PCB埋容技术探讨(下)

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JUL 2019 NO.4PCB 埋容技术探讨(下

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文／南京电子技术研究所　杨维生

(接上期)

Interra TM HK 04J 埋容基板材料的各项性能指标，详情参见下表13。

【摘　要】本文对现代通讯设计中，嵌入式平面埋入电容多种型号基板材料进行了性能及特点介绍。运用传统ＦＲ－４基板制造技术，结合柔性基板制造特点，针对实现平面埋容多层印制电路板加工技术，进行了阐述，对有关埋容多层印制电路板的设计和制造具有一定的指导意义。【关键词】平面电容基板；嵌入（埋入）式；制造工艺

作者简介：杨维生，男，高分子材料专业，硕士，研究员级高级工程师，

主要研究方向为各种类型基板材料的多层印制电路板制造工艺及品质保证。

１．４　塞米纳（Ｓａｎｍｉｎａ－ＳＣＩ）公司ＢＣ２０００埋容基板材料介绍

通常，使用嵌入式电容的方法，包括有一种分布式电容或平面电容的概念。在铜层的基础上，压上非

常薄的绝缘层。并且，通常以“电源层/地层”的形式成对出现。非常薄的绝缘层，使得电源层与地层之间的距离非常小，这样的电容量也可以通过传统的金属化孔来实现。

下图5显示出一个传统的电路板，通过使用嵌入式电容技术，与前者之间重新设计的比较。这样的方法，在电路板上建立了一个大的平行板极电容。

在埋容技术运用的发展中，和3M 公司一样，塞米纳(Sanmina)公司平面埋置电容基板材料，也是选择了环氧树脂基高介电常数覆铜板。如表14所示。

Sanmina-SCI 公司的有玻璃布增强的BC2000和BC1000是第一代的、具有代表性的聚合物埋容材料。

BC2000和BC1000属于Sanmina-SCI 公司的专利技术，其专利主要是玻璃布增强的25微米和50微米、100微米FR-4材料的应用专利，保护范围几乎囊括了这三种规格材料，在埋容PCB

方面的所有应用。

表13 Interra TM HK 04J 埋容基板材料性能一览

图５　薄介质电源／

地层平面电容埋入运用示意

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由于国外垄断了原材料的加工技术，埋嵌薄膜电

容产品的制作必须依赖相应的超薄埋容芯板，国内尚无此类芯板开发成功企业。目前，芯板材料生产技术主要被三井、3M、杜邦等国外公司垄断。

埋容原材料供给的，导致国内相关埋嵌薄膜电容技术的研究较少，但是，随着电子产品高频高速化的飞速发展，在电子产品中埋嵌电容技术的应用优势是非常大的。另外，国内一些较大终端用户，对埋容技术运用需求的日渐强烈，将会有效刺激PCB 企业对埋容技术进行开发。

目前，国内实施埋容产品批量生产的企业较少，难以满足我国信息产业高速发展的要求，因此，越来

越多的企业都在加大埋容技术的研究与开发力度。

当今国内最常用的制作埋容PCB 的材料，大多是介质层含有填充物、厚度极薄的芯板材料。相较于普通覆铜板而言，此类芯板材料超薄许多，因此，在加工中难度非常大。例如，层压过程中的涨缩较大、蚀

去耦电容，是电子电路中设计在元件的电源端的电容。此电容，可以提供比较稳定的电源，同时也可以降低元件耦合到电源端的噪声，因此，可以间接减２　ＰＣＢ

埋容加工技术研究

因此，虽然大多数CCL 厂都具有生产这三种规格材料的技术和能力，但是要将这几款材料用作埋容材料，却要得到Sanmina-SCI 公司的专利授权才能进行。

BC2000介电常数值低，之所以可被当做埋入式电容，主要是籍由降低基板的厚度(50微米)来提升电容值，在工艺上则大致与传统的PCB 工艺相同。

在BC2000埋容基板材料面世的基础上，BC1000，则是进一步降低基板的厚度(25微米)，电容值更大的一款材料(参见下表15)。

表15列出了三家公司埋容材料的PCB 加工特点，都是选择了传统FR-4加工的双面图形蚀刻制程。虽然BC2000和BC1000的电容值不大，但却已能有效减少寄生电感、缩短传输距离、提高信号品质，现在的应用大多以手机为主。

如前面所述，埋嵌电容印制电路板的优点之一，是“提高电源完整性”。仅借此地，解释一二，希望浅知即可。图6埋嵌薄膜电容示意图。

表14 埋容材料类别及主要性能对比

表15 Sanmina-SCI 公司埋容材料BC2000/ BC1000与其他

图７　塞米纳（Ｓａｎｍｉｎａ）公司埋容“涛声依旧”

图

６　埋嵌薄膜电容示意

少其他元件受此元件噪声的影响。如图6所示，由于将去耦电容埋嵌进PCB 内部，所以，减少了大约50%的表面引脚，缩小了信号-电源路径，因而导致减少寄生噪声。减小电源平面的噪声影响，降低电源平面的阻抗，降低电磁干扰(EMI)影响。

笔耕中，“忙里偷闲”搜寻下，Sanmina 公司依然在为广大业界同仁，提供埋容技术高品质的服务。

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JUL 2019 NO.4刻过程中易出现破损、材料吸水率较大导致层间分离等，必须“专心专注”、“精细精制”！

２．１　ＯＡＫ－ＭＩＴＳＵＩ（三井）公司电容基板材料加工技术

三井公司的电容基板材料，推荐采用双面图形蚀刻制作的加工流程，无需顺序层压“Sequential Lamination”来实施。详情如下图8所示。

上图8流程可见，红色框线内需要关注外，前序制程考虑较薄芯板处理即可，前处理制程需认真对待。

针对于薄芯板的图形蚀刻，需要关注下述几点：(1)推荐选用薄芯板兼容制程能力强劲的Schmid 蚀刻线；(2)如果不那么有信心，可采用导引板辅助；(3)薄芯板需要小心持取。

至于黑化处理或其他替代氧化处理制程，需注意下述几方面：

(1)推荐选用适合于薄芯板加工的生产线设置；(2)如果需要，可选择导引板；(3)优选水平处理线制程；(4)注意薄芯板在制件的小心取放。

三井公司给出如下图9所示的24层埋容多层PCB 成功案例，包括有埋容芯板设计叠板位置、以及产品金属化孔切片图。

图８　三井公司电容基板材料加工示意

图１０　３Ｍ公司／三井公司埋容基板制程对比

图１１　３Ｍ公司埋容基板内／外层加工流程示意

图９　埋容产品多层ＰＣＢ

叠构及切片示意

２．２　３Ｍ公司电容基板材料加工技术

区别于前述介绍的三井公司埋容基板材料的加工方式，3M 公司埋容基板材料的多层化PCB 应用，必须采取顺序层压的方式来实现。两家公司材料加工方式的对比，如下图10所示，另外，所谓导引板的示意也一并可出。

为了更好的完成埋容基板材料的加工，作为一个

著名公司，推荐给出了相关的内层及外层加工工艺流程，如下图11所示。

相关制程控制要点，简述如下：

(1)表面处理方式：选择化学前处理，忌用机械研磨；(2)DES 流程：优先选择适合加工薄芯板水平传输线，如果有异常，可添加导引板辅助进行；(3)棕化处理：微蚀时间较通用电解铜延长1/3；(4)烘板1：推荐参数100度条件下，60分钟；(5)烘板2：推荐参数125度条件下，60分钟“或”100度条件下，100

分钟；(6)膨胀系数：C-PLY 的介电层，不含有玻璃

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表16 3M 公司C-PLY

多层化压合参数推荐

纤维的支撑层，相对于FR-4材料，它的收缩率要相对大一些，并且受外界条件的影响很大，不同的条件，收缩率会各不相同；

(7)推荐的压合参数见下表16。(8)除胶渣：使用PLASMA 方法；

(9)湿制程后烘板除湿气很关键，另外，在热风整平、回流焊、钎焊、热循环等热处理前，也需要进行烤板处理，条件是125度下4~6小时；(10)材料存放：平置于干净环境下，温度7~26摄氏度、相对湿度不超过60%，保质期为一年。

本文撰写的冲动，来源于“不期而遇”、“不请自来”的缘分？俗话说“山外有山”！资讯高度发达的当今社会，有时，专利的一瞥，或多或少会有些借鉴。

３．１　ＰＣＢ多层板内埋入电容的方法（申请公布号　ＣＮ　１０２４９７７４９　Ａ）

来自于东莞生益电子有限公司。

３　相关专利一瞥

该专利涉及一种PCB 多层板内埋入电容的方法，包括以下步骤：

(1)提供数张内层芯板及两张埋容芯板，所述埋容芯板包括位于中间的埋容材料层、以及分别位于埋容材料层两侧的铜层；(2)第一次内层干膜之图形制作：对埋容芯板制作次外层图形以及对内层芯板制作内层图形；(3)提供数片半固化片，将所述内层芯板、半固化片及埋容芯板，按照预定的叠层顺序叠合，所述埋容芯板位于叠层相对的两外侧；(4)第一次层压操作：在高温高压下，进行熔融层压，将所述内层芯板、半固化片及埋容芯板压合在一起，形成子板；(5)第二次内层干膜之图形制作：对子板的埋容芯板制作外层图形；(6)第二次层压操作：在子板的两侧，分别依次叠放半固化片与铜箔，在高温高压下进行熔融层压，将

子板、半固化片、以及铜箔压合在一起，形成具有埋入电容层的母板。

论及的PCB 多层板内埋入电容的方法，其特征在于，在进行上述(4)“第一次层压操作”之前，还包括对内层芯板的铜面、以及埋容芯板的次外层铜面，进行粗化处理。

另外，所述的PCB 多层板内埋入电容的方法，其特征还在于，在进行上述(5)“第二次内层干膜之图形制作”之后，与(6)“第二次层压操作”之前，还包括对埋容芯板的外层铜面进行粗化处理。

３．２　埋容线路板的加工方法（申请公布号　ＣＮ　１０３１４００５０　Ａ）

来自于深南电路有限公司。

该专利之发明，提供了一种埋容线路板的加工方

法。此埋容线路板，包括埋容层和线路层，且所述埋容层包括第一埋容层和第二埋容层，分别包括第一表面和第二表面，涉及以下诸步骤：

(1)准备第一表面制作有电路图形的第一埋容层和第二埋容层；(2)在第一埋容层和第二埋容层的第二表面贴覆保护层；(3)将第一埋容层的第一表面与半固化

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NO.4片及第二埋容层的第一表面压合；(4)将贴覆的保护层去除；(5)制作出第一埋容层和第二埋容层第二表面电路；(6)将步骤(5)所述埋容层压合埋设于线路层中，使产生的小颗粒会直接粘附在保护层上，之后撕除保护层，得到整洁的第二表面，有效的排除了内层短路和微短路导致埋容线路板报废的情况。

示意如下：

３．３　　一种埋容印制电路板的制作方法以及埋容印制电路板（申请公布号　ＣＮ　１０３２９８２７４　Ａ）

来自于北大方正集团有限公司。

电子产品向轻、薄、小型化及美观化发展，对印制电路板的密度和集成度的要求越来越高。为了适应电子产品对印制电路板高集成度的要求，埋入无源器件技术成为印制电路板生产厂家研究的热点所在。埋入无源器件技术将无源元器件集成到印制电路板的表面或内层，能够节省空间，减小印制电路板的面积和层数，缩短讯号传输距离，减少电磁干扰，从而提高印制电路板的集成度、可靠性，以及电气性能。

现有技术中，为了提高埋入电容值，一般会通过减薄电容层中的介质材料的厚度和采用高介电常数的介质材料的方法来实现，使得用于制作埋入电容的电容层的厚度较薄，介质材料的厚度一般小于50微米，因此，埋入电容在加工制作过程中，具有一定的加工难度。例如，目前，主要是采用单面图形转移和双面

图形转移两种方式来形成埋入电容的图形，而由于制作埋入电容的电容层的厚度较薄，为了增加电容层的刚性，在图形转移时，需要先将电容层与刚性板连接，通过刚性板带动电容层，进行埋入电容图形的制作，在图形转移完成后，需将所述刚性板剥离，其操作过程繁杂，耗时较长。

此外，由于电容层的厚度太薄，导致其尺寸稳定性较差，使其在进行前处理、贴膜、曝光、显影、蚀刻等不同的工艺过程中，热膨胀系数不同，以及电容层内的残余应力等因素，都易使电容层产生涨缩，造成印制电路板出现板翘、皱褶变形等现象，降低了印制电路板产品的合格率，以及产品可靠性，从而增加了生产成本。

本发明埋容印制电路板的制作方法，与前述“现有”埋容印制电路板的制作方法相比，优势具体如下：

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3)制得内层埋容芯板，再将其两面同时进行图形制作，膜滚轮温度控制在100~125摄氏度；

4)再将内层埋容芯板进行抽真空压合；

5)抽真空压合，将埋入式电容印制电路板进行锣边、钻孔、表面处理。

(2)根据权利要求(1)所述的埋入式电容印制电路板的制作方法，其特征在于：选用厚度小于等于50微米的内层埋容芯板，最好是介质层厚度为25微米的双面覆铜埋容芯板。

(3)根据权利要求(1)所述的埋入式电容印制电路板的制作方法，其特征在于，裁切FR-4板并蚀刻成光板，最好是0.4~2.0mm 无铜的环氧树脂板。

(4)根据权利要求(1)所述的埋入式电容印制电路板的制作方法，其特征在于：压膜速度最好在1.5~3.0m/min。

(5)根据权利要求(3)所述的埋入式电容印制电路板的制作方法，其特征在于，无铜的环氧树脂光板通过红胶带与内层埋容芯板粘合。

本文较为全面介绍了埋入式电容基板材料的种类及型号特点，重点对三井、3M、杜邦等几家国际知名公司，相关埋容基板材料进行了性能对比。此外，对埋入式电容材料PCB 多层化制造技术进行了阐述。并展示了生益电子、深南电路等几家公司，围绕埋入式电容材料加工申请的专利技术成果。对日渐增多的埋容基板设计运用，具有一定的借鉴意义。

参考文献

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[4] 乐伦等.一种埋入式电容印制电路板的制作方法：中国，CN 107046778 A [P]. 2017-08-15.

[5] 杜红兵等.MC24M 双面蚀刻型埋容材料的应用研究 [J].2014秋季国际PCB 技术/信息论坛，2014,

381~390.

４　结束语

(1)埋入电容图形的形成方式：本发明埋容印制电路板的制作方法，采用了控深切割的方法，在电容层上切割出所需的埋入电容图形，其具有精度高等优点，尤其采用UV 激光切割烧蚀技术的精度更高，同时，还避免了图形转移等湿制程加工，提高了印制电路板的良品率。

(2)层压：本发明埋容印制电路板的制作方法中，电容层已预先和刚性板材层压在了一起，提高了电容层的刚性，避免了介质材料层发生褶皱、变形等不良现象。

(3)可靠性能测试：本发明埋容印制电路板的制作方法的加工工艺简便，其加工过程对产品本身性能没有影响，成品可靠性高。

(4)电容测试：本发明埋容印制电路板的制作方法中，采用控深切割的方法形成埋入电容图形时，控深切割精度高，尤其采用UV 激光切割烧蚀技术进行控深切割时，所形成的埋入电容图形的误差在25微米之内，埋入电容值的精度更高，其埋入电容值的精度可控制在10%以内，甚至可以控制在8%以内。

３．４　一种埋入式电容印制电路板的制作方法（申请公布号　ＣＮ　１０７０４６７７８　Ａ）

来自于吉安满坤科技有限公司。本专利的权利要求书如下。

(1)一种埋入式电容印制电路板的制作方法，选用厚度小于等于50微米的内层埋容芯板，具备步骤为：

1)将内层埋容芯板裁切成电路板的所需尺寸；2)裁切FR-4板，并蚀刻成光板，将其用作内层

埋容芯板的加工用导引板；