随着5G网络的快速发展，5G天线模块的需求越来越多，为满足其特殊性能，部分天线模块设计厚度已达到11.5mm以上；针对此类超厚板，在层压、钻孔、线路及CNC等工序均面临较大的技术瓶颈。本文从叠层设计优化入手，采用两次分压子部件并提前做好线路及表面处理，然后总压钻孔，再采用二次内定位成型等技术，有效实现了11.5mm超厚板的批量加工，满足了客户特种需求。
5G网络作为第五代移动通信技术，其最高理论传输速度可达每秒数10Gb，这比目前4G网络的传输速度快数百倍；由于其高速率、低时延、低功耗的特点，未来将渗透到物联网及各行各业，与工业设施、医疗仪器、交通工具等深度融合，有效满足工业、医疗、交通等垂直行业的多样化业务需求。同时随着5G网络时代的快速来临，其核心部件 5G天线模块的需求也越来越多，为满足其特殊性能，部分天线模块设计厚度已达到11.5mm以上；针对此类超厚板，在层压、钻孔、电镀、线路及CNC等工序均面临较大的技术瓶颈。本文从叠层设计优化入手，采用两次分压子部件并提前做好线路及表面处理，然后总压钻孔、再采用二次内定位成型等技术，有效实现了11.5mm超厚板的批量加工，满足了客户特种需求。
超厚5G天线模块加工工艺分析
该产品的关键技术难点涉及5大块，包括：(1)超厚板盲埋孔+背钻+树脂塞孔技术；(2)超厚板层压技术；(3)超厚板二钻精度控制技术；(4)超厚板表面处理工艺；(5)超厚板外形加工技术。
针对这些难题，需要对产品结构优化以满足可制造性。客户设计线路为6层，使用4张高频材料对压，成品板厚为11.44mm，考虑到天线模块的设计指标，各层介质厚度无法降低。
客户原设计金属化通孔+背钻，考虑到11.5mm超厚板压合后在沉铜/电镀/线路/蚀刻/阻焊等工序的困难度，经分析网络连接后，建议客户将原L36+L13背钻取消，更改为L13+L46盲孔互连，结构优化后两次分压厚度为6.7mm+4.3mm，其电镀难度大大降低，且盲孔设计比背钻更利于高频信号传输，如下图1所示。考虑到总压后阻焊及表面处理制作困难，特将流程优化到分压后制作完成，即总压后无需再做阻焊及表面处理。
经上述工艺优化后，11.5mm天线模块加工基本有了可制造性。
图1 优化为两次盲孔分压再总压结构
产品制程设计
超厚板两次盲孔分压
对两次盲孔分压流程设计如下：
①盲孔L1/L3+背钻+树脂塞孔(使用X公司高速板材与高速PP，子部件板厚6.7mm)
流程：内层L10+L23制作→ L1/L3分压 →钻孔→等离子→ 沉铜→一铜
背钻→树脂塞孔→内线酸蚀→内层蚀检
②盲孔L4/L6制作+树脂塞孔(使用X公司高速板材与高速PP，子部件板厚4.3mm)
流程：内层L5/6常规流程制作→L4/L6分压 →钻孔→等离子→沉铜→一铜
→树脂塞孔→内线酸蚀→内层蚀检
考虑到总压后整体板厚达到11. 5 mm左右，在此厚度下制作阻焊及表面处理非常困难，为此特将流程优化到分压后/总压前制作完成，即总压后无需再做阻焊及表面处理。
此外层压的板边还要设计两组铆合定位孔，便于后续压板可进行精确对位，如下图2所示。
图2 板边两组铆合定位孔设计
总压前还要进行沉边处理，沉边后用8mm长度铆钉即可满足铆合要求。
①L1/3板厚6.7mm，从顶层长边沉边深度3.2mm, 余厚3.5 mm。
②L4/6板厚4.3mm，从底层长边沉边深度2.3mm，余厚2.0mm。
完成总压后进行切片分析，可见切片层间偏移在4.0mil以内，符合客户要求，效果如下图3所示。
图3 总压后对位切片图
超厚板二钻精度控制
客户对定位精度有特殊要求，孔中心位置偏差要求按±0.05mm控制。因此需要预钻小孔，使内层盲孔制作时先预钻小孔，以减少总压钻通孔的阻力，降低断刀风险。同时采用板边菲林孔定位测量涨缩，为钻孔文件提供精确的尺寸涨缩信息。最后在钻孔加工过程中，要使用刃长12mm直径1.65mm新钻刀，一步下钻方式，一次钻透NPTH安装孔，防止分步钻孔造成精度偏差，效果如下图4所示。
图4 二钻后隔离环无明显偏移
超厚板外形加工及热冲击效果
由于成品板过厚，需要采用正反控深铣的方式加工，外形设计顶层、底层两组文件，从正、反两面各控深6mm做外形加工。此外定位方式以板内1.65mm-NPTH孔做内定位，防止外形偏移。完成加工后检测外形，设计尺寸为32.5mm*32.5mm*11.4mm，实际检验尺寸偏差≤0.10mm，板边光滑平整，符合品质要求，如下图5、图6所示。
图5 外形后边缘质量 图6 外形尺寸测量
对成品进行耐热性测试，在热冲击条件288℃/10S/3次条件下，未出现分层爆板现象。
图7 热冲击无爆板分层（热冲击条件288℃/10S/3次）
总结
本文提供了一种11.5mm超厚板的生产加工方法，并通过工艺改进，有效解决了业界常见的技术难题：
1、超厚板层压技术：常规水平线加工板厚上限在7.0mm左右，本次通过结构优化，将通孔+背钻优化为两次盲孔分压，有效满足了超厚板的层压、电镀及蚀刻要求。
2、超厚板表面处理工艺：通过流程优化，将阻焊及表面处理优先在盲孔子部件时制作完成，大大降低了表面处理的工艺难度。
3、超厚板二钻技术：将分步下钻改为预钻小孔+一次下钻11.5mm通孔、确保孔位精度控制。
4、超厚板成型技术：采用内定位+正、反控深铣，保证外形公差在±0.10mm以内。
作者：石学兵 唐宏华 樊廷慧 陈春
本文首发于《印制电路信息》 2018年11月 第26卷 总第316期
石学兵
现任金百泽科技NPI工程师
从事PCB行业工作17年
