宋國平 陳偉亨 劉中山

（廣州廣合科技股份有限公司，廣東 廣州 510730）

0 前言

隨著5G行業(yè)的發(fā)展，樹脂塞孔產(chǎn)品市場占有率逐漸增加，尤其是在一些高層次、高縱橫比的產(chǎn)品上備受青睞，更多的印制電路板（PCB）制造商希望用樹脂塞孔來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的阻焊塞孔及壓合添樹脂所不能解決的問題，做樹脂塞孔同時(shí)必須要做樹脂研磨，而樹脂研磨則一定會(huì)影響到不做樹脂塞孔的金屬化鍍覆孔（PTH）孔口拐角銅的厚度，嚴(yán)重的會(huì)有露基材的風(fēng)險(xiǎn)，所以流程需求對(duì)拐角銅厚度也提出了基本的厚度要求，本論文主要是從樹脂塞孔和樹脂研磨設(shè)計(jì)、制作及過程管控方面如何改善PTH孔拐角銅厚偏薄問題分析，從而改善產(chǎn)品品質(zhì)，提高客戶滿意度。

1 PTH拐角銅厚定義

PCB中PTH孔口拐角銅厚（見圖1所示），一般設(shè)計(jì)酸蝕板要求大于20 μm，而堿蝕板要求大于12 μm，一般測量孔口周邊最薄的位置。

圖1 PTH拐角銅厚示意圖

2 常見的PCB樹脂塞孔工藝流程設(shè)計(jì)

流程A：樹脂塞孔不做孔上盤（POFV）

開料—內(nèi)層濕膜—內(nèi)層蝕刻—內(nèi)層沖孔—內(nèi)層AOI（自動(dòng)光學(xué)檢測）—壓板—減銅—鉆孔（鉆所有的孔）—等離子—PTH—板面電鍍—背鉆（需樹脂塞孔的背鉆孔）—前處理清潔—樹脂塞孔前烘板—樹脂塞孔—樹脂研磨—孔AOI—外層線路—外層酸蝕—阻抗測試—外層AOI—后續(xù)其他流程；

流程B：樹脂塞孔做孔上盤（POFV）

開料—內(nèi)層濕膜—內(nèi)層蝕刻—內(nèi)層沖孔—內(nèi)層AOI—壓板—減銅1—鉆孔（鉆所有的孔）—等離子—PTH—板面電鍍—背鉆（需要樹脂塞孔的背鉆孔）—前處理清潔—樹脂塞孔前烤板—樹脂塞孔—樹脂研磨—塞孔AOI—減銅2—電鍍磨板—PTH2—POFV—外層圖轉(zhuǎn)—圖形電鍍—外堿蝕刻—外層AOI—后續(xù)其他流程；

流程C：樹脂塞孔做孔上盤（POFV）+二鉆

開料—內(nèi)層濕膜—內(nèi)層蝕刻—沖孔—內(nèi)層AOI—壓板—減銅—鉆孔（只鉆樹脂塞孔的孔）—PTH—板面電鍍—盤孔（紐扣）電鍍膜—鍍盤孔—褪膜—背鉆—樹脂塞孔—樹脂研磨---管位孔—二次鉆孔（PTH孔）—PTH—板面電鍍---外層圖轉(zhuǎn)—圖形電鍍—外層蝕刻—外層AOI—后續(xù)其他流程。

3 流程分析

流程C由于設(shè)計(jì)不做樹脂塞孔的普通孔會(huì)在二鉆之后生產(chǎn)，不經(jīng)過樹脂研磨的流程，所以不存在孔口拐角銅厚偏薄的問題，本文中不做研究和分析。

流程A和流程B是目前PCB 市場樹脂塞孔工藝使用較多的流程，孔銅一般要求最小20 μm，平均25 μm，電鍍采用板面電鍍+全板電鍍一次性完成鍍銅，則面銅會(huì)達(dá)到30～35 μm以上，此類設(shè)計(jì)的板不做樹脂塞孔的PTH需要經(jīng)過多次樹脂研磨及化學(xué)減銅流程，所以有很大風(fēng)險(xiǎn)存在拐角銅厚偏薄及露基材，導(dǎo)致報(bào)廢，本文主要研究該類流程如何改善降低銅厚的磨損。

4 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)分析

由于樹脂塞孔的工藝要求需要保證所有樹脂塞孔的孔（通孔、盲孔、背鉆孔）必須要飽滿而且沒有空洞、凹陷等缺陷，樹脂塞孔后必須保證孔口樹脂必須高于板面，從而影響樹脂研磨至少需要三次才能保證樹脂研磨干凈及板面銅厚的平整度要求，針對(duì)固化的樹脂三次研磨，不做樹脂塞孔的PTH 孔口銅厚不能滿足三次研磨的需求，所以需要特別設(shè)計(jì)方案來改善此問題。

4.1 改善方案1

針對(duì)不做樹脂塞孔的PTH孔周邊多印一些樹脂塞孔油墨，用來研磨時(shí)保護(hù)孔口銅厚。

（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

針對(duì)不同孔徑尺寸的不做樹脂塞孔的PTH孔，采用有無下墨點(diǎn)方式設(shè)計(jì)方案如表1所示。

表1 改善方案1的設(shè)計(jì)

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。

從圖2分析可以得出，孔徑小于2.5 mm時(shí)，有無下墨點(diǎn)對(duì)PTH孔拐角銅厚影響不明顯，孔徑大于2.5 mm時(shí)，有無下墨點(diǎn)的減銅量出現(xiàn)明顯的改變，變化范圍在2～4 μm。

圖2 方案設(shè)計(jì)1研磨減銅量

4.2 改善方案2

（1）優(yōu)化設(shè)計(jì)規(guī)則。

優(yōu)化設(shè)計(jì)規(guī)則，減少板面樹脂油墨的殘留，從而減少研磨次數(shù)，改善PTH孔口銅厚見表2所示。

表2 塞孔工具設(shè)計(jì)新舊方案對(duì)比

（2）實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證1。

選擇某型號(hào)的板子，鉆頭尺寸為0.3 mm通孔設(shè)計(jì)，之前鋁片開口設(shè)計(jì)0.4 mm，現(xiàn)在縮小鋁片開口為0.35 mm，測試跟進(jìn)效果驗(yàn)證。對(duì)比分析，0.3 mm通孔的板面樹脂油墨殘留減少，可減少研磨次數(shù)，從而達(dá)到孔口銅厚的減少量；塞孔AOI合格率大于80%，改小鋁片開口不會(huì)降低板子的品質(zhì)。

（3）實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證2。

選擇某型號(hào)板子，雙面背鉆設(shè)計(jì)+通孔（0.2/0.25/0.3/0.35 mm四種規(guī)格）設(shè)計(jì)，第一張塞孔鋁片取消0.35 mm的孔，該尺寸的孔制造在第二面的塞孔鋁片上。測試跟進(jìn)效果驗(yàn)證，對(duì)比分析，塞一面的板面樹脂油墨殘留減少，可減少研磨次數(shù)，從而達(dá)到孔口銅厚的減少量；塞孔AOI合格率大于80%，驗(yàn)證大于0.3 mm孔單面塞不會(huì)降低板子的品質(zhì)

4.3 改善方案3

（1）優(yōu)化方案設(shè)計(jì)。

優(yōu)化研磨參數(shù)，減少孔口銅的研磨量，做銅厚分析；當(dāng)前樹脂研磨一般采用流程如圖3、表3所示。

表3 各研磨段功效

圖3 樹脂研磨線示意圖

（2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。

（1）XY方向?qū)Ρ雀M(jìn)（見圖4所示），X 方向減銅量比Y方向多1～2 μm，主要分析原因?yàn)橛捎诳卓谑苣ニD壓力度X 方向大于Y 方向（如圖5所示），所以會(huì)有輕微差異。

圖4 大孔X/Y向研磨減銅量對(duì)比圖

圖5 銅厚取樣分析方向圖

（2）新舊砂帶沒有明顯差異（如圖6所示），因?yàn)樯皫C(jī)參數(shù)自動(dòng)設(shè)定，根據(jù)砂帶研磨次數(shù)設(shè)定不同電流，從而消除了新舊砂帶的影響。

圖6 新舊砂帶研磨減銅量對(duì)比圖

（3）更換方向研磨，從圖7數(shù)據(jù)分析，同向研磨比換向研磨銅缺少量大2～4 μm，此因素屬于關(guān)鍵因素。

圖7 更換放板方向研磨減銅量對(duì)比圖

（4）不織布數(shù)量選擇，圖8明顯4只減銅量比2只多1～2 μm；對(duì)比分析：影響研磨減銅量的最關(guān)鍵的因素還是生產(chǎn)中是否換向研磨。

圖8 不織布數(shù)量研磨減銅量對(duì)比圖

5 結(jié)論

（1）對(duì)比上述改善方案，改善方案1針對(duì)孔徑大于2.5 mm的不塞的PTH孔設(shè)計(jì)一些油墨點(diǎn)保護(hù)孔口銅厚，但是針對(duì)部分只做單面塞孔的板，如果為了保護(hù)銅厚設(shè)計(jì)雙面塞孔流程會(huì)增加塞孔的成本，建議慎行。

（2）優(yōu)化樹脂塞孔工具，減少板面油墨的殘留量，能有效降低研磨難度，減少手動(dòng)打磨頻率（手動(dòng)打磨力度不好掌控，容易導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢）。目前采用新的設(shè)計(jì)方案，產(chǎn)線整體研磨難度降低，研磨線產(chǎn)能也有大約20%～30%的提升；針對(duì)大小孔設(shè)計(jì)的板子，要塞的孔徑極差超過0.2 mm的，設(shè)計(jì)工具上分兩次塞孔，減少大孔的冒油量，減少研磨難度；注意如果板厚大于3.0 mm，則要求所有的孔做雙面塞孔設(shè)計(jì)以保證塞孔品質(zhì)。

（3）更換放板反向，需要員工手動(dòng)執(zhí)行，不方便操作執(zhí)行，建議采用翻版裝置形成自動(dòng)化系統(tǒng)防呆。

（4）高難度、高價(jià)值產(chǎn)品需要從流程設(shè)計(jì)上更改，樹脂研磨完成之后再進(jìn)行二次鉆孔流程，從根源上解決該問題。