湯 攀

天津普林電路股份有限公司

1 引言

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展及電子產(chǎn)品朝著微型化、輕便化、多功能、高可靠方向發(fā)展，BGA的設(shè)計(jì)越來(lái)越密集，焊接過(guò)程的難度也越來(lái)越大。

為了保證過(guò)孔的可靠性，便于BGA焊盤(pán)的焊接，越來(lái)越多的產(chǎn)品需要進(jìn)行塞孔。隨著產(chǎn)品的孔密度越來(lái)越高，塞孔的質(zhì)量要求也越來(lái)越高，這就要求PCB生產(chǎn)商對(duì)塞孔工藝進(jìn)行深入研究，在滿足客戶要求的前提下，降低生產(chǎn)周期和成本。

2 塞孔目的

2.1 埋孔塞孔

為了防止壓合時(shí)PP樹(shù)脂不能填滿埋孔，造成爆板、表層凹陷等缺陷；避免外層線路訊號(hào)的受損；做為上層疊孔結(jié)構(gòu)的基地。

2.2 通孔塞孔

（1）PCB生產(chǎn)環(huán)節(jié)的作用：避免孔內(nèi)錫珠的產(chǎn)生。避免沉鎳金跳鍍的產(chǎn)生。避免OSP后，藥液殘留在孔內(nèi)，產(chǎn)生表觀污染。

（2）PCB焊接環(huán)節(jié)的作用：防止元器件組裝焊接時(shí)助焊劑或焊錫從焊接面穿過(guò)導(dǎo)通孔貫穿或滲入元件面造成短路；防止焊膏從導(dǎo)通孔中流失，造成焊接結(jié)合力差；防止助焊劑殘留在導(dǎo)通孔內(nèi)，造成虛焊；避免貼件組裝時(shí)由于過(guò)孔透氣造成吸嘴夾持不住電路板；防止水汽等集附在孔內(nèi)，降低孔連接的可靠性。

3 阻焊前塞孔流程的實(shí)驗(yàn)和分析

2.1 設(shè)計(jì)流程

（1）流程A：外層線路制作→前處理→塞孔→預(yù)烘→印刷S面阻焊→預(yù)烘→印刷C面阻焊→預(yù)烘→曝光→顯影→熱固

（2）流程B：外層線路制作→前處理→連塞帶印S面→預(yù)烘→印刷C面阻焊→預(yù)烘→曝光→顯影→熱固

（3）流程C：外層線路制作→前處理→塞孔→預(yù)烘→曝光→顯影→預(yù)固化→前處理→印刷S面阻焊→預(yù)烘→印刷C面阻焊→預(yù)烘→曝光→顯影→熱固

（4）流程D：外層線路制作→前處理→塞孔→頂針印刷S面阻焊→頂針印刷C面阻焊→預(yù)烘→曝光→顯影→熱固

（5）流程E：外層線路制作→前處理→塞孔→托板支撐印刷S面阻焊→預(yù)烘→印刷C面阻焊→預(yù)烘→曝光→顯影→熱固

2.2 各流程實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總

?

2.3 各流程分析

2.3.1 流程A

（1）優(yōu)點(diǎn)：塞孔飽滿度高。

（2）缺點(diǎn)：塞孔量不容易控制，可以通過(guò)不使用托板，采用墊紙的方式改進(jìn)；預(yù)烘后非塞孔區(qū)域的甩墨易導(dǎo)致板面氧化、色差；由于預(yù)烤時(shí)間長(zhǎng)，距孔近的焊盤(pán)容易顯影不凈。

2.3.2 流程B

（1）優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)性好，產(chǎn)速快；成本低。

（2）缺點(diǎn)：孔內(nèi)飽滿度較低，容易孔口泛黃；對(duì)于厚徑比或者孔徑大的產(chǎn)品加工難度大；對(duì)于不需要塞孔的0.6 mm ～ 1 mm的孔，容易產(chǎn)生孔內(nèi)綠膜，并隨板厚度增加而快速升高。

2.3.3 流程C

（1）優(yōu)點(diǎn)：堵孔飽滿度高，操作較為簡(jiǎn)單。

（2）缺點(diǎn)：生產(chǎn)流程長(zhǎng)、成本高；由于塞孔烘烤后，孔內(nèi)易產(chǎn)生裂縫，前處理時(shí)進(jìn)入水等，熱風(fēng)時(shí)易爆孔。

2.3.4 流程D

（1）優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)性好，產(chǎn)速快；操作較為簡(jiǎn)單。

（2）缺點(diǎn)：只能加工可以制作頂針板的產(chǎn)品，需要兩臺(tái)印刷設(shè)備同時(shí)加工；對(duì)于不需要塞孔的0.6～1mm的孔，容易產(chǎn)生孔內(nèi)綠膜，并隨板厚度增加而快速升高。

2.3.5 流程E

（1）優(yōu)點(diǎn)：不易產(chǎn)生缺陷。

（2）缺點(diǎn)： 生產(chǎn)操作稍難，需要兩臺(tái)印刷設(shè)備同時(shí)加工。

2.4 小結(jié)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，從公司內(nèi)部產(chǎn)品的特性、客戶的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求、生產(chǎn)穩(wěn)定性和成本幾方面綜合考慮，我們選擇了流程D和E來(lái)生產(chǎn)阻焊前塞孔的產(chǎn)品。在前期設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）對(duì)于流程D，在制定選擇標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要考慮產(chǎn)品的板厚和非堵孔的孔孔徑。對(duì)于板厚大于2 mm的產(chǎn)品，如果客戶要求0.6 mm ～ 1 mm的孔不能有孔內(nèi)綠膜，并且這種孔數(shù)量較多時(shí)，一般不選擇。當(dāng)然，如果產(chǎn)品批量很大，可以采用擋點(diǎn)網(wǎng)版+頂針板印刷阻焊。

（2）在塞孔過(guò)程，要兩臺(tái)機(jī)器同時(shí)開(kāi)啟，塞孔后的產(chǎn)品要及時(shí)進(jìn)行阻焊印刷。塞孔時(shí)C面朝上，印刷時(shí)先印刷S面阻焊。

（3）塞孔一般使用阻焊同型號(hào)的油墨即可，可有效避免不同油墨產(chǎn)生的色差，以及界面結(jié)合力差導(dǎo)致的爆孔問(wèn)題。

3 塞孔印刷的塞孔版設(shè)計(jì)

3.1 堵孔板比例設(shè)計(jì)

3.1.1 第一種思路是追鉆孔比例

（1）優(yōu)點(diǎn)：可提前制作；因產(chǎn)品不同批比例變化帶來(lái)的對(duì)位影響較小。

（2）缺點(diǎn)：對(duì)于坯板尺寸大，或者板厚較小的產(chǎn)品誤差較大。

3.1.2 第二種思路是阻焊前處理后現(xiàn)測(cè)

（1）優(yōu)點(diǎn)：對(duì)大坯板尺寸，或者薄板因板材漲縮，帶來(lái)的對(duì)位影響小。

（2）缺點(diǎn)：對(duì)于坯板尺寸大，或者板厚較小的產(chǎn)品誤差較大。

3.1.3 第三種思路是固定比例

（1）優(yōu)點(diǎn)：可提前制作。

（2）缺點(diǎn)：因產(chǎn)品不同批比例變化帶來(lái)的對(duì)位影響較大。

3.1.4 通過(guò)阻焊曝光比例側(cè)面反映

匯總09年9月至10年8月，不塞孔的產(chǎn)品膠片，共計(jì)8077套阻焊膠片。其比例的分布分析如下。

（1）按板厚分析（表1）。

表1 層數(shù)與生產(chǎn)板比例的分布

（2）按板厚分析（表2）。

（3）小結(jié)：從分析結(jié)果看，產(chǎn)品比例分布的CPK和PPK值隨層數(shù)的升高而降低，隨板厚的升高而升高?？紤]到生產(chǎn)連續(xù)性和產(chǎn)品的比例情況，我們采用第一種思路。但對(duì)于層數(shù)高的薄板要特殊關(guān)注。

3.2 堵孔板孔徑設(shè)計(jì)

考慮到堵孔難易程度，塞孔飽滿度和印刷漏墨量。我們將堵孔板孔徑設(shè)計(jì)如表3。

表2 板厚與生產(chǎn)板比例的分布

表3 堵孔板孔徑設(shè)計(jì)（單位：mm）

4 基板網(wǎng)版塞孔和絲網(wǎng)網(wǎng)版塞孔的對(duì)比實(shí)驗(yàn)

4.1 簡(jiǎn)介

（1）基板網(wǎng)版塞孔印刷：先將網(wǎng)版繃好36T網(wǎng)絹，然后將鉆孔基板粘在絲網(wǎng)上。塞孔板選擇0.41 mm厚的帶銅板。

（2）絲網(wǎng)網(wǎng)版印刷：使用36T絲網(wǎng)，使用堵孔膠片，在網(wǎng)絹上制作透光點(diǎn)。

圖1 兩種堵孔方式的網(wǎng)版對(duì)比

4.2 實(shí)驗(yàn)方法

設(shè)定相同印刷參數(shù)，分別使用堵孔板和網(wǎng)絹進(jìn)行塞孔。

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表4 兩種網(wǎng)版的塞孔質(zhì)量比較

4.4 實(shí)驗(yàn)分析

（1）通過(guò)表3可以看出，使用堵孔板堵孔時(shí)，容易產(chǎn)生污染，但堵孔程度高。使用網(wǎng)絹堵孔時(shí)，不易產(chǎn)生污染，但堵孔程度低，尤其是小孔由于對(duì)位和網(wǎng)絲阻擋，堵孔程度較低。

（2）孔徑對(duì)堵孔程度的影響：

圖2 阻焊塞孔過(guò)程示意圖

在刮刀壓力作用下，堵孔油墨進(jìn)入孔內(nèi)。因此刮刀在孔位置上停留時(shí)間直接影響油墨對(duì)孔的填充效果。而刮刀的運(yùn)行速度，是影響刮刀在孔位置定留時(shí)間的直接因素。如圖3所示：堵孔孔徑為L(zhǎng)，刮刀的印刷壓力為F，刮倒運(yùn)行速度為V，刮刀與模板夾角為α。刮刀通過(guò)孔位置的時(shí)間為T(mén)=L/V。當(dāng)刮刀運(yùn)行速度V恒定的條件下，孔徑L越大，時(shí)間T越長(zhǎng)，堵孔程度越飽滿。

4.5 小結(jié)

針對(duì)阻焊前塞孔工藝，對(duì)鉆孔孔徑0.5 mm以下的孔應(yīng)使用基板網(wǎng)版塞孔；對(duì)鉆孔孔徑0.5 mm以上的孔應(yīng)使用絲網(wǎng)版塞孔。

5 阻焊彈油影響因素的實(shí)驗(yàn)

5.1 預(yù)烘時(shí)間對(duì)彈油的影響實(shí)驗(yàn)

5.1.1 實(shí)驗(yàn)板設(shè)計(jì)

（1）如圖3孔徑為從0.2 mm ～ 1.0 mm共9種孔徑。焊環(huán)寬度為0.2 mm。并且分別設(shè)計(jì)孤立焊盤(pán)、線路上焊盤(pán)、大面積銅上的孔。

圖3 塞孔和焊環(huán)設(shè)計(jì)

圖4 塞孔蓋孔設(shè)計(jì)

（2）如圖4每一列為同一種孔徑，孔徑為0.3 mm ～ 0.8 mm。并且對(duì)于每種孔徑分別設(shè)計(jì)不同的蓋孔形式。

（3）BGA區(qū)域盤(pán)中孔，孔徑均為0.2 mm，焊環(huán)為0.15 mm。

（4）堵孔時(shí)，0.2～0.4的孔一起堵孔，0.5～0.7的孔一起堵孔，0.8～1.0的孔一起堵孔。

5.1.2 實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)

（1）生產(chǎn)流程：外層→阻焊塞孔→預(yù)烘→阻焊印刷→預(yù)烘→阻焊曝光→阻焊顯影→熱固→熱風(fēng)

（2）實(shí)驗(yàn)分組：固定預(yù)烘溫度為80 ℃，預(yù)烘時(shí)間分別為10 min，20 min，30 min。

（3）堵孔設(shè)計(jì)：塞孔的孔兩側(cè)均被阻焊油墨覆蓋。

5.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖5 不同預(yù)烘時(shí)間下的彈油比率圖

5.1.4 實(shí)驗(yàn)分析

從圖5可以看出，隨著預(yù)烘時(shí)間的延長(zhǎng)，彈油率下降。在實(shí)際生產(chǎn)中，塞孔油墨預(yù)烘時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)顯影不凈的問(wèn)題，因此要與油墨特性相結(jié)合，選擇較長(zhǎng)的預(yù)烘時(shí)間。

5.1.5 小結(jié)

在塞孔油墨特性允許的情況下，應(yīng)選擇較長(zhǎng)的預(yù)烘時(shí)間，一般為30min較好。

5.2 阻焊遮光點(diǎn)距塞孔距離對(duì)彈油的影響實(shí)驗(yàn)

5.2.1 實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)

（1）實(shí)驗(yàn)分組：塞孔孔徑為0.3 mm ～ 0.8 mm；

（2）距離設(shè)計(jì)：阻焊遮光點(diǎn)距塞孔距離分別為：-3/4孔徑，-1/2孔徑，-1/4孔徑，0，1/4孔徑。-3/4孔徑指阻焊遮光點(diǎn)蓋住3/4的孔。

（3）預(yù)烘參數(shù)：80 ℃，30 min。

5.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表5 不同阻焊蓋孔下的彈油缺陷圖

圖6 不同阻焊蓋孔下的彈油率

5.2.3 實(shí)驗(yàn)分析

從圖6可以看出，隨著遮光點(diǎn)遠(yuǎn)離塞孔的孔，彈油出現(xiàn)的幾率先上升后下降。這是因?yàn)樽韬干w孔少時(shí)，孔內(nèi)油墨被光照的區(qū)域大，預(yù)固化較充分，所以彈油少。當(dāng)阻焊蓋孔多時(shí)，孔內(nèi)油墨未被光照的區(qū)域大，顯影時(shí)孔內(nèi)表層油墨被顯影掉，熱固時(shí)油墨鼓起的少，產(chǎn)生的彈油少。隨著塞孔的孔徑的增大，當(dāng)阻焊遮光點(diǎn)距塞孔距離＜-1/4孔徑時(shí)，彈油率降低；當(dāng)阻焊遮光點(diǎn)距塞孔距離為-1/4孔徑時(shí)，碳油率先升高后降低；當(dāng)阻焊遮光點(diǎn)距塞孔距離＞-1/4孔徑時(shí)，彈油率降低。

5.2.4 小結(jié)

設(shè)計(jì)阻焊遮光點(diǎn)距塞孔距離時(shí)，如果阻焊蓋孔，應(yīng)小于1/4或大于3/4。

6 阻焊前塞孔產(chǎn)品后烤參數(shù)實(shí)驗(yàn)

（1）實(shí)驗(yàn)方法：選用兩種升溫曲線，A為80 ℃，烘烤30 min ；然后150 ℃，烘烤60 min。B為步進(jìn)式烘烤，烘烤總時(shí)間為150 min，每段時(shí)間為750 s；第1～3段溫度為80 ℃，第4段溫度為100 ℃，第5～7段溫度為120℃，第8～12段為150 ℃。

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果：A方案熱固后，孔內(nèi)裂紋較大。

圖7 A方案0.8mm孔

圖8 A方案1mm孔

圖10 B方案1mm孔

6.3 實(shí)驗(yàn)分析

從圖7～圖10可以看出，步進(jìn)式烘烤優(yōu)于直接烘烤。

6.4 小結(jié)

阻焊熱固采用步進(jìn)式烘烤基本無(wú)孔裂問(wèn)題，為了避免熱風(fēng)爆孔，應(yīng)優(yōu)先選擇步進(jìn)式烘烤，并且低溫度時(shí)間應(yīng)保持在60 min ～ 80 min。

7 結(jié)論

（1）阻焊前塞孔，可以頂針印刷的選擇：外層線路制作→前處理→塞孔→頂針印刷S面阻焊→頂針印刷C面阻焊→預(yù)烘→曝光→顯影→熱固的流程；不可以頂針印刷的選擇：外層線路制作→前處理→塞孔→托板支撐印刷S面阻焊→預(yù)烘→印刷C面阻焊→預(yù)烘→曝光→顯影→熱固的流程。

（2）堵孔板比例最好追鉆孔比例，堵孔板孔徑應(yīng)依照小孔擴(kuò)大，大孔縮小的原則設(shè)計(jì)。

（3）針對(duì)阻焊塞孔工藝，對(duì)鉆孔孔徑0.5 mm以下的孔應(yīng)使用堵孔板塞孔；對(duì)鉆孔孔徑0.5 mm以上的孔應(yīng)使用網(wǎng)絹塞孔。

（4）在塞孔油墨特性允許的情況下，應(yīng)選擇較長(zhǎng)的預(yù)烘時(shí)間，一般為30 min較好。

（5）設(shè)計(jì)阻焊遮光點(diǎn)距塞孔距離時(shí)，如果阻焊蓋孔，應(yīng)小于1/4或大于3/4。

（6）阻焊熱固環(huán)節(jié)優(yōu)先選擇步進(jìn)式烘烤，并且低溫度時(shí)間應(yīng)保持在60 mm ～ 80 min。。

8 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于阻焊前塞孔工藝，在成本和生產(chǎn)周期上都有很大優(yōu)勢(shì)。在生產(chǎn)中需要做好控制，保證孔內(nèi)油墨飽滿度、孔口狀態(tài)等。本文是對(duì)自己工作中實(shí)驗(yàn)的一些匯總和分析，希望可以給廣大PCB同行一些幫助和借鑒。