臺(tái)階插件孔印制電路板加工工藝研究

孫洋強(qiáng) 鄧 嵐 楊海軍 張仁軍 王 素 胡志強(qiáng)

（四川英創(chuàng)力電子科技股份有限公司，四川 遂寧 629000）

0 前言

隨著電子產(chǎn)品的普及和廣泛應(yīng)用，印制電路板（PCB）的生產(chǎn)和制造技術(shù)也不斷更新和發(fā)展，現(xiàn)代電子產(chǎn)品向高密度化、小型化、高頻化的方向發(fā)展。PCB設(shè)計(jì)也發(fā)生了變化，部分產(chǎn)品開(kāi)始引入臺(tái)階插件孔的設(shè)計(jì)。用以安裝元器件，提高產(chǎn)品集成度或達(dá)到信號(hào)的屏蔽作用。

PCB板上的臺(tái)階插件孔一般用于焊接元器件，使其與臺(tái)階插件孔底部露出的圖形形成導(dǎo)通。因此對(duì)臺(tái)階插件孔底部的溢膠量及孔內(nèi)殘膠要求嚴(yán)格。而現(xiàn)在高頻材料使用的大部分為流膠半固化片（PP），對(duì)于高頻材料的PCB板，溢膠量控制、除膠成為其加工難點(diǎn)。本文以一款8層高頻臺(tái)階插件孔板作為對(duì)象，研究PP鉆孔開(kāi)窗大小以及臺(tái)階插件孔除膠方式對(duì)臺(tái)階插件孔質(zhì)量的影響，制作出符合產(chǎn)品需求的臺(tái)階插件孔板。

1 產(chǎn)品描述

本文研制的臺(tái)階插件孔印制板，主要針對(duì)臺(tái)階插件孔進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)開(kāi)發(fā)和制造工藝研究。主要特點(diǎn)為使用高頻基材生產(chǎn)制作具有高速、大容量、性能高的產(chǎn)品，臺(tái)階插件孔設(shè)計(jì)為L(zhǎng)1-L3層，將L3層圖形直接露出，該產(chǎn)品壓合結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品疊層示意圖

如圖1所示，臺(tái)階插件孔導(dǎo)通L1-L3層，且盲孔內(nèi)不填充樹(shù)脂。這種結(jié)構(gòu)露出了L3層線路中的連接盤(pán)（pad），讓高頻信號(hào)可以從內(nèi)層發(fā)射到板外。臺(tái)階插件孔印制板結(jié)構(gòu)明細(xì)如表1所示。

表1 臺(tái)階插件孔印制板結(jié)構(gòu)明細(xì)表

2 工藝流程

如上結(jié)構(gòu)描述，臺(tái)階插件孔位于L1-L3層。為實(shí)現(xiàn)這一臺(tái)階插件孔結(jié)構(gòu)，筆者采用的方法為在L1-L2層內(nèi)層芯板的加工過(guò)程中，蝕刻后在臺(tái)階孔位置先鉆出臺(tái)階孔。同時(shí)將L2-L3層之間壓合需要的疊層PP也鉆孔處理，鉆孔位置與L1-L2層芯板鉆孔位置一一對(duì)應(yīng)。壓合完成后將臺(tái)階插件孔孔內(nèi)的溢膠去除從而得到符合要求的臺(tái)階插件孔板。PP鉆孔的大小以及壓合后除膠的方法將在以下具體論述。壓合臺(tái)階槽盲孔板的加工流程如圖2所示。

圖2 產(chǎn)品流程設(shè)計(jì)圖

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本文中臺(tái)階插件孔板的主要加工難點(diǎn)在于控制壓合后臺(tái)階插件孔孔內(nèi)的溢膠量以及去除壓合后臺(tái)階插件孔孔內(nèi)的溢膠。故而筆者從PP鉆孔大小方面研究臺(tái)階插件孔孔內(nèi)的溢膠情況，以壓合后臺(tái)階插件孔孔內(nèi)的溢膠情況作為表征。壓合后盲孔孔內(nèi)溢膠的去除方式使用堿性高錳酸鉀除膠+等離子體除膠、激光除膠兩種方式對(duì)比除膠效果。

3.1 PP開(kāi)窗尺寸

本文中采用機(jī)械鉆孔方式，鉆孔時(shí)PP的疊層數(shù)量為4張。考慮PP的材質(zhì)較為柔軟，鉆孔前將PP夾在FR-4輔助光板中間（FR-4光板厚度為0.5 mm），美紋膠帶固定，調(diào)整鉆機(jī)參數(shù)，然后進(jìn)行機(jī)械鉆孔。

考慮PP開(kāi)窗尺寸對(duì)溢膠量的影響，選擇不同開(kāi)窗尺寸大小對(duì)比進(jìn)行測(cè)試。本文中成品臺(tái)階插件孔孔徑要求為0.5 mm，L1-L2層芯板臺(tái)階孔鉆孔孔徑為0.6 mm（見(jiàn)表2所示）。

表2 PP開(kāi)窗尺寸數(shù)據(jù)表

3.2 除膠方式實(shí)驗(yàn)方案

臺(tái)階插件孔生產(chǎn)板在生產(chǎn)制造過(guò)程中，為有效的露出L3層圖形，與臺(tái)階插件孔形成導(dǎo)通。需對(duì)臺(tái)階孔底部進(jìn)行有效全面的除膠，且不能傷及底部L3層圖形。針對(duì)除膠方式，設(shè)計(jì)了堿性高錳酸鉀除膠+等離子體除膠、激光除膠兩種除膠方式進(jìn)行測(cè)試。壓合前的PP鉆孔大小采用前次實(shí)驗(yàn)中的最佳結(jié)果。表3為除膠方式實(shí)驗(yàn)的兩種方案具體除膠過(guò)程說(shuō)明。

表3 除膠方式方案具體信息表

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.1 PP開(kāi)窗大小實(shí)驗(yàn)結(jié)果

將PP鉆孔開(kāi)窗大小較L1-L2層芯板上的臺(tái)階孔鉆孔孔徑分別加大0 mm、0.1 mm、0.2 mm、0.3 mm、0.4 mm進(jìn)行機(jī)械鉆孔。鉆孔后將PP與內(nèi)層芯板疊板壓合，壓合后不經(jīng)過(guò)除膠處理，直接將臺(tái)階插件孔板進(jìn)行沉銅電鍍。所得到的臺(tái)階插件孔用切片分析其質(zhì)量，所得到的切片效果如圖3所示。從圖3中可以看出，隨著PP鉆孔開(kāi)窗大小的加大，臺(tái)階插件孔孔內(nèi)的溢膠情況逐漸減少。當(dāng)PP鉆孔開(kāi)窗大小較L1-L2層芯板臺(tái)階孔鉆孔孔徑大0～0.2 mm時(shí)，臺(tái)階孔孔內(nèi)溢膠量較大，該位置L1-L3層未實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通。當(dāng)PP鉆孔開(kāi)窗大小較L1-L2層芯板臺(tái)階孔鉆孔孔徑大0.3 mm時(shí)，臺(tái)階孔L1-L3層已經(jīng)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通但是臺(tái)階孔孔內(nèi)仍有少量溢膠。當(dāng)PP開(kāi)窗大小進(jìn)一步加大，臺(tái)階孔孔內(nèi)不僅有少量溢膠存在，但是臺(tái)階孔孔壁還出現(xiàn)了凹陷，臺(tái)階孔的可靠性變差。從以上結(jié)果分析可知，PP鉆孔開(kāi)窗大小較L1-L2層芯板臺(tái)階孔鉆孔孔徑大0.3 mm為最佳效果。但是此時(shí)壓合后臺(tái)階插件孔孔內(nèi)還有少量溢膠存在，壓合后必須進(jìn)行除膠處理才能得到良好的臺(tái)階插件孔。

圖3 臺(tái)階插件孔壓合電鍍后切片

4.2 除膠方式結(jié)果

采用以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果中的較佳參數(shù)對(duì)PP進(jìn)行鉆孔開(kāi)窗，然后將PP與芯板進(jìn)行疊層壓合，壓合得到臺(tái)階插件孔板后用堿性高錳酸鉀藥水+等離子體除膠、激光除膠等兩種方式分別去除臺(tái)階插件孔內(nèi)的溢膠。除膠后進(jìn)行沉銅電鍍。對(duì)電鍍后的臺(tái)階插件孔進(jìn)行切片，結(jié)果如圖4所示。

圖4 臺(tái)階插件孔除膠電鍍后切片圖

從圖4明顯看出，經(jīng)過(guò)堿性高錳酸鉀+等離子體除膠之后，臺(tái)階插件孔的形狀不規(guī)則且孔壁有過(guò)蝕產(chǎn)生的凹陷。而激光除膠后，臺(tái)階孔孔底的溢膠完全去除，臺(tái)階插件孔質(zhì)量較佳。

5 結(jié)論

本文以L1-L2層芯板鉆臺(tái)階插件孔、L2-L3層之間壓合PP對(duì)應(yīng)位置鉆孔。經(jīng)過(guò)壓合得到需要的L1-L3層臺(tái)階插件孔。經(jīng)過(guò)以上一系列的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，最終獲得了最佳的高頻臺(tái)階插件孔板的加工參數(shù)，其中PP鉆孔開(kāi)窗大小以較L1-L2層芯板鉆孔孔徑加大0.3 mm為最佳。壓合完成后，采用激光除膠的方式可以去除孔內(nèi)溢膠獲得質(zhì)量較佳,最終獲得高頻臺(tái)階插件孔板。