树脂塞孔工艺流程浅析.doc

The Technology Description of Resin plugging PCB ProductsPCB树脂塞孔工艺技术浅析叶应才深圳崇达多层线路板有限公司电话：+86-755-26068047，传真：+86-755-26068048，Email:作者简介：2002年毕业于北京理工大学，已从事8年线路板工艺技术和研发工作，主导多类PCB特别产品的研发和转量产工作，熟悉PCB产品的应用和设计原理，以及产品的可靠性评估原理手法。文章摘要：随着装配元器件微小型化的发展，PCB的布线面积，图案设计面积也在随之不断的减小。为了适应这一发展趋势，PCB设计和制造者们也在不断的更新设计理念和工艺的制作方法。树脂塞孔的工艺也是人们在缩小PCB设计尺寸，配合装配元器件而发明的一种技术方法。其大胆的设计构思和可规模化的生产确实在PCB的制作领域发挥了极大的推动力，有效的提高了HDI、厚铜、背板等产品的可靠性和制作工艺能力。了解和有效利用这一技术，也是许多PCB业者正在努力进行中的工作。 文章概述了树脂塞孔的出现，发展和制作的技术方法，谨供大家参考。关键词：树脂塞孔、盲孔填胶、埋孔填胶、叠层Abstract:Along with the development of the small dimension chip assembled, PCBs area of trace distribution and drawing design has become smaller and smaller with the new technologies. In order to keep up with this change, PCBs designer and manufacturer are all renewing the design concept and technology of fabrication continuously. Resin plugged is one of technologies invented to reduce the size of PCB and fix to the chip assembly. The innovative concept and large-scale of operation of this technology really plays a integral role in the PCBs fabricated field, it can effectively improve the reliability and capability of the PCB product such as HDI, heavy copper, backplane, etc. Learning and using this kind of technology is an important role in utilizing new cutting edge applications. This article explains the advantages, appearance and development of the utilization of resin filled technology.Key words: resin filling/plugged, blind via plugged, bury via plugged, stack up structure1. 前言: 树脂塞孔的工艺流程近年来在PCB产业里面的应用越来越广泛，尤其是在一些层数高，板子厚度较大的产品上面更是备受青睐。人们希望使用树脂塞孔来解决一系列使用绿油塞孔或者压合填树脂所不能解决的问题。然而，因为这种工艺所使用的树脂本身的特性的缘故，在制作上需要克服许多的困难，方能取得良好的树脂塞孔产品的品质。2树脂塞孔的由来21电子芯片的发展 随着电子产品技术的不断更新，电子芯片的结构和安装方式也在不断的改善和变革。其发展基本上是从具有插件脚的零部件发展到了采用球型矩阵排布焊点的高度密集集成电路模块。从下图可以看到零部件的发展历程： 最早的CPU 286 CPU(插件脚) 奔腾系列CPU(插件脚) 球型排列的双核CPU 服务器CPU22 两个人的相遇成就了树脂塞孔技术在PCB产业里边，许多的工艺方法都已经在行业内被广泛的应用，人们对于某一些工艺方法的由来基本上都已经不太关心。其实早在球型矩阵排列的电子芯片刚上市的时候，人们一直在为这种小型的芯片贴装元器件出谋划策，期望能从构造上缩小其成品的尺寸。20世纪90年代，山荣公司(San-ei)开发了一种树脂，直接将孔塞住，然后在表面镀铜，主要是为了解决绿油塞孔容易出现的空内吹气的问题。因特尔将此种工艺应用到因特尔的电子产品中，诞生了所谓的Via in pad (部分厂也叫Via on pad)工艺。 从2002年以后的时间里，山荣公司生产的PHP-900系列树脂塞孔油墨被广泛的应用到因特尔和西门子等著名公司的网络服务器的产品当中。随着时间的推移，此种工艺逐渐被推广并不断的有新的应用。3. 树脂塞孔的应用 当前，树脂塞孔的工艺主要应用于下列的几种产品中:3 1 Via in pad技术的树脂塞孔。3.1.1 技术原理A. 利用树脂将导通孔塞住，然后在孔表面进行镀铜。如下图： 传统设计 VIP设计（例图） B. 切片实例：BGA树脂塞孔位焊盘 3.1.2 Via in pad 技术的优点l 缩小孔与孔间距，减小板的面积，l 解决导线与布线的问题，提高布线密度。32 内层树脂塞孔用3.2.1 技术原理使用树脂将内层的埋孔塞住，然后在进行压合。这种工艺平衡了压合的介质层厚度控制与内层埋孔填胶设计之间的矛盾。l 如果内层埋孔没有被树脂填满，在过热冲击时板子会出现爆板的问题而直接报废；l 如果不采用树脂塞孔，则需要多张PP进行压合以满足填胶的需求，可是如此一来，层与层之间的介质层厚度会因为PP片的增加而导致厚度偏厚。3.2.2 例图PP片内层树脂填充3.2.3 内层树脂塞孔的应用l 内层树脂塞孔广泛的被应用于HDI的产品中，以满足HDI产品薄介质层需求的设计要求；l 对于内层有埋孔设计的盲埋孔产品，因为中间结合的介质设计偏薄，往往也需要增加内层树脂塞孔的流程。l 部分盲孔产品因为盲孔层的厚度大于0.5mm，压合填胶不能把盲孔填满，也需要进行树脂塞孔将盲孔填满，避免后续流程中盲孔出现孔无铜的问题。3.3 通孔树脂塞孔在部分的3G产品中，因为板子的厚度达到3.2mm以上，人们为了或者提高产品的可靠性问题，或者为了改善绿油塞孔带来的可靠性问题，在成本的允许下，也采用树脂将通孔塞住。这是近段时间以来树脂塞孔工艺得以推广的一大产品类别。 4. 树脂塞孔的工艺制作方法4.1 制作流程 以上介绍的3种类型的树脂塞孔具有不同的流程，分别如下：4.1.1 Via in pad类型的产品开料钻孔沉铜板电板电（加厚铜）树脂塞孔打磨钻通孔沉铜板电外层图形图形电镀蚀刻阻焊表面处理成型电测FQC出货4.1.2 内层树脂塞孔类型产品开料埋孔内层图形AOI压合钻孔沉铜板电板电（加厚铜）树脂塞孔打磨内层图形AOI压合钻通孔沉铜板电外层图形图形电镀蚀刻阻焊表面处理成型电测FQC出货4.1.3 通孔树脂塞孔类型开料钻孔沉铜板电板电（加厚铜）树脂塞孔打磨外层图形图形电镀蚀刻阻焊表面处理成型电测FQC出货4.2 流程中特别的地方l 从以上流程中，我们明显发现流程有所不同。一般我们的理解是，“树脂塞孔”以后紧接着就是“钻通孔和沉铜板电”流程的产品，我们都认为是Via in pad的产品；如果“树脂塞孔”以后紧接着的流程是“内层图形”，则我们认为是内层树脂塞孔产品；如果“树脂塞孔”以后紧接着的流程是“外层图形”；l 以上不同种类的产品在流程上是有严格界定的，不能走错流程；4.3 流程的改进A. 对于采用树脂塞孔的产品，为了改善产品的品质，人们也在不断的进行流程的调整来简化他的生产流程，提高其生产的良率；B. 尤其是对于内层塞孔的产品，为了降低打磨之后内层线路开路的报废率，人们采用了线路之后再塞孔的工艺流程进行制作，先完成内层线路制作，树脂塞孔后对树脂进行预固化，然后利用压合阶段的高温对树脂进行固化。C. 在最开始的时候，对于内层塞孔，人们使用的是UV预固+热固型的油墨，目前更多的时候直接选用了热固性的树脂，比较有效的提高了内层树脂塞孔的热性能。4.4 树脂塞孔的工艺方法4.4.1 树脂塞孔使用的油墨A. 目前市场上使用于树脂塞孔工艺的油墨的种类也有很多。常见的有San-Ei ,Perters, Taiyo等供应商的品牌。序号供应商名称代表的产品组份1San-EiPHP-900 IR-,MB-单组份2PertersPP-2795/PP2794单组份或双组分3TaiyoTHP-100 DX双组分B. 油墨的性能指标参数序号技术参数指标名称技术参数指标值备注1Tg () ,140-1602(ppm), 32-403(ppm) ,83-1154耐溶剂性(异丙醇 60min)pass5介电常数（Dk,1MHz）25-5.596介电损耗(Df,1MHz)0.01-0.027热传导率(W/mK)0.61.58吸水率(%)0.06-0.15对于含有溶剂型的树脂，其吸水率可能会达到0.7%9剥离力(kg/cm)0.6-0.710固化温度()1504.4.2 树脂塞孔的工艺条件A. 树脂塞孔的孔动则上万个，而且要保证不能有一个孔不饱满。这种万分之一的缺陷就会导致报废的几率，必然要求在工艺上进行严谨的思考和规范。B. 良好的塞孔设备是必然的要求。目前使用于树脂塞孔的丝印机可以分为两大类，即真空塞孔机和非真空塞孔机。序号设备类别塞孔效果丝印机压力要求成本其他影响1真空塞孔机好N/A高因为是整板印刷，需要配备8轴研磨机一起制作，薄板生产容易造成芯板变形，增加涨缩控制难度2非真空塞孔机较好8kg/cm2中图例： 真空丝印机 普通丝印机4.4.3 普通丝印机的塞孔工艺A. 丝印机的选择着重要考虑最大的气缸压力，抬网方式，刀架的平稳性以及水平度等；B. 丝印的刮刀需要使用2CM厚度，70-80度硬度的刮刀，当然，一定要具备耐强酸、强碱的特性； C. 丝印的网版选择可以选择丝网，也可以选择铝片；所要控制的是根据塞孔工艺条件的要求，选择合适的丝网目数以及针对孔径的开窗大小；D. 树脂塞孔所用的垫板有多种讲究，但是往往被工程师所忽略。垫板不仅起到导气的作用，还起着支撑的作用。对于密集孔的区域，我们把垫板钻完了以后，整个区域都是空的，在这一位置，垫板出现弓起或形变，对于板的支撑力最差，这样会造成该位置塞孔的饱满度很差。所以在垫板制作的时候，要想办法克服大面积的空位的问题，目前最好的做法是使用只钻2/3深度的垫板。E. 在印刷的过程中，最重要的是控制好印刷的压力与速度，一般来说，纵横比越大，孔径越小的板，要求的速度越慢，压力要求越大。控制较慢的速度对于塞孔气泡的改善而言效果最好。4.4.4 真空树脂塞孔机的塞孔工艺 由于真空树脂塞孔机昂贵的价格，以及其设备使用和维护技术的保密性，目前能够使用这种技术的PCB厂家屈指可数。 VCP真空树脂塞孔机的塞孔技术主要是它有一个油墨夹和两个可以横动的塞控头，塞孔头里有许多的小孔。在设备抽好真空后，用活塞将油墨夹里的油墨推至塞孔头里的小孔，两个横动塞孔头先夹紧板子，然后通过塞孔头里许多小孔把油墨填入板子上的通孔或盲孔。板子垂直挂在真空厢内，横动的塞孔头可以向下移动，直到把板里面的孔填满树脂为止。可以调节塞孔头与油墨的压力来满足塞孔饱满度的要求，不同的板子尺寸可以使用不同大小的塞孔头来塞孔。塞孔完成后，可以用刮刀浆塞孔油墨刮下再添加入塞孔油墨夹，重复利用。 目前还有一类真空塞孔机是借助于丝网进行印刷，采用CCD对位系统对位，其操作类似于普通丝印，但是多了一道真空塞孔的流程。此类塞孔机塞孔的效果最好，但是因为昂贵的设备投资，目前还没有得到广泛的应用。 使用真空塞孔机对于解决树脂的气泡问题无疑是最好的方法，塞孔油墨的选择基本上也不会受工艺所限制。但是因为整板面都有树脂，给树脂的清除造成了很大的困难。需要借助良好的打磨机共同使用。4.4.5 树脂塞孔后的打磨A. 不织布磨板机或者砂带研磨机是做树脂塞孔的必不可少的设备，一方面要求设备要能有效的除掉板面的树脂，另一方面也要求铜面的粗糙度不能有擦花、刮痕等问题。 不织布研磨机 砂带研磨机5 树脂塞孔常见的品质问题及其改进方法51 对于Via in pad产品5.1.1 常见的问题A. 孔口气泡B. 塞孔不饱满C. 树脂与铜分层 孔口气泡 塞孔不饱满 树脂与铜分层5.1.2 导致的后果A. 孔口上面没有办法做出焊盘；孔口藏气，芯片贴装吹气，也叫out-gassingB. 孔内无铜C. 焊盘突起，导致贴不上元器件或元器件脱落合格（锡饱满）吹孔out-gassing5.1.3 预防改善措施A. 选用合适的塞孔油墨，控制油墨的存放条件和保质期，B. 规范的检查流程，避免贴片位孔口有空洞的出现。即便能倚靠过硬的塞孔技术和良好的丝印条件来提高塞孔的良率，但是万分之一的几率也能导致产品报废，有时仅仅因为一个孔的空洞造成孔上没有焊盘而报废实在可惜。这就只能通过检查来找出空洞的位置并进行修理的动作。当然，检查树脂塞孔的空洞问题历来也被人们所探讨，但似乎目前还没有什么好的设备能解决这一问题。而如何能让人工检查判断的准确性更高，也有许多不同的做法。C. 选择合适的树脂，尤其是材料Tg和膨胀系数的选择，合适的生产流程以及合适的除胶参数，方能避免焊盘与树脂受热后脱离的问题。D. 对于树脂与铜分层的问题，我们发现孔表面的铜厚厚度大于15um时，此类树脂与铜分层的问题可以得到极大的改善。（如下图） 铜厚15um（1次回流焊） 铜厚15um（3次回流焊）5.2 内层埋孔,盲孔塞孔树脂塞孔5.2.1 常见的问题A. 爆板B. 盲孔树脂突起C. 孔无铜 树脂突起 孔无铜5.2.2 导致的后果 不用说，以上的几个问题都直接导致产品的报废。树脂的突起往往造成线路不平而导致开短路问题。5.2.3 预防改善措施A. 控制内层塞孔的饱满度是预防爆板的必要条件；如果选用在线路以后进行塞孔，则要控制好塞孔到压合之间的时间和板面的清洁性。B. 树脂的突起控