多類型孔同步樹脂塞孔對位能力提升研究

劉 根 劉喜科 戴 暉

（梅州市志浩電子科技有限公司，廣東 梅州 514000）

0 引言

隨著電子產(chǎn)品向輕、薄、小、高密度、多功能、微電子集成技術(shù)的方向快速發(fā)展，印制電路板（PCB）制造先后出現(xiàn)了樹脂塞孔、POFV（電鍍?nèi)祝⒈炽@等工藝設(shè)計，有效提高了印制電路板的組裝密度，提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性可靠性，推動了印制電子電路行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。近年來，高端通信產(chǎn)品越來越多的運用到大小導通孔、背鉆孔塞孔設(shè)計，特別是背鉆孔塞孔設(shè)計，該設(shè)計對客戶端來說有以下幾種好處：背鉆降低高速信號損失；塞孔保護孔內(nèi)銅層不被腐蝕，長期可靠性好；樹脂填充后在非背鉆面上可以鍍銅做成焊接盤，增加焊接器件密度。然而該設(shè)計的實現(xiàn)有賴于PCB制造企業(yè)提升設(shè)備能力和工藝制程能力。目前現(xiàn)有的樹脂塞孔工藝有普通網(wǎng)印塞孔、真空塞孔以及壓合填膠塞孔，其中水平式真空塞孔和普通網(wǎng)印塞孔工藝最為常見。在大批量板制作過程中，應著力解決大小孔、背鉆孔同步樹脂塞孔難題，并解決困擾高端PCB廠家的塞孔空洞、塞孔不飽滿等品質(zhì)問題以及塞孔對位精度差等制程問題。

前工序流轉(zhuǎn)的包含漲縮相對異常及尺寸一致性較差的板件，使其樹脂塞孔難度大幅提升，因此，需要提升塞孔對位能力，以期更好解決塞孔過程中品質(zhì)問題。為了實現(xiàn)大小孔、背鉆孔同步樹脂塞孔，并提升樹脂塞孔對位精度，本文提出一種樹脂塞孔創(chuàng)新型工藝，即采用設(shè)有上小下大階梯孔的特制塞孔網(wǎng)板，極大提升樹脂塞孔對位能力，經(jīng)過對比分析和驗證分析，能夠?qū)崿F(xiàn)大小孔、背鉆孔等多類型孔同步樹脂塞孔，確保樹脂塞孔飽滿。

1 實驗

1.1 制作測試板

基材為FR-4（板厚2.0 mm、含18 μm/18 μm銅厚）覆銅板，經(jīng)機械鉆通孔（孔徑0.25 mm和0.30 mm），沉銅、板電、背鉆（孔數(shù)一半0.25 mm通孔設(shè)計背鉆，背鉆部分孔徑0.4 0 m m，背鉆控深深度1.0 mm），板上均勻排列密集孔。設(shè)計制作兩種不同通孔鉆帶測試板，記為testA和testB，后者漲縮預期大于前者。

1.2 制作常規(guī)鋁片網(wǎng)板和墊板

選用厚0.20 mm常規(guī)鋁片，為了實現(xiàn)大小孔、背鉆孔同步樹脂塞孔，根據(jù)測試板上的大小孔、背鉆孔孔位和孔徑，在0.2 mm厚常規(guī)鋁片上通過機械鉆孔方式開窗鉆孔，對應測試板0.25 mm通孔鋁片開窗通孔孔徑為0.40 mm，對應測試板0.30 mm通孔鋁片開窗通孔孔徑為0.30 mm，對應測試板背鉆孔鋁片開窗通孔孔徑為0.35 mm。將墊板制作成控深導氣墊板。

1.3 制作非常規(guī)厚鋁片網(wǎng)板和墊板

（1）設(shè)計方案：設(shè)計一種提升大小孔、背鉆孔同步樹脂塞孔對位能力的加工工具，加工工具包括特制鋁片網(wǎng)板、生產(chǎn)板、墊板、水平塞孔平臺（見圖1所示）。生產(chǎn)板設(shè)有大小孔、背鉆孔；特制鋁片網(wǎng)版上設(shè)有對應生產(chǎn)板的大小孔、背鉆孔的超常規(guī)厚鋁片網(wǎng)板孔，該網(wǎng)版孔為上小下大的階梯孔，階梯孔下端孔徑大于所述大小孔、背鉆孔的孔徑，極大提升樹脂塞孔對位能力，降低了樹脂塞孔對位苛刻性要求。階梯孔的階梯深度為特制網(wǎng)板板厚的1/3～2/3，階梯孔上端孔徑則用于控制油墨入油量，以實現(xiàn)大小孔、背鉆孔同步樹脂塞孔。

（2）厚鋁片鉆通孔：非常規(guī)厚鋁片由柳鑫公司生產(chǎn)，其規(guī)格為：尺寸650×600 mm，厚度0.47 mm。通過機械鉆孔方式開窗鉆孔，對應測試板0.25 mm通孔鋁片開窗通孔孔徑為0.40 mm，對應測試板0.30 mm通孔鋁片開窗通孔孔徑為0.30 mm，對應測試板背鉆孔鋁片開窗通孔孔徑為0.35 mm。非常規(guī)厚鋁片鉆通孔采用全新鉆頭，鉆頭壽命500～1500。墊板制作為控深導氣墊板。

（3）厚鋁片控深鉆：控深鉆/背鉆孔徑設(shè)計“D+8”，即鋁片開窗通孔孔徑分別為0.30 mm、0.35 mm和0.40 mm，則其對應背鉆孔徑分別為0.50 mm、0.55 mm和0.60 mm。非常規(guī)厚鋁片控深鉆/背鉆采用全新鉆頭，鉆頭壽命為300～500孔/支，控深深度為0.20 mm。測試孔切片圖如圖2所示。

圖1 樹脂塞孔疊板示意圖

圖2 非常規(guī)厚鋁片測試孔切片圖

2 樹脂塞孔

（1）將網(wǎng)框、網(wǎng)紗、鋁片組合制作出鋁片網(wǎng)板。厚鋁片封板需要形成上小下大的階梯孔塞孔網(wǎng)板，原理如圖2所示。

（2）從上至下依次設(shè)置鋁片網(wǎng)板、測試板、墊板、水平塞孔平臺，采用塞孔機從背鉆孔背鉆面塞入樹脂油墨，調(diào)試相關(guān)參數(shù)，完成塞孔。

（3）烘烤預固化，烤板溫度100 ℃，烤板時間1 h，初步磨平塞孔表面，升溫使樹脂油墨完全固化，烤板溫度155 ℃，烤板時間1 h，磨平塞孔表面?；蛑苯雍婵臼箻渲湍耆袒竽テ饺妆砻?，其中烤板溫度155 ℃，烤板時間2 h。

采用常規(guī)鋁片樹脂塞孔工藝制作的測試板，型號記為TEB0I0201A0-test；采用上小下大階梯孔非常規(guī)厚鋁片樹脂塞孔工藝制作的測試板，型號記為TEB0I0202A0-test。

3 結(jié)果與討論

3.1 測試板漲縮測量

testA和testB測試板經(jīng)背鉆烤板后，各選擇6塊測試板，分別進行標號，test A編號記為A01～A06，testB編號記為B01～B06，進行二次元機漲縮測量，漲縮數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 測試板漲縮數(shù)據(jù)

3.2 測試板真空塞孔及其效果

根據(jù)test A和test B漲縮，出具兩個不同漲縮樹脂塞孔鋁片鉆帶資料。制作完成兩張普通鋁片。采用水平真空塞孔機塞孔，塞孔效果如圖3所示，板面出現(xiàn)一定程度“糊油”現(xiàn)象，從切片分析可知，一定真空條件下，導通孔內(nèi)無氣泡，背鉆孔內(nèi)出現(xiàn)微小氣泡，孔口無明顯凹陷，塞孔飽滿。

圖3 TEB0I0201A0-test樹脂塞孔切片圖

綜合test A和test B漲縮，制作設(shè)有上小下大階梯孔的非常規(guī)厚鋁片。采用水平真空塞孔機塞孔，塞孔效果如圖4所示，板面出現(xiàn)無明顯“糊油”、“聚油”現(xiàn)象，從切片分析可知，孔內(nèi)無氣泡，孔口無明顯凹陷，塞孔飽滿。

圖4 TEB0I0202A0-test樹脂塞孔切片圖

3.3 同步塞孔過程分析

同步樹脂塞孔，塞孔鋁片開窗孔徑起決定性作用；同時，塞孔參數(shù)的調(diào)節(jié)也影響明顯。在樹脂塞孔過程中，樹脂油墨的受力過程如圖5所示。由圖5分析，在刮膠移動勻速或靜止的狀態(tài)下，樹脂油墨塞孔的動力F和θ角相關(guān)，理論上，θ越小油墨塞孔的推動力越大，越有利于塞孔；但是θ越小刮膠下可留存的樹脂油墨就越少，這就又不利于塞孔，這是一對矛盾體。這個矛盾決定了即使使用真空塞孔同步完成含高縱橫比通孔（縱橫比≥12:1）及其形成的背鉆孔板件，也是極具挑戰(zhàn)性的，會出現(xiàn)如塞孔孔內(nèi)空洞、孔口凹陷等品質(zhì)問題。

3.4 塞孔對位能力提升原理分析

以測試板0.20 mm導通孔為例，采用水平真空塞孔機，鋁片協(xié)同控深導氣墊板的方式塞孔。如圖6所示，其中（1）B0/T0為理想狀態(tài)下鋁片塞孔示意圖；（2）B1和（3）B2為采用常規(guī)鋁片開窗0.40 mm的塞孔示意圖，即塞孔鋁片單邊加0.10 mm，其中B2為出現(xiàn)偏位，若測試板長邊最大按尺寸620 mm計算，得出極限漲縮為1.00032，一般實際生產(chǎn)中生產(chǎn)板漲縮在萬分之三以內(nèi)塞孔鋁片可共用；（4）T1和（5）T2為采用設(shè)有上小下大階梯孔的非常規(guī)厚鋁片樹脂塞孔示意圖，其階梯孔上孔徑為0.40 mm，下孔徑為0.60 mm，T2為出現(xiàn)偏位；（6）T3為設(shè)有上小下大階梯孔的非常規(guī)厚鋁片極限樹脂塞孔示意圖，同樣，測試板長邊最大按尺寸620 mm計算，得出極限漲縮為1.00064。因此，實際生產(chǎn)中同一批次生產(chǎn)板漲縮在超過萬分之三的情況下，塞孔鋁片仍可共用，且大幅度提升塞孔對位能力。

3.5 同步塞孔對位能力提升驗證分析

設(shè)計16 層板進行驗證。實驗板記為TEB0I1609A0。其制作流程如下：

開料→烤板→機械鉆定位孔→曝光圖形→酸性蝕刻→AOI→棕化→疊板→外層壓合→外層X-ray打孔→銑邊→鉆孔→沉金噴砂→烤板→等離子→外層沉銅一→板電一→打靶→背鉆→磨板除披鋒→烤板→樹脂塞孔→樹脂磨板→沉銅二→板電二→外層曝光→外層蝕刻→阻抗測試一→外層AOI→防焊→文字→化學金→阻抗測試二→銑成型→電測→成品檢查→包裝。

采用生益S7439材料，18 μm/18 μm銅厚，板厚0.089 mm，不含銅，Tg值170℃。工作板裁切尺寸620 mm×468 mm。壓合板厚2.25 mm，壓合后X-ray機觀察層偏情況，同心圓沒有相切的現(xiàn)象（圖7）。鉆孔孔徑0.20 mm、0.25 mm等，0.20 mm部分孔徑進行背鉆，背鉆部分孔徑為“D+6”，即0.35 mm?？景搴螅趦膳伪炽@板各抽選8塊，進行二次元機漲縮測量，漲縮數(shù)據(jù)長邊1.00004～1.00042，短邊1.00002～1.00036。

圖5 樹脂油墨受力分析

圖6 水平真空樹脂塞孔原理示意圖

圖7 壓合后同心圓對準度情況

為了控制樹脂塞孔入油量實現(xiàn)同步塞孔，設(shè)計TEB0I1609A0的0.20 mm、0.25 mm導通孔、0.35 mm背鉆孔對應的0.47 mm厚鋁片通孔孔徑為0.30 mm，制作通孔鋁片和塞孔控深墊板，其中采用全新鉆頭，壽命1000；轉(zhuǎn)速142 kr/min、下刀速0.70 m/min，退刀速25 m/min。出具鋁片控深鉆/背鉆鉆帶資料，控深鉆/背鉆孔徑為“D+8”即0.50 mm，控深鉆/背鉆深度為0.27 mm，轉(zhuǎn)速75 kr/min、下刀速0.50 m/min，退刀速25 m/min。

采用水平真空塞孔機塞孔，管控要求：鋁片封網(wǎng)前，對鋁片進行雙面砂紙打磨，后用氣槍雙面吹孔；樹脂油墨解凍后，預抽真空排氣泡；調(diào)節(jié)網(wǎng)板間距8.0 mm，抬網(wǎng)間距14.0 mm；因背鉆孔深度達板厚80%，應預防背鉆孔油墨穿透導致的塞孔不飽滿，故此板選擇“低真空”模式，設(shè)定真空度28 000 Pa，調(diào)節(jié)刮膠角度和刮膠移動速度的影響。采用一張鋁片，完成超漲縮板鋁片樹脂塞孔。塞孔驗證效果，可以觀察到板面無明顯的“糊油”、“聚油”現(xiàn)象，在取網(wǎng)板時，樹脂輕微被刮走，但因鋁片備鉆孔內(nèi)油墨補償，避免了孔口凹陷。經(jīng)烤板、磨板，進行切片分析，如圖8所示，可見樹脂塞孔飽滿、孔內(nèi)無空洞。

4 結(jié)論

圖8 TEB0I1609A0塞孔切片效果

通過設(shè)計制作具有上小下大的階梯孔的非常規(guī)厚鋁片網(wǎng)板，能夠有效提升大小孔、背鉆孔樹脂塞孔對位能力。塞孔板漲縮范圍將從萬分之三提升至萬分之六。有利于樹脂油墨進入大小孔、背鉆孔內(nèi)，降低塞孔對位精度苛刻性要求。此外，階梯孔的階梯深度形成的空間，在其內(nèi)的存留的樹脂油墨在重力作用下能夠補償大小孔、背鉆孔空口樹脂油墨，避免了樹脂塞孔不飽滿、孔口凹陷。通過調(diào)控階梯孔上端孔徑實現(xiàn)了樹脂油墨導入量的可控，能夠?qū)崿F(xiàn)大小孔、背鉆孔等多類型孔同步樹脂塞孔，并能最終確保樹脂塞孔飽滿。經(jīng)過對比分析和驗證分析，能達到大小孔、背鉆孔同步樹脂塞孔對位能力提升的目的。