholefillingplatingline.Basedontheresearchofthetechnologyofembeddedcapacitor,reliabilitytestandthethrough-holecopperfillingwithbi-directionalpulseplating,reliableproductswereobtainedinpracticalapplications.Keywords:printedcircuitboards,double-side-etch,embeddedcapacitor,through-holecopperfilling目录V目录第一章绪论.................................................................................................................11.1印制电路板概述...............................................................................................11.2印制电路板的发展...........................................................................................11.3埋入无源元件印制电路板...............................................................................21.3.1埋入无源元件印制电路板概述.............................................................21.3.2埋入无源元件印制电路板的优点.........................................................21.4论文研究意义....................................................................................................