埋入式电容工艺

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生益电子埋入式电容工艺1 内容1.发展背景2.埋入式电容工艺主要优缺点3.制作方式4.目前埋入式电容工艺发展及应用情况5.生益电子在埋入式电容工艺方面研发u开始时间u工艺方式2 内容u选用材料u测试版设计u制作能力u总结6.埋入式电容设计建议3 发展背景1.表面电容器SMT电容器元器件焊盘电容与器件间引线电地层4 发展背景2.PCB表面电容器的作用电容是保证PCB质量的关键，处理器内部工作时，三极管导通与截止瞬间会因起电源电流变化，当信号通过PCB相邻线时，发生感应而引起内部干扰，影响信号传输的品质。电容器具有储存电荷作用，可将高频噪音以能量暂存方式予以吸收，从而降低系统电源波动，保证信号传输的完整性。5 发展背景3.埋入式电容发展必然性u电子产品高频、高性能化的加剧，内部干扰日益严重，要求更多的电容器u电子产品的小型化，电容的集成化，使埋入式电容成为必要u埋入式电容引制电路板是集成元件板（ICB）的一种。是由美国的一家PCB公司ZYCON于1992年最先提出的（BuriedCapacitor）6 发展背景4.埋入式电容电源层焊盘元器件接地层信号层埋入式电容电介质层7 埋入式电容工艺主要优缺点1.优点u埋入式电容可以有效的减小PCB的尺寸，降低成品成本u由于电容为埋入式使表面焊点的数量大大减少因而增加了产品的可靠性u埋入式电容能增强电路的电器性能，减少电信号传输的噪音及高频震荡等。8 埋入式电容工艺主要优缺点2.缺点u埋容材料厚度较薄，一般电解质厚度仅为0.55mil或1mil，且电解质层中未填加任何增强材料，极易产生折痕或铜面凹痕，在某些生产线生产时必须使用导引板（LeaderBoard）或边框（Frame）辅助生产。u制作流程中易引起电容波动，不易控制9 制作方式1.方式目前埋入式电容的制作工艺主要有网印膜厚法，半导体薄膜法，及层压电容材料法等，层压材料法工艺现对来讲简单，易于控制，成本相对较低，是很有前途的技术。10 制作方式2.电容计算电容计算公式：法拉第定律C=εr*ε0*A/t，εr为材料介电常数，ε0为真空介电常数=2.25*10-3Coulomb/（Nin2）=8.85*10-12Coulomb/（Nm2），A为电容器的正对面积即电容的设计面积，t为两极间距离即电解质层厚度，(1)对于HK4而言，主要物理性能：介电常数3.5；电容密度0.8nF/Inch2。HK4的电解质层厚度为1mil。HK4埋电容材料的理论电容值计算公式按英制单位可转化为：C（pF）=0.8*A/1000(2)对于C-PLY而言，主要物理性能：介电常数16；电容密度6.4nF/Inch2。C-PLY电解质层厚度为0.55mil。C-PLY埋电容材料理论电容值计算公式按英制单位可转化为：C（pF）=0.2247Dk·A/t=6.4*A/1000（C—电容值，单位pF；Dk—介电常数；A—电极面积，单位in2；t—埋电容介质厚度，单位mil）11 埋入式电容工艺发展及应用u发展情况在国外，埋电容技术已有近15年的历史，目前在国内已有部分PCB制造厂家小批量制作，这说明埋电容技术日益成熟。u应用情况高档计算机、电信、检测、军事和航空、汽车等行业。12 生益之埋入式电容工艺1.开始时间(1)2004.6生益公司开始从事埋入式电容工艺的研发，采用DUPONT公司的InterraTMHK4系列埋容材料。(2)2005.8采用3M公司的C-PLY埋容材料进行层压材料法工艺制作埋容板。通过多次制作样板，我们积累大量的经验，具备大批量制作能力。(3)2008.4采用OAK-MITSUI公司的FaradFlexBC12TM制作埋容板，我司具备用此材料批量制作能力。13 生益之埋入式电容工艺2.工艺方式生益研发的埋入式电容工艺是采用层压材料法工艺，目前主要用3MC-PLY埋容材料材作埋容板。目前对于3M之C-Ply埋容材料，其常规尺寸主要有以下几种：18″×24″、18″×16″、18″×12″、19″×24″、19″×16″、19″×12″。14 生益之埋入式电容工艺3.选用材料3.1材料1:采用的层压材料是3M公司的C-Ply埋电容材料。该材料为陶瓷/环氧的压延铜覆铜板。陶瓷/环氧电解质具有优良的耐热性和良好的高频性、抗辐射性等特点，广泛的应用于高性能材料领域及军事科研领域。C-Ply使用的陶瓷/环氧电解质厚度仅为0.55mil，且电解质层中未填加任何增强材料，极易产生折痕或铜面凹痕，在某些生产线生产时必须使用导引板（LeaderBoard）或边框（Frame）辅助生产。15 生益之埋入式电容工艺3MTMEmbeddedCapacitorMaterialKeypropertiesAttributeValueCapacitance/area6.4nF/in2DielectricConstant16DielectricThickness14um(0.55mil)Dielectricloss@1GHz0.03ResinsystemEpoxy,ceramicfillerFreq.,Voltage,TemperatureMeetsX7RDielectricStrength~130V/umBreakdownVoltage>100V,>250V*CopperThickness35um(1.4mil)FlammabilityRating94V-016 生益之埋入式电容工艺C-Ply的结构示意图项目性能介电层材Ceramicfilled压延铜1OZ料及厚度epoxy，14umCeramicfilled介电常数16epoxy，14um表面铜厚1Oz压延铜1OZ备注较软，易折17 生益之埋入式电容工艺3.3材料2:采用的层压材料是OAK-MITSUI公司的FaradFlexBC12TM埋电容材料。BC12TM是环氧树脂加BaTiO3陶瓷填料。铜箔采用DFF铜箔，与绝缘介质的接触面采用特殊的表面处理技术，以增强结合力。BC12TM使用的陶瓷/改性环氧电解质厚度仅为0.47mil，电解质层中未填加任何增强材料，极易产生折痕或铜面凹痕。18 生益之埋入式电容工艺材料特性参数项目性能绝缘层厚度12um（0.47mil）电容密度（nF/in2）4.48介电常数(1MHz)10FilledModified树脂体系Epoxy损耗角正切值(1MHz)0.019介电强度(kv/mil)5.8PeelStrength(lbs/in)＞4Capacitancetolerance7%耐电压500V19 生益之埋入式电容工艺材料结构示意图20 生益之埋入式电容工艺uHDI板压板结构如下：21 生益之埋入式电容工艺u普通多层（非HDI）压板结构如下：22 生益之埋入式电容工艺4.测试版设计u一块板一个单元，一个单元内共设计6组电容，4组正方形电容，2组圆形电容，每组共有21个电容，整个单元内共有6*21=126个电容。电容边长大小从5mil、10mil、20mil、30mil、40mil、50mil到2000mil，电容大小从0.02pF、0.08pF、0.31pF、0.71pF、1.26pF、1.97pF到3145.8pF.u圆形电容与对应之正方形电容面积一致，正方形与圆形电容，大电容与小电容相间排列，避免排列不当带来的偏差。u电容底电极较顶电极单边大4mil，计算理论电容值时以顶电极面积为准来计算。u底电极与顶电极的引线线宽均为4mil，测试PAD直径为40mil，导通孔孔径为0.4mm。u每个电极旁均加一条4mi独立线，以方便蚀刻时测试及控制电极面积。u每一层均加独立标靶，以方便测量压板前后的板材收缩系数。FR4H/1oz4mil底电极顶电极23 生益之埋入式电容工艺5.测试电容设备Agilent4284APrecisionLCRMeter24 生益之埋入式电容工艺u3.85pF以上的成品电容制作稳定性（极差/理论值）均能作到±4%以内，电容值越大制作稳定性越高；u3.85pF~6.37pF之间的成品电容制作合格率按理论值的±10%控制可以达到90%以上，6.37pF以上的成品电容制作合格率可以达到100%且Cp和Cpk均可达到1.00以上。u为了使电容制作值更加接近设计值以提高合格率和制作精度我们由成品的实测电容总结出的实际制作菲林补偿可以预先补偿制作的偏差。25 生益之埋入式电容工艺6.1C-PLY制作难点Ø板薄,无玻纤类增强材料,在内层制作采用特殊设备特殊方法参数控制.Ø吸水率0.48%,抗剥离强度低:BO/BR后ML后钻孔后喷锡前物理测试前OEM装配前均需要烘板除水汽增强结合力.Ø该埋容材料伸缩大,需与配套的FR4芯板确定合适预补偿系数.Ø该埋容材料对层压条件要求特殊,层压料温需小于195℃,对于低层板,升温速率不能太快.26 生益之埋入式电容工艺6.2FaradFlexBC12TM制作难点•材料较薄，生产时易折板，材料伸缩较难控制•由于按正常芯板两面图形同时制作有困难，重合度较难控制•环氧树脂中陶瓷填料的使用，铜箔与树脂结合力差，易出现分层问题27 生益之埋入式电容工艺7.性能测试1）选取试板288℃10秒浮锡5次，切片均未发现有分层，起泡。2）无铅回流焊5次不分层。3）耐电压测试：100VDC*30sec,以20V/sec速率升压到100V，稳定30sec。导体间没有闪光、火花或击穿，电阻大于100M欧姆。28 生益之埋入式电容工艺8.总结29 BC12TM、C-Ply可制造性对比分析•工艺方面：BC12TM可以根据PCB厂配置的设备情况选择单面/双面蚀刻，2次/1次压合（普通埋容PCB）。SYE双面蚀刻是可行的，对准度能力强于C-PLY。•可操作性方面：BC12TM可操作性强于C-PLY；•可靠性方面：在同等条件下可靠性BC12TM强于C-PLY，HI-POT耐压能力方面BC12TM强于C-PLY。•专利技术方面：C-PLY不需要专利；而BC12TM需要向SANMINA申请专利。30 包装、存储、使用注意事项一.包装方法1.采用两次包装，先气泡膜真空包装,再套铝箔袋真空包装。2.内包装：5PCS成品PCB包1包；.每包之间用海绵分隔,3.装箱后在包装纸箱上贴上“埋容”标签标识。4.装箱：箱内四周虚位用泡沫填实（至少三层泡沫）5.各个步骤需轻拿轻放避免损坏。31 包装、存储、使用注意事项二．包装、储存条件1.包装间、成品仓温度:16-27℃，相对湿度:≤60%.2.储存期为6个月,6个月以上需做可靠性评估。3.装有PCB的真空包装和纸箱必需放置在货架上,离地面≥50cm,离墙面≥10cm.4.包装间、成品仓温度和相对湿度QA/QC需连续监控，必需保证。32 包装、存储、使用注意事项三．客户需注意事项1.客户仓库、车间温度:16-27℃,相对湿度:≤60%,连续监控。2.装有PCB的真空包装和纸箱必需放置在货架上,离地面≥50cm,离墙面≥10cm.3.收货后4H内进仓库，各个步骤需轻拿轻放避免损坏。4.客户.收货时、使用前全检包装破损,包装袋有破损客户通知供应商处理.5.使用前检查储存时间，要求储存时间≤6个月，若超过6个月需做可靠性评估，评估OK后才能使用，否则做报废处理。6.客户12H内需完成两面贴装，.拆真空包装后预计12H内不能完成贴装需重新真空包装存放。7.8H内不能完成第二面贴装的需重新真空包装后存放。8.重新拆包使用时对于表面处理是ENGI/PGP/HAL的光板PCB需先进行120℃/4.5H烘板处理。33 埋容板设计建议1）埋容层避免出现大面积无铜区；2）埋容层避免出现大面积无孔区域（面积大于2×2英寸的区域需有孔设计），如果出现大面积区域无孔设计，可以在此区域内适当见dummyanti-pad。3）对于非HDI板，埋容层需设计在第2、3层和n-2、n-3层；对于HDI板，埋容层需设计在3、4层和n-3、n-4层。34 THEENDTHANKS35