機(jī)械控深盲孔技術(shù)研究

陳顯任 李金鴻 胡新星 廖良輝

珠海方正科技高密電子有限公司

1 前言

1.1 盲孔技術(shù)開(kāi)發(fā)前景

隨著電子產(chǎn)品向多功能化、小型化、輕量化的發(fā)展趨勢(shì)，相應(yīng)印制線路板的布線密度和孔密度越來(lái)越高，制作也越來(lái)越困難。提高印制板布線密度最有效的方法之一是減少通孔數(shù)增加盲孔數(shù)[1]。1990年日本IBM的Yasu工廠的PCB部門(mén)推出SLC技術(shù)（Surface Laminar Circuit，表面疊層電路技術(shù)，現(xiàn)該部門(mén)已被京瓷 SLC Tech wologies收購(gòu)）以后，盲孔技術(shù)迅速成為業(yè)界的關(guān)注點(diǎn)。后來(lái)，日本松下開(kāi)發(fā)了ALIVH工藝（Any Layer Inner Via Hole，任意層內(nèi)互連孔技術(shù)），東芝開(kāi)發(fā)了B2IT工藝（Buried Bump interconnection technology，埋入凸塊互連技術(shù)）。緝斐電開(kāi)發(fā)了FVSS工藝（Free Via Stacked Up Structure，任意疊孔互連技術(shù)），North Print 開(kāi)發(fā)了NMBI工藝（Neo-Manhattan Bump Interconnection，新型立柱凸塊互連技術(shù)）[2]-[4]。

1.2 盲孔類(lèi)型介紹

盲孔加工一般有兩種鉆孔方式，一種是采用激光鉆孔機(jī)制作，通常孔徑在0.1 mm ～ 0.15 mm，另外一種是采用傳統(tǒng)機(jī)械鉆孔機(jī)制作，通?？讖健?.15 mm，這里稱(chēng)為機(jī)械盲孔，此種盲孔目前大多數(shù)PCB廠家均是采用傳統(tǒng)的逐次壓合法制作實(shí)現(xiàn)，該方法需要多次的鉆孔、圖形轉(zhuǎn)移、電鍍和壓合等流程。流程長(zhǎng)，效率低，成本高，其間尺寸控制和誤差的累計(jì)轉(zhuǎn)移，成為該類(lèi)型板件生產(chǎn)控制的難點(diǎn)。

1.3 控深盲孔技術(shù)介紹

隨著電子科技的進(jìn)步，業(yè)界知名鉆孔機(jī)制造商已經(jīng)研發(fā)深度控制鉆孔技術(shù)，機(jī)械鉆機(jī)可以有效控制鉆孔深度，從而為具有機(jī)械盲孔設(shè)計(jì)的PCB產(chǎn)品制作另辟新徑，避免進(jìn)行多次壓合來(lái)實(shí)現(xiàn)盲孔的連接，但深度控制鉆孔制作工藝受盲孔在沉銅電鍍方面的局限性，導(dǎo)致該技術(shù)在PCB行業(yè)應(yīng)用相對(duì)較少，本文主要對(duì)機(jī)械控深鉆盲孔技術(shù)工藝的層壓厚度公差、機(jī)械鉆機(jī)的深度控制能力、機(jī)械控深盲孔電鍍控制能力、以及機(jī)械控深盲孔沉金表面處理能力進(jìn)行了分析研究，并明確了各自制作能力，為此工藝技術(shù)產(chǎn)品導(dǎo)入批量生產(chǎn)完成了技術(shù)儲(chǔ)備。

2 機(jī)械控深盲孔技術(shù)研究

2.1 技術(shù)要點(diǎn)

（1）評(píng)估壓合介質(zhì)厚度均勻性、機(jī)械控深盲孔鉆孔控深精度；

（2）評(píng)估機(jī)械控深盲孔不同孔徑比孔金屬化能力；

（3）評(píng)估機(jī)械控深盲孔不同孔徑比沉鎳金表面處理能力。

2.2 研究方案

材料：高Tg材料；

試驗(yàn)設(shè)備：各條生產(chǎn)線、金相顯微鏡、三維測(cè)量?jī)x、回流焊測(cè)試機(jī)、溫濕測(cè)試儀等；

試驗(yàn)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1，盲孔設(shè)計(jì)基本信息如表1。

圖1

2.3 試驗(yàn)板流程設(shè)計(jì)

采用酸性蝕刻工藝，試驗(yàn)流程如下：

開(kāi)料→內(nèi)層圖形→內(nèi)層沖孔→內(nèi)層AOI →棕化→壓合→銑邊框→鉆孔→機(jī)械控深盲孔→烘板→沉銅→電鍍→外層干膜→DES→外層AOI→阻焊→沉金→字符→銑板→電子測(cè)試→可靠性測(cè)試

表1 盲孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.4 試驗(yàn)板重點(diǎn)工序控制方法

2.4.1 層壓評(píng)估項(xiàng)目

（1）試驗(yàn)板壓合絕緣層均勻性控制：

樣品數(shù)量：取樣30個(gè)切片；

讀取數(shù)據(jù)要求：每個(gè)切片樣品在顯微鏡下讀取各連接層之間的介質(zhì)厚度，每個(gè)切片讀數(shù)為兩個(gè)；控制標(biāo)準(zhǔn)：各絕緣層厚度均勻性Cpk≥1.33，說(shuō)明各層介質(zhì)厚度較為均勻。

（2）壓合各介質(zhì)厚度均勻性分析如表2。

表2 各層次絕緣層厚度分析

從上述測(cè)試結(jié)果得出：Cpk按1.33控制時(shí)，L1-2L10-9、L3-4L7-8、L5-6五種介質(zhì)層厚度的控制精度分別為±9.144 μm/9.906 μm、±11.176 μm/10.16 μm、±19.558 μm。

2.4.2 鉆孔評(píng)估項(xiàng)目

（1）設(shè)備選擇：帶控深功能的鉆機(jī)；控深精度控制：±25 μm。

（2）試驗(yàn)板不同深度的盲孔控深深度數(shù)據(jù)如表3：

表3 不同深度盲孔鉆孔實(shí)際深度數(shù)據(jù)分析

通過(guò)上述表格數(shù)據(jù)分析，控深盲孔精度均能保持在設(shè)定值的范圍內(nèi)，深度控制公差沒(méi)有出現(xiàn)深度超差的現(xiàn)象，均能滿足±25 μm以?xún)?nèi)。

2.4.3 盲孔孔金屬化評(píng)估項(xiàng)目

（1）設(shè)備、電鍍加工參數(shù)對(duì)比

?

（2）盲孔孔金屬化接受標(biāo)準(zhǔn)：盲孔銅厚要求Min≥13 μm，AVE（平均）≥18 μm

（3）盲孔電鍍后每種孔徑比均需要取樣分析孔銅，具體詳見(jiàn)下表4（取樣數(shù)量4pcs）

表4 不同AR值盲孔電鍍切片圖分析

通過(guò)上述對(duì)表結(jié)果表明，VCP垂直電鍍線盲孔深度能力優(yōu)于垂直龍門(mén)電鍍線，AR≤1.5的深鍍能力達(dá)90%以上，AR＞1.5的深度能力達(dá)50%；垂直龍門(mén)線盲孔深鍍能力AR≤1.0達(dá)80%，AR＞1.0時(shí)無(wú)法滿足要求。

2.4.4 盲孔沉鎳金表面處理評(píng)估項(xiàng)目

A、不同沉鎳金藥水體系的盲孔沉金品質(zhì)狀況（如表5所示）

B、盲孔沉鎳金圖片（取樣數(shù)量：每種孔徑比4個(gè)切片；注：C體系藥水，如表6所示）

表5 不同孔徑比盲孔沉鎳金藥水對(duì)比分析

表6 盲孔沉鎳金切片圖分析

通過(guò)上述分析結(jié)果表明，使用C體系藥水對(duì)盲孔進(jìn)行沉鎳金表面處理，盲孔孔徑比≤1∶1以下的均能沉上金，能夠滿足品質(zhì)要求。

3 結(jié)論

（1）機(jī)械控深盲孔技術(shù)工藝制作，各絕緣層壓合均勻性公差能夠控制在±0.02 mm以?xún)?nèi)，其Cpk值均能達(dá)到1.33以上；

（2）機(jī)械控深盲孔技術(shù)工藝制作，不同深度盲孔鉆孔控深精度能夠控制在±25 μm以?xún)?nèi)；

（3）機(jī)械控深盲孔AR≤1的盲孔電鍍深度能力達(dá)到80%以上，能夠滿足客戶(hù)需求；

（4）機(jī)械控深盲孔AR≤1的盲孔沉鎳金上金率100%，完全能夠滿足客戶(hù)需求；

（5）我公司現(xiàn)有的設(shè)備及生產(chǎn)技術(shù)能夠滿足機(jī)械控深盲孔工藝制作要求，并且確定了其工藝流程與制作能力。

[1]楊宏強(qiáng), 王洪, 駱玉祥.多階盲孔板制作中的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].印制電路資訊,2007(6).

[2]林振華, 林振富.高密度多層電路板技術(shù)[D].臺(tái)灣:全華科技圖書(shū)股份有限公司,2001.

[3]龔永林.一次壓合積層法印制板制造技術(shù)[J].印制電路信息,2003(4).

[4]源明.新結(jié)構(gòu)的積層印制電路板[J].電子電路與貼裝,2003(1).