干膜法在選擇性樹脂塞孔工藝中的應(yīng)用研究

葉非華 楊烈文 劉 攀（廣州興森快捷電路科技有限公司，廣東 廣州 510663）

干膜法在選擇性樹脂塞孔工藝中的應(yīng)用研究

Paper Code: S-053

葉非華 楊烈文 劉 攀
（廣州興森快捷電路科技有限公司，廣東 廣州 510663）

樹脂塞孔工藝中，經(jīng)常遇到由于板面凹凸不平導(dǎo)致樹脂固化后難以打磨的情形。為去除板面凹處樹脂，反復(fù)多次磨板極易導(dǎo)致板面露基材；手動打磨，費(fèi)時(shí)費(fèi)力并且效率低。為此，本文采用在板面貼干膜的方法進(jìn)行選擇性樹脂塞孔。研究了高溫烘烤對干膜物理和褪膜性能的影響，探討了樹脂與干膜表面的作用機(jī)理，明確了磨板過程對后續(xù)褪膜的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：通過貼干膜可以有效保護(hù)板面粘上多余的樹脂，高溫烘烤對干膜本身褪膜性能沒有明顯影響，高溫固化時(shí)干膜與樹脂的接觸面發(fā)生了一定程度的共混和化學(xué)反應(yīng)，磨板時(shí)必須將干膜表面的殘留樹脂層以及干膜與樹脂接觸面的共混層都去除干凈，才能保證后續(xù)褪膜的順利進(jìn)行。

選擇性樹脂塞孔；干膜；磨板；褪膜

1 背景

隨著樹脂塞孔工藝越來越廣泛的應(yīng)用，樹脂固化后去除板面殘留樹脂成為困擾生產(chǎn)的一個重要問題。由于這種工藝所使用樹脂本身特性的緣故，樹脂在固化后非常堅(jiān)硬，去除板面殘留樹脂時(shí)十分困難。特別是對于厚銅板、高層板等，往往由于內(nèi)層銅厚較厚、圖形設(shè)計(jì)復(fù)雜、層數(shù)多等等原因，使得壓合后板面呈凹凸不平狀，從而導(dǎo)致樹脂塞孔后殘留在板面凹處的樹脂難以打磨干凈。如圖1所示。LDI干膜（稱為干膜A），40 μm普通菲林干膜（稱為干膜B），50 μm厚干膜（稱為干膜C）和另一種50 μm厚干膜（稱為干膜D）。其中A和B，C和D均為不同

圖1 板面凹凸不平導(dǎo)致打磨困難

近年來，針對樹脂塞孔板固化后如何快速，方便的去除板面殘留樹脂，吸引了越來越多的業(yè)內(nèi)同行進(jìn)行研究。劉東[1]公開了一種對線路板導(dǎo)電孔進(jìn)行樹脂塞孔的制造工藝，通過在板面貼干膜并開窗露出需要樹脂塞孔的孔，在樹脂塞孔后，先低溫烘烤預(yù)固化樹脂，再打磨去除板面殘留樹脂并褪膜，最后高溫烘烤將樹脂終固化，該工藝通過控制樹脂固化程度降低樹脂的打磨難度以及高溫對干膜褪膜性能的影響。李沖[2]等針對具有階梯結(jié)構(gòu)的PCB板的真空塞孔流程，采用貼膜—塞孔—打磨—去膜工藝，對比研究了聚酯膜和干膜對凹陷樹脂打磨的改善效果，針對干膜褪膜困難的現(xiàn)象提出了采用高濃度強(qiáng)堿進(jìn)行褪膜的措施。肖璐[3]等對傳統(tǒng)POFV（Plating Over Filled Via）工藝進(jìn)行優(yōu)化，通過在板面貼干膜后進(jìn)行選擇性塞孔，完成了POFV孔的制作，其文中也提到了因塞孔后烘板而導(dǎo)致干膜難以去除的問題。

綜上可見，采用干膜等作為樹脂塞孔過程中樹脂與銅面的阻擋層，已經(jīng)逐漸被同行所采用，但有關(guān)高溫烘烤對干膜褪膜性能的影響，樹脂固化后難以褪膜的原因以及如何確保后續(xù)褪膜完全的研究卻鮮見報(bào)道。本文采用干膜作為樹脂塞孔時(shí)銅面與樹脂之間的阻擋層，詳細(xì)研究了高溫烘烤對干膜本身物理和褪膜性能的影響，通過對比不同褪膜藥水的褪膜效果，探討了樹脂與干膜表面的作用機(jī)理，明確了磨板過程對后續(xù)褪膜的影響。研究結(jié)果為樹脂塞孔工藝研究拓寬了思路。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)材料

干膜：本方案中共使用4種干膜，分別為40 μm廠家生產(chǎn)的干膜。

褪膜藥水：氫氧化鈉褪膜液和有機(jī)堿褪膜液

2.2 工藝流程

常規(guī)樹脂塞孔工藝流程：鉆孔→鍍銅→貼膜→鍍孔→褪膜→樹脂塞孔→磨板→后工序

樹脂塞孔工藝流程：鉆孔→鍍銅→貼膜→鍍孔→樹脂塞孔→磨板1→褪膜→磨板2→后工序。鍍孔完成后先不褪膜，直接樹脂塞孔，由于干膜的存在，可以有效保護(hù)板面不需要樹脂塞孔的地方粘上樹脂。磨板1工步要求將干膜表面殘留樹脂層和樹脂與干膜的共混層完全去除。磨板2工步要求將高于板面的孔口樹脂打磨干凈，保證孔口樹脂與板面齊平。

2.3 干膜褪膜機(jī)理[4]

干膜的褪膜過程是由于褪膜液中的堿性基團(tuán)與干膜中的羧酸類基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成了溶于水的可溶性物質(zhì)，從而破壞干膜的結(jié)構(gòu)，使之與銅面剝離?；瘜W(xué)反應(yīng)式如下：無機(jī)堿褪膜液：Na+OH-+R1COOH→R1COO-Na++ H2O有機(jī)堿褪膜液：RNH2+ R1COOH→R1COO-+ RNH3+

兩種褪膜藥水的化學(xué)反應(yīng)不同，但褪膜過程大致相同，均經(jīng)歷了四個主要步驟（見圖2）。

圖2 干膜褪膜過程

（1）擴(kuò)散/膨脹：褪膜液中的小分子擴(kuò)散至干膜中，干膜逐漸膨脹；（2）反應(yīng)：褪膜液中的堿性基團(tuán)與干膜粘合劑中的羧酸類基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，生成溶于水的鹽類物質(zhì)。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，加速了擴(kuò)散和膨脹；（3）界面攻擊/裂解：褪膜液分子持續(xù)攻擊銅/干膜的結(jié)合處，滲入干膜內(nèi)部褪膜液與干膜發(fā)生發(fā)生反應(yīng)，增大了內(nèi)應(yīng)力，干膜開始破裂；（4）剝離：褪膜液持續(xù)滲透到干膜中，并攻擊干膜與銅面結(jié)合處，直至結(jié)合力喪失，干膜完成褪膜。

表1闡述了兩種褪膜藥水褪膜過程的不同特點(diǎn)。無機(jī)堿褪膜液與有機(jī)堿褪膜液的主要區(qū)別表現(xiàn)為擴(kuò)散速度和干膜膨脹破裂速度方面的不同。

3 結(jié)果與討論

3.1 高溫烘烤對干膜物理性能的影響

將四種干膜A/B/C/D分別貼在4張相同的芯板上，在指定的能量下曝光，之后裁切成同等大小的試樣（圖3）。各取4片試樣置于烘箱中烘烤（150 ℃，30 min）。待試樣冷卻至室溫后，觀察干膜經(jīng)高溫烘烤前后的變化。其中干膜的曝光能級分別為：干膜A和B：7級～8級，干膜C和D：8級～9級，曝光尺為STOUFFER 21級曝光尺。

3.1.1 干膜色澤變化

圖3 高溫烘烤后干膜顏色變化

干膜經(jīng)高溫烘烤之后，顏色發(fā)生了明顯的變化。該變化與干膜中的染料有關(guān)，隨著干膜反應(yīng)越來越完全和外界溫度的影響，干膜逐漸表現(xiàn)為不同的顏色。

3.1.2 干膜脆性變化

由圖4可知，干膜A和D經(jīng)高溫烘烤后變脆，試樣側(cè)邊均出現(xiàn)干膜碎裂的現(xiàn)象，干膜B和C的韌性較好，高溫烘烤后干膜側(cè)壁依然保持完整。

圖4 高溫烘烤后干膜脆性變化

3.2 高溫烘烤對干膜褪膜性能的影響

將烘烤（150 ℃，30 min）前后的試樣浸入指定濃度的褪膜液中，記錄干膜剝離銅面的時(shí)間。其中試樣大小為5 cm×6.6 cm，氫氧化鈉褪膜液按質(zhì)量分?jǐn)?shù)w（NaOH）為4%配置，有機(jī)堿褪膜液按體積比為10%配置。本實(shí)驗(yàn)僅研究高溫烘烤前后對干膜本身褪膜性能的影響，因此烘烤溫度和時(shí)間，以及褪膜液的濃度等均按常規(guī)參數(shù)進(jìn)行，不再詳細(xì)討論烘烤參數(shù)以及褪膜液濃度等對干膜褪膜性能的影響。

（1）氫氧化鈉褪膜液（表2、圖5）。

（2）有機(jī)堿褪膜液（表3、圖6）。

表1 無機(jī)堿和有機(jī)堿褪膜藥水褪膜過程比較

表2 烘烤前后干膜在氫氧化鈉褪膜液中的褪膜時(shí)間比較

圖5

表3 烘烤前后干膜在有機(jī)堿褪膜液中的褪膜時(shí)間比較

圖6

由以上可知，無論是氫氧化鈉褪膜液還是有機(jī)堿褪膜液，實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明：

（1）高溫烘烤對干膜本身褪膜性能沒有明顯的影響；烘烤前后，同樣大小的干膜試樣，褪膜時(shí)間幾乎不變；

（2）不同干膜的褪膜時(shí)間差別較大，在干膜厚度一樣的前提下，優(yōu)選褪膜時(shí)間短的干膜作為板面與樹脂之間的阻擋層，如本實(shí)驗(yàn)中的干膜B；而對于凹坑深度較大的PCB板，則優(yōu)先考慮厚度較大的干膜，如本實(shí)驗(yàn)中的干膜C。

3.3 磨板對干膜褪膜的影響

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，高溫烘烤對干膜本身的褪膜性能并無實(shí)質(zhì)性的影響。但實(shí)際生產(chǎn)中，選擇干膜作為樹脂與銅面之間的阻擋層時(shí)，在去除干膜殘留樹脂后，依然存在褪膜不凈的現(xiàn)象。由于熱固性樹脂也是高分子聚合物，在高溫固化的過程中，樹脂與干膜中的有機(jī)物可能會發(fā)生不同程度的化學(xué)反應(yīng)。另外，樹脂在終固化以前，具有一定的流動性，可能與干膜相互滲透，從而在干膜與樹脂的接觸面形成一層共混層。由于該層物質(zhì)不能與褪膜液中的堿性基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，如果不去除干凈，便會造成褪膜非常困難。

通過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)（圖7），將干膜表面殘留樹脂層和共混層打磨干凈后，干膜在褪膜液中可以快速的剝離銅面，而僅僅去除干膜表面殘留樹脂層的試樣，在褪膜過程中則表現(xiàn)的非常困難，所以樹脂塞孔板固化后磨板便成了關(guān)鍵。打磨時(shí)必須盡量去除干膜表面的殘留樹脂層以及干膜與樹脂接觸面的共混層，而不僅僅是只要打磨干凈干膜表面的固化樹脂即可。實(shí)際生產(chǎn)中，建議將貼在板面的干膜磨到很薄為佳，剩下薄薄的一層干膜，再通過褪膜藥水，即可以輕松去除。

圖7 磨板對干膜褪膜效果影響

3.4 可靠性測試

檢測采用本方案生產(chǎn)的樹脂塞孔板，其孔內(nèi)樹脂固化后的耐熱性能以及孔口樹脂與POFV電鍍銅層結(jié)合狀況是否滿足生產(chǎn)要求。測試條件：無鉛錫爐288 ℃、10 s漂錫3次。

由圖8可知，采用本方案完成的樹脂塞孔板，孔內(nèi)樹脂經(jīng)288 ℃、10s漂錫3次測試后，無樹脂與孔壁分離等缺陷，且孔口樹脂與POFV電鍍銅層結(jié)合良好，滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。

圖8 樹脂孔熱應(yīng)力測試

4 結(jié)論

綜上所述，可以得到如下結(jié)論：

（1）通過貼干膜可以有效保護(hù)板面不需要樹脂塞孔的地方粘上多余的樹脂；

（2）高溫烘烤會引起干膜色澤和脆性的變化，但對干膜本身的褪膜性能沒有明顯影響；

（3）不同干膜的褪膜時(shí)間差別較大，干膜厚度一樣時(shí)，優(yōu)選褪膜時(shí)間短的干膜，如本實(shí)驗(yàn)中的干膜B；而對于凹坑深度較大的線路板，則優(yōu)先考慮厚度較大的干膜，如本實(shí)驗(yàn)中的干膜C；

（4）樹脂固化過程中，干膜與樹脂的接觸面會發(fā)生不同程度的化學(xué)反應(yīng)和相互滲入，在交界面處形成共混層，所以磨板時(shí)必須同時(shí)去除干膜表面殘留樹脂層以及干膜與樹脂之間的共混層，才能保證后續(xù)褪膜的順利進(jìn)行；

（5）采用本方案完成的樹脂塞孔板，孔內(nèi)樹脂耐熱性能滿足生產(chǎn)要求。

[1] 劉東. 一種對線路板導(dǎo)電孔進(jìn)行樹脂塞孔的制造工藝[P]. 中國專利:201010167676.1 2010,10,06.

[2] 李沖,莫欣滿,陳蓓. 階梯結(jié)構(gòu)PCB板面凹陷改善研究[J]. 印制電路信息,2013(z1):410-418.

[3] 肖璐,紀(jì)成光,袁繼旺,陶偉. 0.03+mm阻焊開窗POFV工藝PCB板制作研究[J].印制電路信息,2013(z1):290-299.

[4] R Massey, N Wood, J Huang. Development in Fine Line Resist Stripping [Z].Atotech Chemicals.2013.

葉非華，工學(xué)碩士，從事PCB工藝技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)，熟悉產(chǎn)品可靠性評估和原材料的性能測試工作。

Research on the application of dry film in the process of selective resin plugging

YE Fei-hua YANG Lie-wen LIU Pan

It was often encountered situation which the board was difficult to be scrubbed cleanly after the resin curing , as the board surface was not flat. To remove recess resin, it easily led to board exposuring substrate if grinded repeatedly; and it was even time-consuming and inefficient if taken manual grinding. To this end, this paper studied that through posting dry film on the board to protected the copper surface which didn't need to resin plugging, researched the effects of high temperature baking to the physical and stripping properties of dry film, discussed the mechanism of resin and dry film, found the influence of grinding on the subsequent stripping. The results showed that: the board could be effectively protected by dry film to glue excess resin, there was no significant effect on the stripping properties of dry film through the high temperature curing, the dry film surface and resin occurred a degree of chemical reactions and blend. The dry film could be stripped clearly if the residual resin layer and the reaction layer were removed.

Selective Resin Plugging; Dry Film; Grinding; Stripping

TN41

A

1009-0096（2014）04-0015-05