樹脂塞孔工藝設(shè)計(jì)流程淺析

1、.The Technology Description of Resin plugging PCB ProductsPCB樹脂塞孔工藝技術(shù)淺析葉應(yīng)才深圳崇達(dá)多層線路板有限公司：+86-7，傳真：+86-8，Email:ycyesuntakpcb.作者簡介：2002年畢業(yè)于北京理工大學(xué)，已從事8年線路板工藝技術(shù)和研發(fā)工作，主導(dǎo)多類PCB特別產(chǎn)品的研發(fā)和轉(zhuǎn)量產(chǎn)工作，熟悉PCB產(chǎn)品的應(yīng)用和設(shè)計(jì)原理，以及產(chǎn)品的可靠性評(píng)估原理手法。文章摘要：隨著裝配元器件微小型化的發(fā)展，PCB的布線面積，圖案設(shè)計(jì)面積也在隨之不斷的減小。為了適應(yīng)這一發(fā)展趨勢，PCB設(shè)計(jì)和制造者們也在不斷的更新設(shè)計(jì)理念和工藝的制作方法。樹

2、脂塞孔的工藝也是人們?cè)诳s小PCB設(shè)計(jì)尺寸，配合裝配元器件而發(fā)明的一種技術(shù)方法。其大膽的設(shè)計(jì)構(gòu)思和可規(guī)?；纳a(chǎn)確實(shí)在PCB的制作領(lǐng)域發(fā)揮了極大的推動(dòng)力，有效的提高了HDI、厚銅、背板等產(chǎn)品的可靠性和制作工藝能力。了解和有效利用這一技術(shù)，也是許多PCB業(yè)者正在努力進(jìn)行中的工作。文章概述了樹脂塞孔的出現(xiàn)，發(fā)展和制作的技術(shù)方法，謹(jǐn)供大家參考。關(guān)鍵詞：樹脂塞孔、盲孔填膠、埋孔填膠、疊層Abstract:Along with the development of the small dimension chip assembled, PCBs area of trace distribution and

3、 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 pluggedis one of technologies invented to reduce the size of PCB and fix

4、 to the chip assembly. The innovative concept and large-scale of operationof 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

5、of technology isan 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:樹脂塞孔的工藝流程近年來在PCB產(chǎn)

6、業(yè)里面的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在一些層數(shù)高，板子厚度較大的產(chǎn)品上面更是備受青睞。人們希望使用樹脂塞孔來解決一系列使用綠油塞孔或者壓合填樹脂所不能解決的問題。然而，因?yàn)檫@種工藝所使用的樹脂本身的特性的緣故，在制作上需要克服許多的困難，方能取得良好的樹脂塞孔產(chǎn)品的品質(zhì)。2樹脂塞孔的由來21電子芯片的發(fā)展 隨著電子產(chǎn)品技術(shù)的不斷更新，電子芯片的結(jié)構(gòu)和安裝方式也在不斷的改善和變革。其發(fā)展基本上是從具有插件腳的零部件發(fā)展到了采用球型矩陣排布焊點(diǎn)的高度密集集成電路模塊。從下圖可以看到零部件的發(fā)展歷程：最早的CPU 286 CPU(插件腳) 奔騰系列CPU(插件腳) 球型排列的雙核CPU 服務(wù)器CPU22

7、兩個(gè)人的相遇成就了樹脂塞孔技術(shù)在PCB產(chǎn)業(yè)里邊，許多的工藝方法都已經(jīng)在行業(yè)內(nèi)被廣泛的應(yīng)用，人們對(duì)于某一些工藝方法的由來基本上都已經(jīng)不太關(guān)心。其實(shí)早在球型矩陣排列的電子芯片剛上市的時(shí)候，人們一直在為這種小型的芯片貼裝元器件出謀劃策，期望能從構(gòu)造上縮小其成品的尺寸。20世紀(jì)90年代，山榮公司(San-ei)開發(fā)了一種樹脂，直接將孔塞住，然后在表面鍍銅，主要是為了解決綠油塞孔容易出現(xiàn)的空內(nèi)吹氣的問題。因特爾將此種工藝應(yīng)用到因特爾的電子產(chǎn)品中，誕生了所謂的Via in pad (部分廠也叫Via on pad)工藝。 從2002年以后的時(shí)間里，山榮公司生產(chǎn)的PHP-900系列樹脂塞孔油墨被廣泛的應(yīng)用到

8、因特爾和西門子等著名公司的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的產(chǎn)品當(dāng)中。隨著時(shí)間的推移，此種工藝逐漸被推廣并不斷的有新的應(yīng)用。3. 樹脂塞孔的應(yīng)用 當(dāng)前，樹脂塞孔的工藝主要應(yīng)用于下列的幾種產(chǎn)品中:3 1 Via in pad技術(shù)的樹脂塞孔。3.1.1 技術(shù)原理A. 利用樹脂將導(dǎo)通孔塞住，然后在孔表面進(jìn)行鍍銅。如下圖： 傳統(tǒng)設(shè)計(jì) VIP設(shè)計(jì)（例圖） B. 切片實(shí)例：BGA樹脂塞孔位焊盤3.1.2 Via in pad 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)l 縮小孔與孔間距，減小板的面積，l 解決導(dǎo)線與布線的問題，提高布線密度。32 內(nèi)層樹脂塞孔用3.2.1技術(shù)原理使用樹脂將內(nèi)層的埋孔塞住，然后在進(jìn)行壓合。這種工藝平衡了壓合的介質(zhì)層厚度控制與內(nèi)層

9、埋孔填膠設(shè)計(jì)之間的矛盾。l 如果內(nèi)層埋孔沒有被樹脂填滿，在過熱沖擊時(shí)板子會(huì)出現(xiàn)爆板的問題而直接報(bào)廢；l 如果不采用樹脂塞孔，則需要多張PP進(jìn)行壓合以滿足填膠的需求，可是如此一來，層與層之間的介質(zhì)層厚度會(huì)因?yàn)镻P片的增加而導(dǎo)致厚度偏厚。3.2.2 例圖PP片內(nèi)層樹脂填充3.2.3 內(nèi)層樹脂塞孔的應(yīng)用l 內(nèi)層樹脂塞孔廣泛的被應(yīng)用于HDI的產(chǎn)品中，以滿足HDI產(chǎn)品薄介質(zhì)層需求的設(shè)計(jì)要求；l 對(duì)于內(nèi)層有埋孔設(shè)計(jì)的盲埋孔產(chǎn)品，因?yàn)橹虚g結(jié)合的介質(zhì)設(shè)計(jì)偏薄，往往也需要增加內(nèi)層樹脂塞孔的流程。l 部分盲孔產(chǎn)品因?yàn)槊た讓拥暮穸却笥?.5mm，壓合填膠不能把盲孔填滿，也需要進(jìn)行樹脂塞孔將盲孔填滿，避免后續(xù)流程中盲

10、孔出現(xiàn)孔無銅的問題。3.3 通孔樹脂塞孔在部分的3G產(chǎn)品中，因?yàn)榘遄拥暮穸冗_(dá)到3.2mm以上，人們?yōu)榱嘶蛘咛岣弋a(chǎn)品的可靠性問題，或者為了改善綠油塞孔帶來的可靠性問題，在成本的允許下，也采用樹脂將通孔塞住。這是近段時(shí)間以來樹脂塞孔工藝得以推廣的一大產(chǎn)品類別。4. 樹脂塞孔的工藝制作方法4.1 制作流程 以上介紹的3種類型的樹脂塞孔具有不同的流程，分別如下：4.1.1 Via in pad類型的產(chǎn)品開料à鉆孔à沉銅à板電à板電（加厚銅）à樹脂塞孔à打磨à鉆通孔à沉銅à板電à外層圖形à圖形電

11、鍍à蝕刻à阻焊à表面處理à成型à電測àFQCà出貨4.1.2 內(nèi)層樹脂塞孔類型產(chǎn)品開料à埋孔內(nèi)層圖形àAOIà壓合à鉆孔à沉銅à板電à板電（加厚銅）à樹脂塞孔à打磨à內(nèi)層圖形àAOIà壓合à鉆通孔à沉銅à板電à外層圖形à圖形電鍍à蝕刻à阻焊à表面處理à成型à電測àFQCà出貨4.1.3 通

12、孔樹脂塞孔類型開料à鉆孔à沉銅à板電à板電（加厚銅）à樹脂塞孔à打磨à外層圖形à圖形電鍍à蝕刻à阻焊à表面處理à成型à電測àFQCà出貨4.2 流程中特別的地方l 從以上流程中，我們明顯發(fā)現(xiàn)流程有所不同。一般我們的理解是，“樹脂塞孔”以后緊接著就是“鉆通孔和沉銅板電”流程的產(chǎn)品，我們都認(rèn)為是Via in pad的產(chǎn)品；如果“樹脂塞孔”以后緊接著的流程是“內(nèi)層圖形”，則我們認(rèn)為是內(nèi)層樹脂塞孔產(chǎn)品；如果“樹脂塞孔”以后緊接著的流程是“外層圖形”；l

13、以上不同種類的產(chǎn)品在流程上是有嚴(yán)格界定的，不能走錯(cuò)流程；4.3 流程的改進(jìn)A. 對(duì)于采用樹脂塞孔的產(chǎn)品，為了改善產(chǎn)品的品質(zhì)，人們也在不斷的進(jìn)行流程的調(diào)整來簡化他的生產(chǎn)流程，提高其生產(chǎn)的良率；B. 尤其是對(duì)于內(nèi)層塞孔的產(chǎn)品，為了降低打磨之后內(nèi)層線路開路的報(bào)廢率，人們采用了線路之后再塞孔的工藝流程進(jìn)行制作，先完成內(nèi)層線路制作，樹脂塞孔后對(duì)樹脂進(jìn)行預(yù)固化，然后利用壓合階段的高溫對(duì)樹脂進(jìn)行固化。C. 在最開始的時(shí)候，對(duì)于內(nèi)層塞孔，人們使用的是UV預(yù)固+熱固型的油墨，目前更多的時(shí)候直接選用了熱固性的樹脂，比較有效的提高了內(nèi)層樹脂塞孔的熱性能。4.4 樹脂塞孔的工藝方法4.4.1 樹脂塞孔使用的油墨A.

14、目前市場上使用于樹脂塞孔工藝的油墨的種類也有很多。常見的有San-Ei ,Perters, Taiyo等供應(yīng)商的品牌。序號(hào)供應(yīng)商名稱代表的產(chǎn)品組份1San-EiPHP-900 IR-,MB-單組份2PertersPP-2795/PP2794單組份或雙組分3TaiyoTHP-100 DX雙組分B. 油墨的性能指標(biāo)參數(shù)序號(hào)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)名稱技術(shù)參數(shù)指標(biāo)值備注1Tg () ,140-1602(ppm), 32-403(ppm) ,83-1154耐溶劑性(異丙醇 60min)pass5介電常數(shù)（Dk,1MHz）25-5.596介電損耗(Df,1MHz)0.01-0.027熱傳導(dǎo)率(W/mK)0.61.5

15、8吸水率(%)0.06-0.15對(duì)于含有溶劑型的樹脂，其吸水率可能會(huì)達(dá)到0.7%9剝離力(kg/cm)0.6-0.710固化溫度()1504.4.2樹脂塞孔的工藝條件A. 樹脂塞孔的孔動(dòng)則上萬個(gè)，而且要保證不能有一個(gè)孔不飽滿。這種萬分之一的缺陷就會(huì)導(dǎo)致報(bào)廢的幾率，必然要求在工藝上進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃伎己鸵?guī)范。B. 良好的塞孔設(shè)備是必然的要求。目前使用于樹脂塞孔的絲印機(jī)可以分為兩大類，即真空塞孔機(jī)和非真空塞孔機(jī)。序號(hào)設(shè)備類別塞孔效果絲印機(jī)壓力要求成本其他影響1真空塞孔機(jī)好N/A高因?yàn)槭钦逵∷?，需要配?軸研磨機(jī)一起制作，薄板生產(chǎn)容易造成芯板變形，增加漲縮控制難度2非真空塞孔機(jī)較好8kg/cm2中圖例：

16、 真空絲印機(jī) 普通絲印機(jī)4.4.3 普通絲印機(jī)的塞孔工藝A. 絲印機(jī)的選擇著重要考慮最大的氣缸壓力，抬網(wǎng)方式，刀架的平穩(wěn)性以及水平度等；B. 絲印的刮刀需要使用2CM厚度，70-80度硬度的刮刀，當(dāng)然，一定要具備耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的特性； C. 絲印的網(wǎng)版選擇可以選擇絲網(wǎng)，也可以選擇鋁片；所要控制的是根據(jù)塞孔工藝條件的要求，選擇合適的絲網(wǎng)目數(shù)以及針對(duì)孔徑的開窗大??；D. 樹脂塞孔所用的墊板有多種講究，但是往往被工程師所忽略。墊板不僅起到導(dǎo)氣的作用，還起著支撐的作用。對(duì)于密集孔的區(qū)域，我們把墊板鉆完了以后，整個(gè)區(qū)域都是空的，在這一位置，墊板出現(xiàn)弓起或形變，對(duì)于板的支撐力最差，這樣會(huì)造成該位置塞孔的飽滿

17、度很差。所以在墊板制作的時(shí)候，要想辦法克服大面積的空位的問題，目前最好的做法是使用只鉆2/3深度的墊板。E. 在印刷的過程中，最重要的是控制好印刷的壓力與速度，一般來說，縱橫比越大，孔徑越小的板，要求的速度越慢，壓力要求越大?？刂戚^慢的速度對(duì)于塞孔氣泡的改善而言效果最好。4.4.4 真空樹脂塞孔機(jī)的塞孔工藝 由于真空樹脂塞孔機(jī)昂貴的價(jià)格，以及其設(shè)備使用和維護(hù)技術(shù)的保密性，目前能夠使用這種技術(shù)的PCB廠家屈指可數(shù)。VCP真空樹脂塞孔機(jī)的塞孔技術(shù)主要是它有一個(gè)油墨夾和兩個(gè)可以橫動(dòng)的塞控頭，塞孔頭里有許多的小孔。在設(shè)備抽好真空后，用活塞將油墨夾里的油墨推至塞孔頭里的小孔，兩個(gè)橫動(dòng)塞孔頭先夾緊板子，然

18、后通過塞孔頭里許多小孔把油墨填入板子上的通孔或盲孔。板子垂直掛在真空廂內(nèi)，橫動(dòng)的塞孔頭可以向下移動(dòng)，直到把板里面的孔填滿樹脂為止?？梢哉{(diào)節(jié)塞孔頭與油墨的壓力來滿足塞孔飽滿度的要求，不同的板子尺寸可以使用不同大小的塞孔頭來塞孔。塞孔完成后，可以用刮刀漿塞孔油墨刮下再添加入塞孔油墨夾，重復(fù)利用。 目前還有一類真空塞孔機(jī)是借助于絲網(wǎng)進(jìn)行印刷，采用CCD對(duì)位系統(tǒng)對(duì)位，其操作類似于普通絲印，但是多了一道真空塞孔的流程。此類塞孔機(jī)塞孔的效果最好，但是因?yàn)榘嘿F的設(shè)備投資，目前還沒有得到廣泛的應(yīng)用。使用真空塞孔機(jī)對(duì)于解決樹脂的氣泡問題無疑是最好的方法，塞孔油墨的選擇基本上也不會(huì)受工藝所限制。但是因?yàn)檎迕娑加?/p>

19、樹脂，給樹脂的清除造成了很大的困難。需要借助良好的打磨機(jī)共同使用。4.4.5 樹脂塞孔后的打磨A. 不織布磨板機(jī)或者砂帶研磨機(jī)是做樹脂塞孔的必不可少的設(shè)備，一方面要求設(shè)備要能有效的除掉板面的樹脂，另一方面也要求銅面的粗糙度不能有擦花、刮痕等問題。不織布研磨機(jī) 砂帶研磨機(jī)5 樹脂塞孔常見的品質(zhì)問題及其改進(jìn)方法51 對(duì)于Via in pad產(chǎn)品5.1.1 常見的問題A. 孔口氣泡B. 塞孔不飽滿C. 樹脂與銅分層孔口氣泡 塞孔不飽滿 樹脂與銅分層5.1.2 導(dǎo)致的后果A. 孔口上面沒有辦法做出焊盤；孔口藏氣，芯片貼裝吹氣，也叫out-gassingB. 孔內(nèi)無銅C. 焊盤突起，導(dǎo)致貼不上元器件或元

20、器件脫落合格（錫飽滿）吹孔o(hù)ut-gassing5.1.3 預(yù)防改善措施A. 選用合適的塞孔油墨，控制油墨的存放條件和保質(zhì)期，B. 規(guī)范的檢查流程，避免貼片位孔口有空洞的出現(xiàn)。即便能倚靠過硬的塞孔技術(shù)和良好的絲印條件來提高塞孔的良率，但是萬分之一的幾率也能導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，有時(shí)僅僅因?yàn)橐粋€(gè)孔的空洞造成孔上沒有焊盤而報(bào)廢實(shí)在可惜。這就只能通過檢查來找出空洞的位置并進(jìn)行修理的動(dòng)作。當(dāng)然，檢查樹脂塞孔的空洞問題歷來也被人們所探討，但似乎目前還沒有什么好的設(shè)備能解決這一問題。而如何能讓人工檢查判斷的準(zhǔn)確性更高，也有許多不同的做法。C. 選擇合適的樹脂，尤其是材料Tg和膨脹系數(shù)的選擇，合適的生產(chǎn)流程以及合適的除膠參數(shù)，方能避免焊盤與樹脂受熱后脫離的問題。D. 對(duì)于樹脂與銅分層的問題，我們發(fā)現(xiàn)孔表面的銅厚厚度大于15um時(shí)，此類樹脂與銅分層的問題可以得到極大的改善。（如下圖） 銅厚15um（1次回流焊） 銅厚15um（3次回流焊）5.2 內(nèi)層埋孔,盲孔塞孔樹脂塞孔5.2.1 常見的問題A. 爆板B. 盲孔樹脂突起C. 孔無銅樹脂突起 孔無銅5.2.2 導(dǎo)致的后果 不用說，以上的幾個(gè)問題都直接導(dǎo)致產(chǎn)品的報(bào)廢。樹脂的突起往往造成線路不平而導(dǎo)致開短路問題。5.2.3 預(yù)防改善措施A. 控制內(nèi)層塞孔的飽滿度是預(yù)防爆板的必要條件；如果選用在線路以后進(jìn)行塞孔，則要控制好