树脂塞孔油墨扩散入孔问题研究.pdf

-13-图形形成PatternFormation印制电路信息2023No.8树脂塞孔油墨扩散入孔问题研究陈市伟黄学【竞陆电子（昆山)有限公司，江苏昆山2 1530 0 摘要印制电路板（PCB）树脂塞孔工艺被普遍应用，孔密度也在不断提升。从实际应用案例出发，针对树脂塞孔产品后制程发生的不塞孔蚀刻后孔壁残铜问题进行研究分析，找出树脂塞孔过程中树脂扩散原因。研究发现，树脂扩散入孔主要发生在树脂塞孔完成后的烘烤过程中，蚀刻后孔内壁残留的油墨成分无法通过磨刷去除，呈现出不塞孔内壁残铜的不良现象。通过改变塞孔前处理来阻止树脂扩散，在塞孔研磨后，增加不同的清洁方式对PCB进行清洁处理。最终采用高锰酸钾浸泡清洁方案，该方案最具经济性且可量化生产。关键词树脂塞孔；树脂扩散；非支撑孔；浸泡清洁中图分类号：TN41文献标志码：A文章编号：10 0 9-0 0 9 6(2 0 2 3)0 8-0 0 13-0 5Study on diffusion ofinto resin plug holeCHENShiwei HUANGXueAPCB Electronics(Kunshan)Co.,Ltd.,Kunshan 215300,Jiangsu,ChinaAbstract Resin plugging technology is widely used for printed circuit board(PCB),and the hole density isalso increasing.Based on practical application cases,the problem of residual copper in the hole wall after etchingwithout plugging holes in the post-process of resin plug products is studied and analyzed,and the reason of resindiffusion in the process of resin plug holes is found.It is verified that the resin diffusion into the hole mainly occurs inthe baking process after the resin plug is completed.After etching,the residual ink components on the inner wall of thehole cannot be removed by grinding brush,showing the bad phenomenon of residual copper on the inner wall withoutplugging holes.By changing the pretreatment of plug hole to prevent the resin from spreading,and using differentcleaning methods to clean PCB after grinding plug hole,it is found that the most economical solution is to soak andclean PCB with potassium permanganate.Keywordsresin plug hole;resin diffusion;unsupported hole;immersion cleaning0引言印制电路板（p r i n t e d c i r c u i t b o a r d，PCB）制造中，树脂塞孔工艺通常选用树脂油墨印刷的方式，将需要填塞的各类型孔进行填充并烘烤固化，以达到塞孔的目的。对于各种盲埋孔设计，采用树脂塞孔填充之后，有利于层压真空环境下的树脂填胶及流动，可避免半固化片（prepreg，PP）作者简介：陈市伟（1991一），男，助理工程师，主要研究方向为新产品开发及过程工艺质量改进。-14-印制电路信息2023No.8图形形成PatternFormation填孔胶不足导致的孔口凹陷问题及压合缺胶皱褶。在树脂塞孔后进行覆盖电镀，即填孔覆盖电镀（p l a t i n g o v e r f i l l e d v i a，PO FV）工艺。对高密度导通孔进行塞孔加工，有利于规避因孔内异物堵孔及阻焊油墨塞孔不良导致的腐蚀药水残留，提升散热效果。在树脂塞孔工艺过程中，不同类别的产品会发生不同的制程问题，如高厚径比孔的树脂塞孔产生裂纹，树脂塞孔研磨过程中镀覆孔拐角露铜，以及树脂扩散人非支撑孔等。其中，解决树脂扩散人非支撑孔问题的方法有：在树脂塞孔研磨后增加二次钻孔流程【1；改变塞孔前处理来阻止树脂扩散；在塞孔研磨后增加不同的清洁方式。本文采用高锰酸钾浸泡清洁处理，该方案最具经济性，且可量化生产1树脂油墨扩散1.1塞孔过程网版挤压扩散塞孔过程网版挤压扩散的原因为网版与板子接触，铲刀挤压过程中，油墨在网版下面扩散。该现象属于塞孔工艺的正常情况。扩散人孔则主要因塞孔与非支撑孔距离过近，过程中网版下墨面油墨受铲刀挤压后在PCB板面上扩散，未及时清洁擦拭导致固体油墨人孔，如图1所示。树脂塞孔塞孔丝网下墨区域塞孔下墨扩散区域(a）油墨扩散示意图(b)油墨扩散例图1塞孔油墨粘网扩散对于此类问题，一般通过在塞孔过程中以固定频率清洁擦拭下墨面网版来加以管控。将距离较近的非支撑孔改为二次钻孔的方案也可解决该问题【，但对于孔位精度要求较高的产品，会出现二次定位叠加偏差，衍生孔偏及后制程成型尺寸不良。增加二次钻孔流程也会导致制造成本上升，因此需进一步研究更具经济性的解决方案。1.2烘烤过程树脂扩散现象树脂扩散发生在烘烤过程中。观察发现，塞孔烘烤后，铜面的颜色发生变化。有树脂的铜面周围，有油脂性挥发物会顺着塞孔前铜面磨刷及烤箱气流的方向覆盖铜面；没有树脂的铜面仅有黄铜色氧化。1.3烘烤过程树脂扩散分析经流程分析发现，树脂油墨扩散主要受塞孔前PCB的前处理方式影响。树脂油墨会随着温度的升高而逐渐降低其黏性。温度达到35时，黏度降低至2 0 0 PaS，如图2 所示。树脂油墨在重力作用下顺着磨刷方向产生的微细沟槽扩散延伸，如图3所示100000(sed)/鞋10000100010020406080100120140160温度/图2树脂油墨黏度随温度升高变化曲线TM3030Plus90832022/08/0315:43HLD9.4500200um图3磨刷后的铜面微细沟槽（电子显微镜50 0）图4非支撑孔残铜(c）ED X A 能谱元素分析孔内壁残铜上覆盖成分keVFullScale5976ctr:9.445(8cts)620181614812100CuCaBaCuAlSCaSiSpectrum图形形成PatternFormation印制电路信息2023No.8经对比发现，不同的塞孔前铜面处理方式对树脂扩散方向及扩散距离有直接影响，见表1。表1塞孔前铜面处理方式与树脂塞孔油墨扩散方向及距离的关系铜面陶瓷刷研磨高压水洗粗化微蚀处理方式扩散距离/mm30101扩散与研磨扩散结果扩散无方向性向四周扩散方向一致1.4树脂扩散入非支撑孔分析1.4.1外观分析蚀刻后通过采用自动化光学检测(automatedopticalinspection，A O I）侧45检验可发现非支撑孔残铜现象，对成品外观侧45检验也可发现非支撑孔孔内残铜，如图4（a）所示。1.4.2切片及X射线能谱仪元素分析通过对异常板做微切片及X射线能谱仪分析(energy dispersiveX-ray analysis，ED X A）元素分析可知，非支撑孔残铜位置孔壁残留铜厚与镀通孔铜厚相符，孔内残铜的孔壁EDXA元素成分与树脂成分吻合，说明孔壁表面上残留较多的树脂抗蚀物质，如图4（b）和图4（c）所示。(a）45角观察到非支撑孔内残铜1.4.3塞孔工艺流程分析（1）产品及塞孔资料：2 50 0 目（约5.5m）丝网，塞孔孔径为0.2 mm，塞孔纵横比为4.5，塞孔距非支撑孔0.6 mm。（2）塞孔的工艺流程：垂直连续电镀(vertical continuous plating，VCP）树脂塞孔热烘烤研磨外层线路蚀刻一AOI。（3）PO FV流程与常规树脂塞孔流程：POFV树脂塞孔。VCP树脂塞孔热烘烤研磨金属化孔（plating through hole，PT H）盖孔电镀外层线路一图形电镀碱性蚀刻一AOI。常规树脂塞孔。VCP一树脂塞孔热烘烤研磨一外层线路一蚀刻AOI。结论：POFV流程中AOI未发现非支撑孔残铜；常规树脂塞孔流程发现非支撑孔残铜问题。POFV流程中的PTH+盖孔电镀制程可清除扩散人孔的树脂成分残留。以上分析及验证表明，树脂在热烘过程中，随着温度升高、黏度降低而扩散溢出部分，不同的铜面处理可对扩散有一定的抑制作用，粗化铜面可最大限度地缩短树脂扩散的距离。对于塞孔与非支撑孔距离 1.5mm）的设计，采用塞孔前处理粗化铜面的方式，阻止树脂油墨扩散，控制范围约为1mm。（4）经验证，部分型号的树脂油墨在热烘后图形形成PatternFormation印制电路信息2023No.8无明显树脂扩散问题，可根据实际产品特性需求，选择对应的树脂油墨型号及相应的工艺处理流程，以规避此类树脂塞孔烘烤后树脂扩散的问题参考文献1周海光,尹超，邓辉.改变工艺流程解决树脂油墨人孔问题 J.印制电路信息,2 0 2 1(11):6 1-6 3.2刘根,刘喜科,戴晖.多类型孔同步树脂塞孔对位能力提升研究 J.印制电路信息,2 0 2 1(4):43-47.3崔正丹，胡军辉.印制电路板高厚径比孔的树脂塞孔裂纹产生机理分析 .印制电路信息，2021(7):33-39.4何艳球,张亚峰,李成军，等.通信基站RRU主板制作方法研究 J.印制电路信息,2 0 2 0(1):23-26.5陈市伟，徐天亚，黄学，超薄类挠性板单面真空热压半固化片填孔工艺研究 .印制电路信息,2 0 2 1(12):45-48.6崔正丹，胡军辉.PCB塞孔树脂固化动力学过程研究 J.印制电路信息,2 0 2 1.(S2):31-37.7钟明君，曹磊磊,李金鸿,等.相交孔工艺的孔金属化及塞孔品质研究 .印制电路信息，2021(S2):147-153.8宋国平,陈伟亨,刘中山.树脂塞孔研磨过程中镀覆孔拐角露铜的探究 .印制电路信息，2022(2):10-14.9崔小超，邹金龙，李香华.背钻孔树脂塞孔的爆孔原因及改善对策 .印制电路信息,2 0 2 2(8):37-40.10李香华，樊锡超，凌大昌，等.高多层印制板树脂塞孔连接盘脱落改善 .印制电路信息，2022(10):39-41.难度大？金百泽NPI工程师教你改善高多层刚挠结合板凹陷度问题！随着电子产品的智能化与轻便化，促使PCB朝着功能高度集成化与小型化设计发展，PCB层数的叠加也逐渐变多。对于刚挠结合板而言，内层PP的低流胶特性与铣槽设计在一定程度上加大了高层次刚挠结合板的制作难度，存在凹陷度需要改善的问题针对这一问题，7 月13日下午2 点，“高多层数刚挠结合板凹陷度改善研究”线上直播课在“PCB知识云平台正式开启，这是“东威杯”印制电路信息杂志2 0 2 2 年度优秀论文直播课的第一期。惠州市金百泽电路科技有限公司NPI工程师陈起平作为嘉宾主讲本次课程，上海印制电路信息杂志社副主编张青勉负责主持。直播课上，陈起平老师从高层刚挠结合板发展背景切入，介绍了传统高层刚挠结合板加工工艺，及其减少凹陷度的方式中存在的台阶高度差难题，并就此提出一种“补强及高温胶带相结合的制作方案”。该方案在高温胶带的基础上，使用聚酰亚胺补强板作为垫片，压合前将高温胶带与补强板粘贴在挠性区域，利用补强板所带有的热硬化胶及高温胶带的压敏胶，可以使压合前垫片固定在软板上而不会脱落，在后工序也能顺利的剥离。课上通过方案的设计、流程和效果等全方位展示，讲述了该方案在改善高层刚挠结合板挠性区凹陷，并解决台阶高度差引起的生产异常中具有低成本、高效率的特点。课程最后，陈起平老师通过与学员互动答疑的方式，为学员解难，充分调动了课堂氛围和学员的积极性。本次直播的平台一一PCB知识云平台，是上海印制电路信息杂志社推出的在线知识平台。希望通过论文内容直播精讲的方式，更直接、广泛、深入地传递出作者的观点，为PCB行业技术交流提供一个新的平台。本刊编辑部张家师