樹脂塞孔空洞產(chǎn)生原因及改善對策

楊烈文 劉 攀

（廣州興森快捷電路科技有限公司，廣東 廣州 510063）

（深圳市興森快捷電路科技股份有限公司， 廣東 深圳 518057）

1 前言

印制線路板的密度不斷提高，原本不斷縮小的孔徑、間距、線寬的平面密度而趨于瓶頸，增加立體密度越來越受青睞。在此基礎(chǔ)上，塞孔上鍍銅（POFV：Plating over filled via）與疊孔的設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生（圖1）。此設(shè)計(jì)的出現(xiàn)，使得樹脂塞孔工藝成為必須的流程。

圖1 樹脂實(shí)際應(yīng)用效果

目前樹脂塞孔流程上一般是內(nèi)層芯板孔金屬化后，利用專用的樹脂油墨將孔內(nèi)填充，固化后使用專用陶瓷、高切削不織布刷輥或砂帶進(jìn)行研磨整平，將多余樹脂去除，然后進(jìn)行后續(xù)的圖形制作。樹脂塞孔的主要缺陷有：凹陷、空洞、裂紋。其中凹陷可通過控制塞孔飽滿度解決，裂紋一般與樹脂自身成分及固化參數(shù)相關(guān)，在此不做討論；而對于空洞，當(dāng)其位于孔口時(shí)，研磨后空洞破裂產(chǎn)生凹陷（圖2），嚴(yán)重影響塞孔的可靠性。故文章研究重點(diǎn)為塞孔空洞，對影響塞孔空洞的各種因素進(jìn)行分析與試驗(yàn)驗(yàn)證，找出了影響塞孔空洞的主要因素，并總結(jié)了塞孔空洞的控制方法。

圖2 塞孔凹陷平面與切片圖

2 塞孔空洞影響因素分析

塞孔空洞實(shí)際上為孔內(nèi)樹脂包夾有氣泡，固化時(shí)氣泡未溢出而形成塞孔空洞。塞孔過程本身比較簡單，根據(jù)其整個(gè)塞孔流程，與塞孔質(zhì)量有關(guān)的因素有：

塞孔參數(shù)：塞孔速度、壓力等影響下油量。

網(wǎng)版目數(shù)：影響下油量，T數(shù)越小網(wǎng)紗越粗，總體下油量越大，但小孔位置可能會(huì)被網(wǎng)紗堵孔無法下油，導(dǎo)致塞孔不良。

固化方式：固化溫度與時(shí)間參數(shù)影響固化效果。

放板方式：分為水平與垂直，固化時(shí)樹脂處于不同的流動(dòng)狀態(tài)，可能對固化效果產(chǎn)生影響。

塞孔方式：通常有三種方式（網(wǎng)版塞孔、鋁片塞孔、真空塞孔），三種方式主要有二個(gè)方面的差異：塞孔介質(zhì)（無網(wǎng)紗）、塞孔環(huán)境（是否真空）。

塞孔樹脂處理方式：通常樹脂會(huì)重復(fù)使用，但在塞孔過程中，樹脂內(nèi)部會(huì)殘留氣泡。重復(fù)使用的樹脂脫泡與不脫泡，理論上塞孔效果是有差異的。

故根據(jù)以上幾個(gè)方面進(jìn)行分析驗(yàn)證，找出影響塞孔氣泡的因素。

3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1）試驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容。結(jié)合上面分析，將影響因素納入測試范圍，內(nèi)容如表1。

表1 塞孔試驗(yàn)設(shè)計(jì)

（2）試驗(yàn)材料。板材：FR-4，壓板板厚：2.4 mm，通孔孔徑：0.2 mm，盲孔孔徑：0.1 mm。數(shù)量24片。

（3）圖形設(shè)計(jì)。每片板9個(gè)單元，每個(gè)單元2種孔類型（0.1 mm激光盲孔，0.2 mm通孔），每種孔400個(gè)孔，成矩陣排列。如圖3。

（4）試驗(yàn)主要流程：開料→棕化→層壓→激光鉆孔→鉆孔→沉銅1→電鍍1（最小18um，平均20 μm）→樹脂塞孔→固化→陶瓷磨板→沉銅2→電鍍2。

（5）確認(rèn)方式：打切片，用顯微鏡觀測。

4 試驗(yàn)結(jié)果

（1）不同網(wǎng)紗目數(shù)、塞孔參數(shù)測試結(jié)果，見表2。

表2 不同網(wǎng)目和塞孔參數(shù)測試結(jié)果

小結(jié)：網(wǎng)版目數(shù)、塞孔參數(shù)對塞孔空洞影響較小，塞孔后均有大量空洞，空洞位置不固定，孔內(nèi)孔口均有空洞。

（2）不同固化與放板方式測試結(jié)果，見表3。

表3 不同固化與放板方式測試結(jié)果

小結(jié)：固化方式對塞孔空洞基本無影響，放板方式對空洞有一定影響(水平放置空洞量略少)，但效果不明顯。

（3）不同塞孔方式測試結(jié)果，見表4。

表4 不同塞孔方式測試結(jié)果

小結(jié)：采用回收樹脂，三種塞孔方式均會(huì)產(chǎn)生空洞；不同塞孔方式，塞孔空洞有很大差異，空洞嚴(yán)重程度從小到大：真空塞孔＜鋁片塞孔＜網(wǎng)版塞孔。

（4）不同塞孔樹脂處理方式測試結(jié)果，見表5。

表5 不同塞孔樹脂處理方式測試結(jié)果

小結(jié)：采用真空塞孔機(jī)，對于新開罐樹脂與真空脫泡后的回收樹脂，均無空洞。對于未經(jīng)脫泡的回收樹脂，孔內(nèi)有少量空洞，孔口位置未發(fā)現(xiàn)空洞。由于測試數(shù)據(jù)量有限，不能說明未脫泡樹脂不會(huì)產(chǎn)生孔口空洞。

（5）測試小結(jié)：

①塞孔參數(shù)、網(wǎng)版目數(shù)、固化及放板方式等，對塞孔空洞的影響很?。?/p>

②采用真空震蕩脫泡，可以去除樹脂內(nèi)部包夾的空氣，對塞孔氣泡有很大的改善效果；

③不同的塞孔方式，對塞孔空洞有很大影響，真空塞孔的效果最好，其余塞孔方式均有不同程度的空洞；

④采用真空塞孔+新樹脂或脫泡后的樹脂，無塞孔空洞。

5 空洞產(chǎn)生機(jī)理分析

試驗(yàn)結(jié)果為不同的塞孔方式及塞孔樹脂處理方式，塞孔空洞嚴(yán)重程度相差很大?？斩串a(chǎn)生機(jī)理是什么？為何會(huì)有差異？

目前行業(yè)塞孔主流方式為網(wǎng)版/鋁片塞孔，以下就此塞孔方式產(chǎn)生空洞（氣泡）的機(jī)理進(jìn)行了分析。

（1）在塞孔過程中，樹脂處于空氣中并隨刮膠的動(dòng)作而反復(fù)運(yùn)動(dòng)，空氣逐漸與樹脂混合，并被樹脂包夾形成氣泡，一旦隨著刮膠塞孔動(dòng)作進(jìn)入孔內(nèi)/孔口，產(chǎn)生塞孔氣泡。

（2）樹脂的粘度較大、流動(dòng)性較小，印刷前，樹脂為一個(gè)整體。在刮膠壓力作用下，樹脂通過紗網(wǎng)絲徑時(shí)被分散，進(jìn)入孔時(shí)又被合并，在此過程中，樹脂會(huì)包夾氣體，固化后形成空洞（圖4）。

圖4 樹脂會(huì)合夾氣體

網(wǎng)版/鋁片塞孔氣泡產(chǎn)生機(jī)理為：在塞孔過程中，樹脂與空氣不停地接觸，空氣被包夾在樹脂內(nèi)，導(dǎo)致塞孔后停留在孔內(nèi)。對于網(wǎng)版塞孔，由于樹脂通過絲網(wǎng)時(shí)被分散，進(jìn)入孔時(shí)又被合并，其塞孔氣泡的數(shù)量相對鋁片塞孔要多一些。

而對于真空塞孔機(jī)，塞孔過程為真空狀態(tài)，樹脂不會(huì)與空氣接觸，樹脂中不會(huì)包夾氣泡，因而不會(huì)產(chǎn)生塞孔氣泡。當(dāng)然，所謂的真空并不是絕對的，實(shí)際上還是有微量空氣，且在樹脂回收過程中，存在人工攪拌的動(dòng)作，樹脂中也會(huì)帶入微量氣泡。因此，樹脂未經(jīng)脫泡重復(fù)使用，真空塞孔也會(huì)存在少量塞孔氣泡。

6 結(jié)論與建議

（1）塞孔參數(shù)、網(wǎng)版目數(shù)、固化方式及固化放板方式等，對塞孔氣泡改善無明顯效果；

（2）采用真空震蕩脫泡，可以去除樹脂內(nèi)部包夾的空氣，對塞孔氣泡有很大的改善效果；

（3）根據(jù)空洞產(chǎn)生機(jī)理及試驗(yàn)結(jié)果，對于普通塞孔方式，難以從根本上解決塞孔空洞問題；采用真空塞孔，能極大地減少樹脂內(nèi)的氣泡，對塞孔氣泡有很大改善作用。

綜上，采用真空塞孔，并對回收樹脂進(jìn)行真空脫泡，能從根本上改善塞孔氣泡，對于保證FOFV與疊孔設(shè)計(jì)的可靠性，有很大幫助。當(dāng)然，真空塞孔也有不足之處，其生產(chǎn)效率與樹脂利用率較低，導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高。對于普通盲埋孔板，由于塞孔位置不存在焊接或疊孔，塞孔氣泡的存在，對品質(zhì)影響不大，采用普通塞孔方式即可滿足品質(zhì)要求。因此，可根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，選擇合適的塞孔設(shè)備/方式。