树脂塞孔空洞产生原因及改善对策

杨烈文 刘 攀

（广州兴森快捷电路科技有限公司，广东 广州 510063）

（深圳市兴森快捷电路科技股份有限公司， 广东 深圳 518057）

1 前言

印制线路板的密度不断提高，原本不断缩小的孔径、间距、线宽的平面密度而趋于瓶颈，增加立体密度越来越受青睐。在此基础上，塞孔上镀铜（POFV：Plating over filled via）与叠孔的设计应运而生（图1）。此设计的出现，使得树脂塞孔工艺成为必须的流程。

图1 树脂实际应用效果

目前树脂塞孔流程上一般是内层芯板孔金属化后，利用专用的树脂油墨将孔内填充，固化后使用专用陶瓷、高切削不织布刷辊或砂带进行研磨整平，将多余树脂去除，然后进行后续的图形制作。树脂塞孔的主要缺陷有：凹陷、空洞、裂纹。其中凹陷可通过控制塞孔饱满度解决，裂纹一般与树脂自身成分及固化参数相关，在此不做讨论；而对于空洞，当其位于孔口时，研磨后空洞破裂产生凹陷（图2），严重影响塞孔的可靠性。故文章研究重点为塞孔空洞，对影响塞孔空洞的各种因素进行分析与试验验证，找出了影响塞孔空洞的主要因素，并总结了塞孔空洞的控制方法。

图2 塞孔凹陷平面与切片图

2 塞孔空洞影响因素分析

塞孔空洞实际上为孔内树脂包夹有气泡，固化时气泡未溢出而形成塞孔空洞。塞孔过程本身比较简单，根据其整个塞孔流程，与塞孔质量有关的因素有：

塞孔参数：塞孔速度、压力等影响下油量。

网版目数：影响下油量，T数越小网纱越粗，总体下油量越大，但小孔位置可能会被网纱堵孔无法下油，导致塞孔不良。

固化方式：固化温度与时间参数影响固化效果。

放板方式：分为水平与垂直，固化时树脂处于不同的流动状态，可能对固化效果产生影响。

塞孔方式：通常有三种方式（网版塞孔、铝片塞孔、真空塞孔），三种方式主要有二个方面的差异：塞孔介质（无网纱）、塞孔环境（是否真空）。

塞孔树脂处理方式：通常树脂会重复使用，但在塞孔过程中，树脂内部会残留气泡。重复使用的树脂脱泡与不脱泡，理论上塞孔效果是有差异的。

故根据以上几个方面进行分析验证，找出影响塞孔气泡的因素。

3 试验设计

（1）试验设计内容。结合上面分析，将影响因素纳入测试范围，内容如表1。

表1 塞孔试验设计

（2）试验材料。板材：FR-4，压板板厚：2.4 mm，通孔孔径：0.2 mm，盲孔孔径：0.1 mm。数量24片。

（3）图形设计。每片板9个单元，每个单元2种孔类型（0.1 mm激光盲孔，0.2 mm通孔），每种孔400个孔，成矩阵排列。如图3。

（4）试验主要流程：开料→棕化→层压→激光钻孔→钻孔→沉铜1→电镀1（最小18um，平均20 μm）→树脂塞孔→固化→陶瓷磨板→沉铜2→电镀2。

（5）确认方式：打切片，用显微镜观测。

4 试验结果

（1）不同网纱目数、塞孔参数测试结果，见表2。

表2 不同网目和塞孔参数测试结果

小结：网版目数、塞孔参数对塞孔空洞影响较小，塞孔后均有大量空洞，空洞位置不固定，孔内孔口均有空洞。

（2）不同固化与放板方式测试结果，见表3。

表3 不同固化与放板方式测试结果

小结：固化方式对塞孔空洞基本无影响，放板方式对空洞有一定影响(水平放置空洞量略少)，但效果不明显。

（3）不同塞孔方式测试结果，见表4。

表4 不同塞孔方式测试结果

小结：采用回收树脂，三种塞孔方式均会产生空洞；不同塞孔方式，塞孔空洞有很大差异，空洞严重程度从小到大：真空塞孔＜铝片塞孔＜网版塞孔。

（4）不同塞孔树脂处理方式测试结果，见表5。

表5 不同塞孔树脂处理方式测试结果

小结：采用真空塞孔机，对于新开罐树脂与真空脱泡后的回收树脂，均无空洞。对于未经脱泡的回收树脂，孔内有少量空洞，孔口位置未发现空洞。由于测试数据量有限，不能说明未脱泡树脂不会产生孔口空洞。

（5）测试小结：

①塞孔参数、网版目数、固化及放板方式等，对塞孔空洞的影响很小；

②采用真空震荡脱泡，可以去除树脂内部包夹的空气，对塞孔气泡有很大的改善效果；

③不同的塞孔方式，对塞孔空洞有很大影响，真空塞孔的效果最好，其余塞孔方式均有不同程度的空洞；

④采用真空塞孔+新树脂或脱泡后的树脂，无塞孔空洞。

5 空洞产生机理分析

试验结果为不同的塞孔方式及塞孔树脂处理方式，塞孔空洞严重程度相差很大。空洞产生机理是什么？为何会有差异？

目前行业塞孔主流方式为网版/铝片塞孔，以下就此塞孔方式产生空洞（气泡）的机理进行了分析。

（1）在塞孔过程中，树脂处于空气中并随刮胶的动作而反复运动，空气逐渐与树脂混合，并被树脂包夹形成气泡，一旦随着刮胶塞孔动作进入孔内/孔口，产生塞孔气泡。

（2）树脂的粘度较大、流动性较小，印刷前，树脂为一个整体。在刮胶压力作用下，树脂通过纱网丝径时被分散，进入孔时又被合并，在此过程中，树脂会包夹气体，固化后形成空洞（图4）。

图4 树脂会合夹气体

网版/铝片塞孔气泡产生机理为：在塞孔过程中，树脂与空气不停地接触，空气被包夹在树脂内，导致塞孔后停留在孔内。对于网版塞孔，由于树脂通过丝网时被分散，进入孔时又被合并，其塞孔气泡的数量相对铝片塞孔要多一些。

而对于真空塞孔机，塞孔过程为真空状态，树脂不会与空气接触，树脂中不会包夹气泡，因而不会产生塞孔气泡。当然，所谓的真空并不是绝对的，实际上还是有微量空气，且在树脂回收过程中，存在人工搅拌的动作，树脂中也会带入微量气泡。因此，树脂未经脱泡重复使用，真空塞孔也会存在少量塞孔气泡。

6 结论与建议

（1）塞孔参数、网版目数、固化方式及固化放板方式等，对塞孔气泡改善无明显效果；

（2）采用真空震荡脱泡，可以去除树脂内部包夹的空气，对塞孔气泡有很大的改善效果；

（3）根据空洞产生机理及试验结果，对于普通塞孔方式，难以从根本上解决塞孔空洞问题；采用真空塞孔，能极大地减少树脂内的气泡，对塞孔气泡有很大改善作用。

综上，采用真空塞孔，并对回收树脂进行真空脱泡，能从根本上改善塞孔气泡，对于保证FOFV与叠孔设计的可靠性，有很大帮助。当然，真空塞孔也有不足之处，其生产效率与树脂利用率较低，导致生产成本较高。对于普通盲埋孔板，由于塞孔位置不存在焊接或叠孔，塞孔气泡的存在，对品质影响不大，采用普通塞孔方式即可满足品质要求。因此，可根据产品结构，选择合适的塞孔设备/方式。