机械控深盲孔技术研究

陈显任 李金鸿 胡新星 廖良辉

珠海方正科技高密电子有限公司

1 前言

1.1 盲孔技术开发前景

随着电子产品向多功能化、小型化、轻量化的发展趋势，相应印制线路板的布线密度和孔密度越来越高，制作也越来越困难。提高印制板布线密度最有效的方法之一是减少通孔数增加盲孔数[1]。1990年日本IBM的Yasu工厂的PCB部门推出SLC技术（Surface Laminar Circuit，表面叠层电路技术，现该部门已被京瓷 SLC Tech wologies收购）以后，盲孔技术迅速成为业界的关注点。后来，日本松下开发了ALIVH工艺（Any Layer Inner Via Hole，任意层内互连孔技术），东芝开发了B2IT工艺（Buried Bump interconnection technology，埋入凸块互连技术）。缉斐电开发了FVSS工艺（Free Via Stacked Up Structure，任意叠孔互连技术），North Print 开发了NMBI工艺（Neo-Manhattan Bump Interconnection，新型立柱凸块互连技术）[2]-[4]。

1.2 盲孔类型介绍

盲孔加工一般有两种钻孔方式，一种是采用激光钻孔机制作，通常孔径在0.1 mm ～ 0.15 mm，另外一种是采用传统机械钻孔机制作，通常孔径≥0.15 mm，这里称为机械盲孔，此种盲孔目前大多数PCB厂家均是采用传统的逐次压合法制作实现，该方法需要多次的钻孔、图形转移、电镀和压合等流程。流程长，效率低，成本高，其间尺寸控制和误差的累计转移，成为该类型板件生产控制的难点。

1.3 控深盲孔技术介绍

随着电子科技的进步，业界知名钻孔机制造商已经研发深度控制钻孔技术，机械钻机可以有效控制钻孔深度，从而为具有机械盲孔设计的PCB产品制作另辟新径，避免进行多次压合来实现盲孔的连接，但深度控制钻孔制作工艺受盲孔在沉铜电镀方面的局限性，导致该技术在PCB行业应用相对较少，本文主要对机械控深钻盲孔技术工艺的层压厚度公差、机械钻机的深度控制能力、机械控深盲孔电镀控制能力、以及机械控深盲孔沉金表面处理能力进行了分析研究，并明确了各自制作能力，为此工艺技术产品导入批量生产完成了技术储备。

2 机械控深盲孔技术研究

2.1 技术要点

（1）评估压合介质厚度均匀性、机械控深盲孔钻孔控深精度；

（2）评估机械控深盲孔不同孔径比孔金属化能力；

（3）评估机械控深盲孔不同孔径比沉镍金表面处理能力。

2.2 研究方案

材料：高Tg材料；

试验设备：各条生产线、金相显微镜、三维测量仪、回流焊测试机、温湿测试仪等；

试验板结构设计如图1，盲孔设计基本信息如表1。

图1

2.3 试验板流程设计

采用酸性蚀刻工艺，试验流程如下：

开料→内层图形→内层冲孔→内层AOI →棕化→压合→铣边框→钻孔→机械控深盲孔→烘板→沉铜→电镀→外层干膜→DES→外层AOI→阻焊→沉金→字符→铣板→电子测试→可靠性测试

表1 盲孔结构设计

2.4 试验板重点工序控制方法

2.4.1 层压评估项目

（1）试验板压合绝缘层均匀性控制：

样品数量：取样30个切片；

读取数据要求：每个切片样品在显微镜下读取各连接层之间的介质厚度，每个切片读数为两个；控制标准：各绝缘层厚度均匀性Cpk≥1.33，说明各层介质厚度较为均匀。

（2）压合各介质厚度均匀性分析如表2。

表2 各层次绝缘层厚度分析

从上述测试结果得出：Cpk按1.33控制时，L1-2L10-9、L3-4L7-8、L5-6五种介质层厚度的控制精度分别为±9.144 µm/9.906 µm、±11.176 µm/10.16 µm、±19.558 µm。

2.4.2 钻孔评估项目

（1）设备选择：带控深功能的钻机；控深精度控制：±25 µm。

（2）试验板不同深度的盲孔控深深度数据如表3：

表3 不同深度盲孔钻孔实际深度数据分析

通过上述表格数据分析，控深盲孔精度均能保持在设定值的范围内，深度控制公差没有出现深度超差的现象，均能满足±25 µm以内。

2.4.3 盲孔孔金属化评估项目

（1）设备、电镀加工参数对比

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（2）盲孔孔金属化接受标准：盲孔铜厚要求Min≥13 µm，AVE（平均）≥18 µm

（3）盲孔电镀后每种孔径比均需要取样分析孔铜，具体详见下表4（取样数量4pcs）

表4 不同AR值盲孔电镀切片图分析

通过上述对表结果表明，VCP垂直电镀线盲孔深度能力优于垂直龙门电镀线，AR≤1.5的深镀能力达90%以上，AR＞1.5的深度能力达50%；垂直龙门线盲孔深镀能力AR≤1.0达80%，AR＞1.0时无法满足要求。

2.4.4 盲孔沉镍金表面处理评估项目

A、不同沉镍金药水体系的盲孔沉金品质状况（如表5所示）

B、盲孔沉镍金图片（取样数量：每种孔径比4个切片；注：C体系药水，如表6所示）

表5 不同孔径比盲孔沉镍金药水对比分析

表6 盲孔沉镍金切片图分析

通过上述分析结果表明，使用C体系药水对盲孔进行沉镍金表面处理，盲孔孔径比≤1∶1以下的均能沉上金，能够满足品质要求。

3 结论

（1）机械控深盲孔技术工艺制作，各绝缘层压合均匀性公差能够控制在±0.02 mm以内，其Cpk值均能达到1.33以上；

（2）机械控深盲孔技术工艺制作，不同深度盲孔钻孔控深精度能够控制在±25 µm以内；

（3）机械控深盲孔AR≤1的盲孔电镀深度能力达到80%以上，能够满足客户需求；

（4）机械控深盲孔AR≤1的盲孔沉镍金上金率100%，完全能够满足客户需求；

（5）我公司现有的设备及生产技术能够满足机械控深盲孔工艺制作要求，并且确定了其工艺流程与制作能力。

[1]杨宏强, 王洪, 骆玉祥.多阶盲孔板制作中的关键技术研究[J].印制电路资讯,2007(6).

[2]林振华, 林振富.高密度多层电路板技术[D].台湾:全华科技图书股份有限公司,2001.

[3]龚永林.一次压合积层法印制板制造技术[J].印制电路信息,2003(4).

[4]源明.新结构的积层印制电路板[J].电子电路与贴装,2003(1).