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
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部門推出SLC技術(shù)(Surface Laminar Circuit,表面疊層電路技術(shù),現(xiàn)該部門已被京瓷 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)),東芝開發(fā)了B2IT工藝(Buried Bump interconnection technology,埋入凸塊互連技術(shù))。緝斐電開發(fā)了FVSS工藝(Free Via Stacked Up Structure,任意疊孔互連技術(shù)),North Print 開發(fā)了NMBI工藝(Neo-Manhattan Bump Interconnection,新型立柱凸塊互連技術(shù))[2]-[4]。
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,成為該類型板件生產(chǎn)控制的難點(diǎn)。
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。
(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。
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
采用酸性蝕刻工藝,試驗(yàn)流程如下:
開料→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)
2.4.1 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以內(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。
(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以內(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以內(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:全華科技圖書股份有限公司,2001.
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[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).