树脂塞孔的技术革新.pdf

树脂塞孔的技术革新 吴美 黄伟 曹立志 樊泽杰 上海美维电子有限公司 摘要 本文针对原有塞孔工艺容易造成分层的缺点 提出不研磨树脂塞孔工艺 即以电镀一 图形制 作一 内层A O I 黑 棕化一 丝印塞孔的工艺流程取代原有的电镀一 丝印塞S L 3 M 磨板一 图形制作一 内层A O I 一 黑 棕化工艺流程 节省了3 M 磨板流程 文中采用P H P 9 0 0 一M B I O A 和P H P 9 0 0 一I R I O F E 两 种普通树脂塞孔油墨在改进工艺上进行塞孔工艺实验研究 主要考察了印刷时的油墨下油量对可靠 性的影响 结果表明 使用普通树脂塞孔油墨可以在新工艺上成功实现树脂塞孔 塞孔后的结构有 良好的可靠性 满足I P C 相关可靠性测试的要求 A b s t r a c t F o rt h ee a s i l yl a y e r e dd e f e c to ft h ep r e s e n th o l ep l u g g i n gt e c h n o l o g yi no u rc o r p o r a t i o n an e w p r o c e s s n og r i n d i n gr e s i nf i l l i n gt e c h n o l o g y w a sp u tf o r w a r dt Or e p l a c et h ef o r m e rt e c h n o l o g yi nt h i sp a p e r T h a tm e a n st h en e wp r o c e s sf l o ws a v e st h e3 Mn o gp l a t ep r o c e s sb yt h ep r o c e s sf l o wo fp l a t i n g i n n e r l a y e rp a t t e m i n n e r l a y e rA O I b l a c k o x i d e b r o w n o x i d e h o l e f i l l i n gr e p l a c i n gt h ep r e s e n t p r o c e s sf l o wo fp l a t i n g h o l e f i l l i n g 3 Mn o gp l a t e 一 i n n e r l a y e rp a t t e r n 一 i n n e r l a y e rA O I b l a c k o x i d e b r o w n o x i d e T h et w oo r d i n a r yr e s i nf i l l i n gi n k s P H P 9 0 0 一M B 一10 Aa n dP H P 9 0 0 I R 10 F E w e r eu s e di nt h ei m p r o v e dp r o c e s se x p e r i m e n t T h i sp a p e rw a sm a i n l yi n v o l v ei nt h a tt h ei n f l u e n c eo fi n k q u a n t i t yo nr e l i a b i l i t y T h er e s u l ts h o w e dt h a tu s i n gt h eo r d i n a r yr e s i nf i l l i n g i n ka sc a ns u c c e s s f u l l y a c h i e v er e s i nf i l l i n gi nt h en e wp r o c e s s t h es t r u c t u r eo fr e s i nf i l l i n gh a sg o o dr e l i a b i l i t y a n dC a nm e e tt h e r e q u e s to fl P Cr e l i a b i l i t yt e s t 关键词 树脂塞孔油墨不研磨树脂塞孔工艺下油量塞孔效果 K e y w o r d s r e s i np l u gh o l e n og r i n d i n gr e s i np l u gh o l et e c h n o l o g y i n kq u a n t i t y p l u g g i n ge f f e c t 1 前言 H D I 高密度连接技术的时代 线宽与线距等将无可避免往愈小愈密的趋势发展 也 因而衍生出不同以往型态的P C B 结构出现 如V i ao nP a d S t a c kV i a 等等 在此前 提下内层埋孔通常被要求完全填满并研磨平整以增加外层的布线面积 研磨树脂塞孔工 艺为业界最常用塞孔方法即塞孔油墨在硬化后将两端突出之油墨予以研磨平整 新增加 了磨板工艺 相应提高了生产成本 为降低成本同时减少由于研磨后存在水气导致分层 我们研发出用普通树脂在内层图形转移黑 棕化后进行树脂塞孔 1 1 内层塞孔目的 如果不采用内层埋孔塞孔工艺 仅在层压的时候靠P P 中树脂填孔 在埋 子L S L 径比 较大 板比较厚的情况下 埋孔中很容易形成气泡或者树脂填孔不足 在表面形成凹坑 2 9 1 影响线路的制作 造成品质不瞧 见图表I 睾扎前后板商 无塞孔表面凹陷 搴孔后表面平整 图1 塞孔前后板面 随着客户产品对线路信号传输要求的提高 传输线路阻抗的控制就变得尤其的蕈 要 如果采用传统的层艋P P 树脂塞孔 就根容易造成介质厚度的不均匀 从而影响传 输线路阻抗的控制 吲此 必须采用树脂寒孔T 艺 使介质厚度更容易粹制 1 2 塞孔方法 常见的内层塞孔方式有增层 三台填孔 町分为R C C 及H R 高含胶量 等 本文所举 皆以R c c 压合填孔为例 与树脂油墨塞孔等两种 一般而言内层若为4 4 L 径 低纵横比 及孔数少之埋孔可使用增层压合自然填充方式塞孔 而大孔径 高纵横L L 与4 L 数多之埋 孔 则将因R C C 之含胶量不足以填充较大与较深孔径之埋孔 因此小适弁以此种方式塞 孔 含胶量若无法完全填充埋孔将造成塞孔气泡 H 陷与介质厚度小足等等问题的出现 此亦将影响产品整体2 可靠度 层压塞孔由于是在高度真空 高温系统F J 作 层压塞 孔可以保证孔内树脂不台气泡 但这种工艺也有其致命的弱点 如成本太高 操作太复 杂 另外孔1 2 1 的树脂易被托掉 自然也不能应用于窒后电镀 作盲扎的1 艺1 内层塞孔通常要求需1 0 0 塞满 如图一所示当出现纵横比较人的孔径时 无论何种 增层压合填孔方式都将无法满足此项要求 此时仅能选择以树脂油墨塞孔来进行塞孔作 业 为达内层塞孔1 0 0 塞满之需求 塞孔操作压力无可避免的将造成孔径之两端油墨额 外突出 因此塞孔油墨在硬化后尚需将两端突出之油墨予以研磨甲整 方可进行下 I L 序 避免在后续的金属化或线路制程L J 形成电镀不良与线路断路等等币良后果的出现 树脂油墨塞孔又可区分为 丝网印刷塞孔和铝片刮印填孔 2 塞孔工艺优缺点及制作分析 2l 不研磨树脂塞孔工艺流程 针对目前树脂皋孔工艺在塞孔后经3 M 磨板 磨上多余树脂 药水及湿气会留在埋 孔处 埋孔上方的大铜面挡住受热后向外逸出的水气 使微裂纹中水气浓度升高 从而 产生分层的隐患提出了改进 即不研磨树脂塞孔工艺 采用此工艺是在原有生产设备及 树脂油墨等不变的前提下 将原有工艺流程进行技术更新 即取消3 M 磨板流程 把树 脂塞孔流程由内层图形转移前塞孔调整到内层图形转移后进行塞孔 同时也能节约成 本 不研磨树脂塞孔具体流程如下 钻孔一去毛刺一水平电镀一内层图形转移一黑 棕化一塞孔一半固化一层压一正常 流程 2 2 两种不同塞孔工艺优缺点比较 2 2 1 不研磨树脂塞孔优点主要有以下四个方面 1 减小电镀铜厚 由于3 M 磨板需要磨去3 u m 铜厚 在电镀时会多镀3 u m 以满足客 户对铜厚的要求 取消3 M 磨板后 电镀时可以少镀3 u m 节省了镀铜时间同时也节约了 电镀成本 2 节省研磨工序 降低成本 同时也可以减少因磨板工序造成的铜厚不均匀 3 此油墨为热固型 半固化状态下压合 可以减少烘板温度及烘板时间 4 树脂塞孔后需过3 M 磨板 磨去多余树脂 药水及湿气残留在埋孔处 埋孔上方 的大铜面挡住受热后向外逸出的水气 使微裂纹中水气浓度升高 产生分层 树脂塞孔 时孔内油墨不塞满 塞到6 0 一8 0 左右即使热膨胀比较大 塞孔树脂与半固化片树脂的 结合力会好于树脂和铜面的结合力 取消3 M 流程 就不会有药水及湿气残留在埋孔处 2 2 2 不研磨树脂塞孔缺点 由于是黑 棕化后塞孔 存在黑 棕化后板面擦花的风险 避免板面擦花是重中之重 需特别加强H a n d li n g 2 2 3 研磨塞孔工艺优点 1 塞孔工艺比较成熟 工艺稳定性好 2 电镀后塞孔 不存在板面擦花的风险 2 2 4 研磨塞孔工艺缺点 1 树脂塞孔后需过3 M 磨板 磨去多余树脂 药水及湿气残留在埋孔处 埋孔上方 的大铜面挡住受热后向外逸出的水气 使微裂纹中水气浓度升高 容易产生分层 2 3 M 磨板成本比较昂贵 3 磨板时造成树脂残留 2 3 实验内容 2 3 1 实验设计 为确保树脂塞孔后孔内达到最佳的塞孔效果 我们选用了不同的塞孔方式实验 具 体见表l 表I 实验方案 实验方案 塞孔油墨 下油量控制印刷网的选择多余油墨的去除 实验1 P H P I R I O F E6 0 8 0 铝片吸油纸 实验2 1 0 0 铝片 实验5 P H P M B 1 0 A6 0 一8 0 铝片 实验6 1 0 0 铝片 2 3 2 塞孔后接受标准 塞完油墨后 孔内必须保证有6 0 以上油墨 采用吸油纸去除孔边多余油墨后板面 无树脂残留 在可靠性方面 要求能通过浸锡爆板测试 测试条件为2 8 8 1 0 S 6 次 接受标准为无爆板 R e f l o w 测试条件为最高温度2 8 0 d c 1 0 c y c l e 1 0 次 接受标准 为无爆板 热油 测试条件为热油 2 0 2 0 S 2 6 0 2 0 S 接受标准为l O O c y c l e s 后电阻变化 1 0 a t l O O c y c l e 无开路 高低温热冲击 测试条件为热冲击 6 5 3 0 m i n 一1 2 5 3 0 m i n 接受标准为1 0 0 0 c y c l e s 后电阻变化 1 0 2 3 3 实验过程 2 3 3 1 塞孔作业 塞孔前将定位钉装入孔板上 并在孔板上装入一片试板 将装有试板的孔板放在丝 印机台面中央 将m y l a r 膜盖在板上 并用胶带将m y l a r 膜贴在台面上 开启丝印机试 印一次 通过m y l a r 膜上的下油点观察板的位置情况 调节至对准位置后 取下m y l a r 膜 并用胶带固定好孔板位置 取试板贴低粘保护膜后 防止于孔板上印刷对位 对位 准确后即可 如对位不准可重复上述步骤直至对准为止 将油墨倒入铝网 丝网起刮位 置 2 3 3 2 不同油墨不同下油量相同塞孔工具塞孔效果对比 不研磨树脂塞孔工艺最理想的状态是将油墨下油量控制在6 0 以上 但由于塞孔后 不能直接检测填孔效果 塞孔时只能通过目检控制 以下是采用研磨塞孔参数塞孔保证 1 0 0 冒油和调整塞孔压力后油墨下油量控制6 0 8 0 的对比 1 P H P I R I O F E 油墨采用铝网制作 日珏l i l r 二 二 二 2 P H P M B 1 0 A 油墨采用铝网制作 下 l 晕6 0 一8 0 图H 通过上叫图片可以看出要求下油量在6 0 一8 0 的叫显没有逃到要求 原因是人为目 测检查不能准确保证孔内油墨量 若油墨较少 会产生爆板 而采用1 0 0 冒油 通过吸 油纸去除板卣多余油墨 如上图 就可1 0 0 保证孔内油墨在6 0 以上 然而 想要应用 于产品还需要考虑两者的可靠性足否能满足要求 通过相关的测试 如 漂锡 浸锡 R e f l o w 热油以及高低温测试都满足1 P c 标准 但从成本k 讲 P H P M B 一1 0 A 墨的成本 明显低于P H PI R 一1 0 F E 油墨 为此我们将采用P H P 一船一1 0 A 油墨应用在不研磨树脂塞孔 工 上 3 结论 小研磨树脂塞孔工艺可降低成本 后续将逐步替代研磨塞孔工艺 直至完全替代 从而取消3 M 磨板 1 P H P M B 1 0 A 树脂塞孔油墨可以在内层图形转移黑 棕化后进行塞孔 塞 L 后的结构有良好的可靠性 满足I P C 相关可靠性删试的要求 2 通过不同实验 摸索出适台不研磨树脂塞孔工艺的工艺条件 通过下油量控 制实验 表明孔内油墨必须保证6 0 以上 呵靠性才能有保证 小于6 0 会存在孔壁 开裂及埋f L 上方分层的风险 3 通过两种不同油墨比较及印刷效果对比 都能满足I P C 相戈可靠性测试的 要求 鉴于成本比较 采用P H P 9 0 0 M B 1 0 A 油墨价格是P H P 9 0 0 I R 1 0 F E 油墨成本的 1 尼 后续生产将使用P H P 9 0 0 M B 1 0 A 油墨 4参考文献 l 李强树脂塞孔I 艺研究期刊印制电路信息P R I N T E D C I R C U I