HDI樹脂油墨塞孔工藝研究

李宣

摘 要：文章是從實際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的爆板分層等品質(zhì)問題入手，結(jié)合HDI板制作中的常規(guī)樹脂塞孔工藝與技術(shù)出發(fā)，采用微切片，X-射線能譜儀等為觀察手段，重點對樹脂油墨塞孔工藝過程中埋孔的孔口處樹脂殘留以及孔內(nèi)氣泡水份等殘留造成的品質(zhì)問題進行研究與分析并給出相應(yīng)的對策與建議

關(guān)鍵詞：HDI；樹脂塞孔；埋孔；氣泡；殘留；爆板

中圖分類號：TS871 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）27-0093-03

Abstract： The paper starts with the quality problems of explosion plate such as delamination in the actual production process， combines the conventional resin plug hole process and technology in the manufacture of HDI plate， and adopts microslicing and X-ray energy dispersive spectrometer as the observation means. The quality problems caused by resin residue at the orifice and bubble moisture in the pore during the process of resin ink plug are studied and analyzed， and the corresponding countermeasures and suggestions are given.

Keywords： HDI； resin plug hole； burying hole； bubble； residue； exploding plate

1 概述

HDI為High Density Interconnection的縮寫，即高密度互連，自二十世紀九十年代以來電子產(chǎn)品越來越追求輕、薄、短、小化，同時高度化集成的設(shè)計都對PCB的可靠性要求越來越高，而HDI板微小埋孔的數(shù)量越來越多，當埋孔機械鉆孔做完除膠和電鍍銅后，需要將孔內(nèi)做塞孔處理，主要有兩個原因：（1）由于板子尺寸限制，布線密度的增加，使得布線空間受到限制，在埋孔塞孔后且電鍍填平后，可在埋孔上方繼續(xù)布線或打孔，增加板面布線空間從而提高板面的利用效率；（2）由于埋孔是在板內(nèi)的，為了防止藥水進入產(chǎn)生開短路等品質(zhì)問題影響板子可靠性，所以必須將孔完全封閉。目前業(yè)界關(guān)于HDI埋孔塞孔的方法主要有兩種：樹脂油墨塞孔法和半固化片直接填膠法。塞孔的品質(zhì)對于后續(xù)PCB的可靠性有直接影響。由于半固化片直接填膠法塞孔時板厚一般較薄，常規(guī)FR4材料很少出現(xiàn)品質(zhì)問題，所以本文主要從實際生產(chǎn)出發(fā)對HDI板埋孔塞孔方法即樹脂油墨塞孔法中出現(xiàn)問題后，對后續(xù)PCB品質(zhì)的影響進行研究與討論，并根據(jù)研究提出相應(yīng)的改善方案和制作建議。

2 實驗

2.1 實驗材料及設(shè)備

實驗涉及的儀器及材料為：鉆機，PTH線及PTH藥水，電鍍線及電鍍藥水，塞孔機，研磨機，X-RAY打靶機，棕化線及棕線藥水，壓合機，烘箱，LDI圖形轉(zhuǎn)移，蝕刻線及蝕刻藥水，切片研磨機，X-射線能譜儀等。

2.2 實驗方法

樹脂油墨塞埋孔工藝是HDI板塞埋孔用得較多的一種工藝方法，其原理同絲網(wǎng)印刷，只是將絲網(wǎng)改成了鋁片，在鋁片網(wǎng)上按PCB設(shè)計的埋孔的對應(yīng)位置一對一鉆孔，再通過給絲印機的刮刀一定的壓力和速度，將調(diào)和好的專用樹脂油墨通過鋁片網(wǎng)中預(yù)先鉆好的孔中壓入孔內(nèi)，然后經(jīng)過烘烤使孔內(nèi)的樹脂完全凝固下來，最后使用機械磨刷去除孔邊溢出的樹脂，即為樹脂塞孔全過程。圖1為樹脂塞孔過程示意圖。

為了測試樹脂塞孔深度對PCB板品質(zhì)的影響，實驗中我們使用不同的參數(shù)以達到不同的樹脂塞孔深度，圖2為塞孔后的效果示意圖，然后對每個不同深度的板分開做好標記去做可靠性分析測試，測試各個塞孔深度對于品質(zhì)的影響，具體流程如下：

鉆埋孔？陴孔金屬化？陴樹脂塞孔？陴烘板？陴樹脂磨板？陴線路轉(zhuǎn)移？陴棕化？陴壓合？陴測試

3 樹脂塞孔過程中存在的問題對后工序品質(zhì)影響的分析與討論

由于目前HDI板的埋孔數(shù)目越來越多，很多單個WORKING PANEL中孔數(shù)已達到萬級甚至十萬級以上，實際生產(chǎn)過程中，刮刀進行一次塞孔操作，在數(shù)量如此眾多的埋孔中， 由于鋁片網(wǎng)各個位置的壓力不同，刮刀的壓力也不盡相同，不可能保證每個孔都塞得飽滿而無缺陷，本文將針對樹脂塞孔中出現(xiàn)的缺陷而導(dǎo)致的PCB的品質(zhì)問題進行探討與分析，并提出相應(yīng)的改善建議和措施。

3.1 孔口處樹脂殘留

我們對爆板的問題板進行切片分析可知，爆板問題的位置是在埋孔的孔口處（熱應(yīng)力測試的條件為浸入288℃的錫爐中，停留時間10S，循環(huán)三次），如圖3，采用X-射線能譜儀（EDX）對埋孔孔邊的元素組成進行光譜分析，結(jié)果顯示如表1所示：孔邊C、Si兩種元素的原子數(shù)分數(shù)分別為28.55%、1.39%，由硅元素所占比例可知，孔邊殘留有未除盡的樹脂油墨，從而我們推測PCB爆板的罪魁禍首是樹脂殘留的油墨，由于油墨的存在導(dǎo)致PP膠與孔口的銅箔結(jié)合力不好，在過波峰焊或回流焊時由于溫度較高，導(dǎo)致分層出現(xiàn)。而孔口處多余樹脂的產(chǎn)生主要是因為熱固性樹脂在完全固化后硬度較高，樹脂磨板機中的磨刷硬度和密度不足于完全去除孔口溢出的樹脂，最終導(dǎo)致爆板問題的產(chǎn)生。

3.2 埋孔內(nèi)氣泡殘留

為了增加油墨的粘性和流動度，調(diào)制樹脂油墨時需要加入溶劑進行攪拌，在攪拌的過種中會伴隨一些微小氣泡的產(chǎn)生，業(yè)界常用的方法是采用真空脫泡消除產(chǎn)生的氣泡，由于人為因素和各種操作問題，沒有將樹脂油墨中的氣泡完全去除，導(dǎo)致有氣泡殘留。從理念上來說對于一個WORKING PANLE而言，由于埋孔的數(shù)量如此較多，不可能保證每個埋孔都能完全去除氣泡，我們只能通過不斷的優(yōu)化控制參數(shù)盡可能的去降低氣泡產(chǎn)生的機率和比例，希望在未來的技術(shù)中可以做到100%去除，這是我們努力的終極目標。圖4為埋孔截面圖。從圖可以看出，之所以出現(xiàn)爆板分層是因為孔內(nèi)氣泡的殘留。為什么埋孔內(nèi)會有氣泡的產(chǎn)生：一是在絲印或鋁片塞孔過程中產(chǎn)生，由于塞孔過程中參數(shù)設(shè)置不合理或人為操作等原因?qū)е驴變?nèi)氣體未能全部排出從而產(chǎn)生氣泡；二是樹脂油墨與溶劑在攪拌時產(chǎn)生的氣泡。

3.3 埋孔內(nèi)水份殘留

水分的殘留對于PCB來說有很大的品質(zhì)隱患，不僅僅對壓合工序，對后續(xù)圖形轉(zhuǎn)移，阻焊等都有很大影響，對于壓合來說，水分的殘留更是爆板問題產(chǎn)生主要因素之一。PCB制作過程中有很多次的DI水洗，也有很多次的藥水浸蝕，所以孔內(nèi)水分殘留的機率很大，另外一方面，調(diào)制塞孔用的樹脂油墨時選用的溶劑本身就含有水，很容易殘留在孔內(nèi)。當埋孔內(nèi)水分殘留較多時，在過波峰焊或回流焊時由于高溫作用，水分子會劇烈運動，形成氣壓，如果孔內(nèi)還有氣泡及鉆孔裂紋等品質(zhì)缺陷存在，就會使問題變得更嚴重，最終導(dǎo)致爆板的產(chǎn)生，水的飽和蒸汽壓隨溫度的變化如圖5所示。因此，在PCB生產(chǎn)過程中對于水分的去除顯得尤為重要，特別對于壓合工序來說更應(yīng)重點管控。

4 結(jié)束語

根據(jù)以上實驗得出塞孔后，樹脂的填塞度在90%～100%的效果最好，為避免后續(xù)的品質(zhì)問題，塞孔的填滿度是一個需要重點控制的參數(shù)。

如塞孔太滿即塞孔度>100%，塞孔后大量的樹脂殘留在孔外，高溫固化后很難將所有固化后堅硬的樹脂完全除掉，這就給樹脂殘留創(chuàng)造了條件；如塞孔度<90%，塞孔不飽滿即孔內(nèi)部分空間沒有被樹脂填滿，這就給氣泡殘留創(chuàng)造了機會，因此想要達到較好的塞孔效果，塞孔的填滿度顯得尤為重要。

4.1 針對HDI孔口處樹脂殘留

為了盡可能地減少或杜絕此品質(zhì)問題發(fā)生后導(dǎo)致的HDI板的耐熱性能下降，首先生產(chǎn)時一定要嚴格按時更換磨刷，并且要嚴格地控制磨板機參數(shù)，從而有效的控制或減少板子在溫度較高的環(huán)境中出現(xiàn)爆板現(xiàn)象。

4.2 針對HDI埋孔內(nèi)氣泡殘留

對于孔內(nèi)產(chǎn)生氣泡的問題建議如下控制：攪拌塞孔油墨時一定要在較小的力度下緩慢操作，在真空環(huán)境完成排氣后，最少將要塞孔的油墨靜放13小時以上再開始使用，合理恰當?shù)乜刂瓶景鍟r間和溫度，對有效地排除殘留在孔內(nèi)的氣泡有很大的幫助作用。

4.3 針對HDI埋孔內(nèi)水份殘留

建議合理控制塞孔后板子的烤板時間以及烤板溫度，尤其在選擇塞孔油墨時盡可能的選一些添加溶劑較少的油墨，從根源上解決并減少水分的產(chǎn)生。

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