樹脂磨板工藝中孔損問題改善探討

陳世金 徐 緩 鄧宏喜 韓志偉

（ 博敏電子股份有限公司 電子薄膜與集成器件國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室梅州研發(fā)中心，廣東 梅州 514768 ）

1 前言

由于印制板高密度化（HDI）的盤內(nèi)孔（Via on Pad）、堆疊式導(dǎo)通孔（Stack Via）等設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，樹脂塞孔工藝技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，可以說樹脂塞孔工藝是積層法HDI板制程中不可或缺的一部分[1]。不同的產(chǎn)品類型其有著不同的樹脂塞孔流程，大致可以分為盤內(nèi)孔樹脂塞孔、內(nèi)層樹脂塞孔和通孔樹脂塞孔三種[2]，本文所要講述的是通孔樹脂塞孔類型。還涉及到選擇性樹脂塞孔和樹脂磨板等工藝，即同一塊板上部分金屬化孔是塞樹脂的，部分大的PTH孔是無需樹脂塞孔的，且均須采用樹脂研磨和熱固化等手段來實(shí)現(xiàn)板面的整平和樹脂的固化，主要針對在此工藝過程中出現(xiàn)孔損問題展開一些討論。

2 孔損原因分析

在通孔樹脂塞孔工藝中，在樹脂磨板過程中比較容易出現(xiàn)的一個(gè)問題是孔口磨損，主要體現(xiàn)在孔徑較大、未塞樹脂的金屬化孔出現(xiàn)孔口銅偏薄、變形、露基材等。幾種孔損現(xiàn)象在外層通孔樹脂塞孔工藝最為常見，而在HDI積層板次外層樹脂塞孔制作工藝中則極為少見了，其原因主要是由于次外層樹脂塞孔均為埋孔塞孔，且為整板樹脂塞孔、孔徑較小、孔徑一致或接近。此類板在進(jìn)行樹脂磨板時(shí)受力相對均勻，磨刷對孔口的切削量較小，出現(xiàn)孔損問題的概率也就較小。而針對外層通孔樹脂塞孔一般較為復(fù)雜，同時(shí)存在不同孔徑的孔，還存在不同類型的孔，這些孔有些是需要塞孔的，有些不需要塞孔的。因此，在制作和管控方面難度比較大，如控制不好就會造成導(dǎo)通不良、信號損失，甚至是產(chǎn)品可靠性失效的風(fēng)險(xiǎn)。

樹脂塞孔后的電路板在研磨的時(shí)候，除了對板面的樹脂產(chǎn)生切削外，對板的銅面、孔口等產(chǎn)生一定的切削，無論采取何種研磨方式都會有一定的切削量存在?？卓谑前迕驺~與孔內(nèi)銅相連接的地方，此處銅厚相對較薄，在孔口的邊緣會產(chǎn)生較大的切削力，孔口與磨輥的接觸面積較小，極易造成孔口銅損。

3 改善探討

樹脂磨板時(shí)，磨輥在高速轉(zhuǎn)動的時(shí)候，其還在進(jìn)行左右的擺動，對板子形成“拉扯”之勢，在有孔的地方會有一部分的切削力作用在孔的邊緣，從而產(chǎn)生了一定的斜向切削力，正是這個(gè)切削力對孔角造成了不利影響。那么，要改善孔損問題也就是要減小這一部分的切削力，是切削力盡量全部作用在板面上，準(zhǔn)確的說是作用在有樹脂凸起的部分。

3.1 研磨設(shè)備的影響

研磨樹脂的設(shè)備主要是根據(jù)樹脂塞孔工藝的類型來選擇不同的研磨方式，主要有不織布磨板、陶瓷磨板和砂帶磨板三種，其刷磨的方式或磨輥的類型是不同的。

在進(jìn)行外層通孔樹脂磨板時(shí)，從成本角度考慮選擇不織布磨輥是較為合理的，原因是不織布磨輥的價(jià)格較其它的兩種都要低許多。但從品質(zhì)控制的角度來說，不織布磨板和砂帶磨板是要較前者優(yōu)秀，對防止出現(xiàn)孔口缺損問題有較大的幫助。不過，這幾種磨板方式均有不同的優(yōu)點(diǎn)，如樹脂磨板成本低、效率高，陶瓷磨板對銅的切削能力較優(yōu)，砂帶磨板對孔角的損傷最小等。

選擇不織布磨輥研磨樹脂時(shí)，要遵循一個(gè)原則：即盡量保證磨輥與板子有最大的接觸面積。由于不織布磨輥相對其它磨輥來說，材質(zhì)較柔軟，在施加壓力的情況下，磨輥會有一部分進(jìn)入到孔口內(nèi)，造成孔口的切削力增大，從而導(dǎo)致孔損問題的出現(xiàn)。因此，在使用該類方式樹脂磨板時(shí)，要注意選擇合適的磨輥目數(shù)，一般采用400#、600#和800#幾種搭配使用較好。另外，要注意檢查磨輥的磨損情況，在磨輥直徑變小到一定程度時(shí)就要考慮更換新磨輥，磨損嚴(yán)重的磨輥除了會出現(xiàn)磨板不干凈外，最大的危害是會造成磨輥對孔角銅磨損加劇。

陶瓷磨輥進(jìn)行樹脂磨板從成本角度不劃算外，最主要是堅(jiān)硬、凹凸不平的樹脂會對磨輥造成較大的損傷，一旦損傷其不可復(fù)原，繼續(xù)使用會導(dǎo)致整條磨輥的報(bào)廢。因此，盡管陶瓷磨輥磨板對孔角銅的損傷較小，但也不適合應(yīng)用于大批制作外層通孔樹脂塞孔的磨板。砂帶磨板對孔角銅的損傷較小，可以應(yīng)用于外層樹脂磨板，但其不足之處是研磨的干凈程度不理想，會存在樹脂殘留于板面的風(fēng)險(xiǎn)。

如果能采用樹脂磨板與砂帶磨板相結(jié)合的方式了來進(jìn)行外層通孔樹脂類型的磨板是最優(yōu)的了，這個(gè)在業(yè)界已經(jīng)有采用此種方式[3]。選擇何種方式的設(shè)備或磨輥來進(jìn)行外層通孔板的樹脂研磨，還要結(jié)合各公司的實(shí)際情況和其它相關(guān)因素的控制來確定，性能優(yōu)異、自動化的樹脂研磨設(shè)備和質(zhì)量較好的磨輥只是一個(gè)基本前提，要防止出現(xiàn)孔口銅損問題還需要做很多方面的工作。

3.2 研磨方式的影響

研磨方式主要包括樹脂磨板時(shí)的放板方向和面次兩個(gè)方面，尤其是在進(jìn)行多次研磨或重工的時(shí)候要特別注意了。樹脂磨板機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，磨輥有順轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)兩種方式，板子通過轉(zhuǎn)輥或皮帶向前運(yùn)送，磨輥對板面的切削是朝一個(gè)方向的，對孔口的切削力是不一樣的。所以，要保證對板面和孔口的切削盡量均勻，最好是對放板的方向和面次不斷進(jìn)行調(diào)整，即每通過一段磨輥，轉(zhuǎn)換一個(gè)方向和面次（如圖1所示）。

圖1 轉(zhuǎn)換方向和面次的刷磨示意圖

這種方法雖然在實(shí)際操作中比較麻煩，但對防止出現(xiàn)孔口銅損問題是十分有效的。目前有些設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)自動化操作，即在第一段刷磨后可自動轉(zhuǎn)向和翻轉(zhuǎn)，然后再進(jìn)入第二段刷磨，或是完成第一二段刷磨之后，自動翻轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向，再進(jìn)入第三四段刷磨。在遇到部分或個(gè)別板子刷磨不干凈的時(shí)候，有時(shí)候需要進(jìn)行二次刷磨或重工，這時(shí)就需要特別注意，二次刷磨或重工放板時(shí)要注意板子方向和面次的控制，即二次刷磨或重工時(shí)放板方向和面次與第一次的刷磨要剛好相反。如不注意控制的話，二次刷磨或重工的板子極易出現(xiàn)孔角磨損，因?yàn)槎嗡⒛サ臅r(shí)候板面和孔上面的樹脂基本已經(jīng)研磨干凈，只有少許樹脂殘留，此時(shí)刷磨的切削力幾乎全部作用在板面和孔邊上，切削量很大，約為第一次的2～5倍。在放板時(shí)除了上面所提到的方向和面次外，要注意放板時(shí)交錯(cuò)放板，即第一塊板從磨板機(jī)入口的左邊進(jìn)入，第二塊板就要從磨板機(jī)入口的右邊進(jìn)入?；蛘呤怯勺笾劣衣苿樱３置看我苿右欢尉嚯x，然后再由右至左慢慢移動。

交錯(cuò)放板的目的是防止磨刷損耗不均勻，造成磨輥的兩端與中間部分不平整，刷磨時(shí)會出現(xiàn)不規(guī)則的磨痕和切削力不均勻，從而導(dǎo)致刷磨不良或孔損問題出現(xiàn)。因此，在樹脂磨板時(shí)，要養(yǎng)成良好的放板習(xí)慣，要定期檢查磨輥的損耗情況，通過做磨痕測試和水破試驗(yàn)來判定刷磨的效果是否良好，如有不良應(yīng)及時(shí)通過整刷調(diào)整或更換磨輥。

3.3 研磨參數(shù)的影響

在進(jìn)行樹脂研磨時(shí)，一般通過設(shè)定磨輥轉(zhuǎn)速、磨板電流、板厚和傳輸線速等，來實(shí)現(xiàn)對板子樹脂的研磨，確保研磨干凈且不出現(xiàn)刷磨過度、孔損等問題，需要操作員根據(jù)觀察板面研磨情況來隨時(shí)調(diào)整上述參數(shù)。目前，大多數(shù)樹脂研磨設(shè)備都可以實(shí)現(xiàn)自動化控制，通過電腦或人機(jī)界面來設(shè)定好相應(yīng)的參數(shù)，磨板機(jī)可自動調(diào)整磨板壓力、板厚和運(yùn)轉(zhuǎn)線速等。

使用不同的研磨參數(shù)，會出現(xiàn)不同的研磨效果，要做到最佳的磨板效果就需要對樹脂研磨機(jī)的切削量進(jìn)行測量。測試出研磨切削量數(shù)據(jù)是設(shè)定研磨參數(shù)和控制研磨次數(shù)的重要依據(jù)。表1～和表3是不同樹脂研磨設(shè)備及研磨次數(shù)對板子銅面的切削量數(shù)據(jù)。

從表1～表3表中可以看出，不同的設(shè)備以同樣的參數(shù)磨板，其銅損量是不同的；相同的設(shè)備，但不同的磨板參數(shù)，其銅損量也是不同的；研磨兩次的銅損量也不是研磨一次銅損量的簡單相加。這些數(shù)據(jù)的獲取對我們實(shí)際生產(chǎn)設(shè)定研磨參數(shù)和控制返工有著很重要的參考價(jià)值。

3.4 工藝流程的影響

樹脂塞孔的工藝流程會因各公司的設(shè)備、使用物料和工藝水平等不同而有所差異。業(yè)界常規(guī)樹脂塞孔、樹脂磨板的工藝方法和流程：一般是采用樹脂油墨將需要填塞的孔填滿，不可避免地有樹脂油墨凸出孔外和銅面的現(xiàn)象，然后將塞滿樹脂的電路板進(jìn)行熱固化，使樹脂硬化，再將固化后的電路板通過樹脂磨板機(jī)進(jìn)行研磨，將孔外及銅面殘留的樹脂除掉，從而得到平整的板面質(zhì)量。

其制作流程如下：

上工序→樹脂塞孔→熱固化→樹脂磨板→下工序

由于固化后的樹脂油墨變得十分堅(jiān)硬，需要較大的切削量才能將多余或殘留部分的樹脂油墨除去，而大的切削量又會導(dǎo)致未塞樹脂的金屬化大孔出現(xiàn)切削過度而破損。

針對這個(gè)流程有如下建議：在樹脂磨板前增加預(yù)固化，樹脂磨板后再進(jìn)行熱固化，這樣就會減輕樹脂磨板的難度，使殘留的樹脂更容易除去[4]。其流程為：

上工序→樹脂塞孔→預(yù)固化→樹脂磨板→后固化→下工序

由于增加預(yù)固化在樹脂磨板的前面，樹脂油墨沒有完全固化，樹脂磨板時(shí)就不需要很大的切削量即可將多余或殘留的樹脂油墨除去，即磨板壓力和速度等參數(shù)方面均可在原來的基礎(chǔ)上做一些調(diào)整（壓力減小、速度加快等），再在樹脂磨板時(shí)采用換向、翻面等控制手段，從而即可達(dá)到有效防止金屬化大孔破損問題的出現(xiàn)，同時(shí)也可大大提升樹脂磨板的產(chǎn)能。

流程的設(shè)計(jì)與優(yōu)化可以大大減輕樹脂磨板的難度，有效防止或減少樹脂磨板孔損問題的出現(xiàn)，在這方面仍有很大的提升和改善空間，需要業(yè)界技術(shù)工作者進(jìn)一步加大研究力度，設(shè)計(jì)出更科學(xué)、合理的工藝流程，以提升產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率。

4 結(jié)論

通過以上分析可知，對于外層通孔類型的樹脂塞孔板防止其出現(xiàn)孔損問題，主要從以下幾方面加以控制或改善：（1）選擇合適的樹脂研磨設(shè)備和磨輥。磨輥與板面的接觸面積越大，越有利于孔口銅損問題的改善。（2）樹脂研磨時(shí)的放板方式。交錯(cuò)放板，注意放板方向和面次的區(qū)分，是防止二次刷磨和重工研磨出現(xiàn)孔口銅損的關(guān)鍵所在。（3）樹脂研磨參數(shù)的正確設(shè)定。正確、合理的研磨參數(shù)，對研磨設(shè)備的銅損量測試，是得到良好研磨效果的基本保證。（4）樹脂研磨工藝流程的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。制定出科學(xué)、適合的工藝流程，或是對現(xiàn)有工藝流程進(jìn)行優(yōu)化和完善，不但可以取得事半功倍的效果，還可達(dá)到有效改善銅損問題之目的。

本論文得到廣東省省部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合重大專項(xiàng)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：2012A090300007，項(xiàng)目名稱：高頻高速電路板和通信終端產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化）支持。

表1 A磨板機(jī)第1段磨板1次銅損情況（2對400#）

表2 B磨板機(jī)第1段磨板1次銅損情況（第1對400#、第2對600#）

表3 A磨板機(jī)2段+B磨板機(jī)第1段磨板2次銅損情況（3對400#、2對600#）

[1]趙志剛,周平. 樹脂塞孔工藝技術(shù)的研發(fā)[J]. 印制電路信息, 2012(10):31-34.

[2]葉應(yīng)才. PCB樹脂塞孔工藝技術(shù)淺析[J]. 印制電路信息, 2010(S1):398-406.

[3]賴明生. 高密度互聯(lián)線路板塞孔樹脂研磨加工工藝[P]. 中國發(fā)明專利號:ZL 200910028058.6,2009.06.24.

[4]徐緩,陳世金,喬鵬程等. 一種線路板塞孔樹脂的研磨方法. 中國發(fā)明專利號:ZL 201210235180.2,201 2.07.09.