高多层PCB（通常指层数≥10层的PCB）是电子信息领域的核心基础元件，广泛应用于服务器、5G通信设备、航空航天及高端医疗仪器等场景。其加工难度远超常规多层板（≤8层），核心挑战在于层间精密对准、内层线路可靠性、高厚径比电镀及多工序协同控制。以下从材料选型、内层制作、层压工艺、钻孔与电镀、表面处理、检测验证六大核心环节，结合专业术语展开解析：
一、材料选型：适配高多层特性的基础载体
高多层PCB对材料性能的要求聚焦于高玻璃化转变温度（Tg）、低热膨胀系数（CTE）、稳定的介电性能（Dk/Df）及耐电压能力，需根据应用场景（如高频、高功率、高可靠性）选择基材组合。
1. 芯板（Core）选择
芯板是高多层的“骨架”，由玻纤布与环氧树脂复合而成，需满足：
Tg值：常规高多层选用Tg≥130℃的FR4（如MEGTRON 6），高频场景（如5G基站）需低Df材料（如Rogers RO4350B，Df≤0.0037）；
厚度均匀性：芯板厚度偏差需≤±5μm（常规板≤±10μm），避免层压后板翘；
耐电压：高压场景（如电源模块）需选用耐电晕材料（如聚酰亚胺基材），击穿电压≥3kV。
2. 半固化片（Prepreg, PP）选择
PP片是层间粘合的关键介质，由未完全固化的环氧树脂与玻纤布组成，其参数直接影响层间结合与介质厚度：
型号匹配：高多层常用7628（厚树脂，适合大间距层）、2116（薄树脂，适合精细线路）或1080（超薄，用于HDI高多层）；
树脂含量（Resin Content, RC）：需与芯板厚度匹配（如芯板厚0.1mm时，PP的RC通常为45%-55%），避免压合后介质厚度不足或溢胶；
预固化度（Flow）：高多层需低流动PP（Flow≤30%），防止压合时树脂流动导致层间错位（“流胶”）。
二、内层制作：高多层精度与可靠性的基石
内层是高多层的核心结构层（通常为偶数层，如4/6/8层芯板），其制作精度直接决定整板层间对准（Registration）质量，关键工序包括图形转移、氧化处理、内层蚀刻。
1. 内层图形转移
将设计文件（Gerber）转化为内层线路图案，采用负片工艺（常规）或正片工艺（精细线路）：
涂覆感光胶：干膜（DF）或湿膜（Wet Film），干膜厚度通常为25μm（精细线路用17μm），需控制贴膜温度（110-130℃）与压力（0.3-0.5MPa），避免气泡；
曝光显影：采用LDI（激光直接成像）替代传统菲林，分辨率可达20μm（线宽/线距≤100μm），曝光能量需根据干膜厚度调整（如25μm干膜能量80-100mJ/cm²）；
关键参数：内层线宽公差需控制在±10%以内（常规板±15%），线距≥3倍线宽（避免侧蚀导致短路）。
2. 内层氧化处理
增强芯板铜面与PP片的结合力，常用黑化（Black Oxidation）或棕化（Brown Oxidation）：
黑化：通过NaOH+KMnO₄溶液氧化，在铜面生成CuO/Cu₂O混合层（厚度0.5-1μm），表面粗糙度Ra=0.8-1.2μm，适用于高Tg材料；
棕化：使用H₂SO₄+K₄[Fe(CN)₆]溶液生成Cu₂O纳米线（厚度0.3-0.5μm），Ra=0.5-0.8μm，更环保且与低CTE材料兼容性更好。
3. 内层蚀刻
去除未曝光的铜层，形成内层线路，需控制：
蚀刻因子（Etch Factor）：线宽/侧蚀量≥3:1（常规板2:1），避免线路变细（侧蚀率≤15%）；
微蚀控制：蚀刻后需进行微蚀（过硫酸钠+硫酸），去除氧化层并粗化铜面（Ra=0.3-0.5μm），为外层图形转移做准备。
三、层压工艺：多层级联的“粘合艺术”
层压是将内层芯板与PP片交替堆叠，通过高温高压固化形成整体结构的过程，高多层（如16层）需分多次压合（如“2+2→4+4→8+8”），核心难点是层间对准精度与介质厚度均匀性。
1. 叠层设计（Stack-Up）需满足：
对称性：芯板与PP片需对称分布（如第1层与第16层材料相同），避免压合后板翘（Warpage）；
介质厚度匹配：总介质厚度=ΣPP厚度+芯板厚度，需根据阻抗要求计算（如50Ω差分线需控制介质厚度±5%）；
工艺边与定位孔：边缘预留5-10mm工艺边（含定位孔、Mark点），孔径公差±0.05mm（确保压合时各层对准）。
2. 压合参数控制
温度：环氧树脂固化温度通常为170-180℃（酚醛树脂150-160℃），升温速率≤5℃/min（避免PP片提前流动）；
压力：初始压力0.5-1MPa（排出空气），峰值压力3-5MPa（确保粘合），保压时间60-120分钟（树脂完全固化）；
真空度：真空≤-0.09MPa（防止气泡残留，高多层真空度要求比常规板高20%）。
3. 层间对准（Registration）
采用激光对位系统（如Orbotech的Laser Alignment），测量各层Mark点（通常4个/层）的偏移量，公差需≤±25μm（HDI高多层≤±15μm），超差需重新调整叠层顺序。
四、钻孔与电镀：贯穿层间的“电气桥梁”
高多层的钻孔与电镀需应对高厚径比（Aspect Ratio, AR=孔深/孔径）与多芯板叠加的挑战，关键工序包括机械钻孔、激光盲孔、全板电镀（PTH）、图形电镀。
1. 钻孔工艺
机械钻孔：用于通孔（Through Hole），孔径≥0.2mm（≤0.1mm需激光钻孔），需控制：
钻头材质：硬质合金（WC-Co）或涂层钻头（TiN/TiAlN），提升耐磨性；
钻孔参数：转速S=100,000-200,000rpm（小孔径），进刀量F=0.01-0.03mm/r（避免断刀）；
孔壁质量：粗糙度Ra≤3μm（常规板Ra≤5μm），避免电镀后出现“空洞”。
激光盲孔（Laser Via）：用于HDI高多层（如10层以上的盲埋孔），采用UV激光（波长355nm）或CO₂激光（波长10.6μm），孔径0.05-0.2mm，需控制：
热影响区（HAZ）：≤50μm（避免烧蚀内层线路）；
孔型：锥度≥10°（确保电镀填孔效果）。
2. 全板电镀（PTH）
在孔壁沉积薄铜（约0.5-1μm），使绝缘孔壁导电化，高多层需解决厚径比导致的电镀不均问题：
电流密度：1.5-3A/dm²（常规板1-2A/dm²），高厚径比（AR≥10:1）需提升至3-5A/dm²；
添加剂：使用整平剂（如聚乙二醇PEG）、加速剂（如氯离子Cl⁻）、抑制剂（如硫脲），抑制“狗骨”（Dog Bone）效应（孔口铜厚＞孔中心）；
厚度控制：孔铜厚度≥0.8mil（1mil=25.4μm），面铜厚度≥1mil（根据IPC-6012标准，高多层需≥1.5mil）。
3. 图形电镀
在已蚀刻出外层线路的铜面上加厚镀铜（至目标厚度，如2oz基材需镀至3oz），再镀锡保护线路：
阳极选择：高电流密度用钛篮装磷铜球（纯度≥99.9%），低电流密度用可溶性阳极（铜板）；
厚度均匀性：整板铜厚偏差≤±5%（常规板≤±10%），需定期测量（如X-Ray测厚仪）；
锡层厚度：8-12μm（保护线路，防止蚀刻过度）。
五、表面处理：提升可焊性与防护性的“最后一关”
高多层的表面处理需兼顾可焊性、耐黄变、耐指纹等需求，常用工艺包括化学沉镍金（ENIG）、化银（Immersion Ag）、OSP（有机可焊性保护剂），其中ENIG因平整度高（Ra≤0.05μm）最适用于高多层精密元件（如BGA、QFP）。
1. 化学沉镍金（ENIG）
镍层：厚度3-5μm（防止铜扩散至金层），需控制pH值（4.5-5.5）、温度（80-85℃），避免“黑盘”（Black Pad，因镍层磷含量异常导致）；
金层：厚度0.05-0.1μm（仅需覆盖镍层表面），超厚金（＞0.15μm）会导致焊接脆性；
成本：占比高多层总成本的15%-25%（金价波动影响大）。
2. OSP（有机可焊性保护剂）
原理：在铜面形成一层有机膜（如苯并咪唑衍生物），厚度0.2-0.5μm，保护铜面不被氧化；
优势：成本低（1-3元/㎡）、表面平整（适合细密引脚）；
局限：防护期短（仅1-3个月），需严格控制存储环境（湿度≤40%，温度≤25℃）。
六、检测验证：确保高多层可靠性的“最后防线”
高多层需通过多维度检测验证性能，关键项目包括层间对准、电气性能、机械强度、可靠性。
1. 层间对准检测（Registration Check）
工具：X-Ray钻孔机（如Hitachi X-6000），测量各层Mark点的偏移量；
标准：内层对准公差≤±25μm，外层对准≤±15μm（HDI高多层≤±10μm）。
2. 电气性能检测
阻抗测试：使用TDR（时域反射计）测量差分线/单端线的阻抗（如50Ω±5%，100Ω±5%）；
耐压测试：按IPC-TM-650标准，施加1.5倍额定电压（如100V板测试150V），持续1分钟无击穿。
3. 机械性能检测
板翘检测：使用板翘仪（如IPC-6012标准），翘曲度≤0.5%（常规板≤1.0%）；
热冲击测试：-40℃~125℃循环500次，无分层/开裂（高Tg材料需通过1000次循环）。
4. 可靠性检测
冷热循环：-55℃~125℃循环1000次，线路无断裂；
湿热老化：85℃/85%RH环境下放置1000小时，绝缘电阻≥100MΩ（常规板≥50MΩ）。
总结：高多层PCB加工的核心逻辑
高多层PCB的加工是材料-工艺-设备-检测的系统性工程，其关键在于通过精密层压控制层间结合、高厚径比电镀保障电气连通、激光/VDI对位提升对准精度，最终实现“高可靠性、高集成度、高稳定性”的性能目标。随着5G/6G、AI服务器等技术的发展，高多层PCB正朝更高层数（≥20层）、更细线路（≤50μm）、更低Df（≤0.002）方向演进，推动加工工艺持续创新。
