PCB線路板內層塞孔制程技術：方式、油墨特性及工藝解析 - ibpcb

 常見問題     |      2022-01-10 11:23:24    |      愛彼電路

HDI板高密度連接技術的時代，線寬與線距等將無可避免往愈小愈密的趨勢發展，也因而衍生出不同以往型態的PCB結構出現，如焊盤通孔、疊層通孔等等，在此前提下內層埋孔通常被要求完全填滿并研磨平整以增加外層的布線面積，市場的需求不僅考驗PCB廠家的制程能力同時也迫使原物料供貨商必須開發出更Hi-Tg、Low CTE、低吸水率、無溶劑、低收縮率、容易研磨等等特性的塞孔油墨以滿足業界的需求。塞孔段之主要流程為鉆孔、電鍍、孔壁粗化（塞孔前處理）、塞孔、烘烤、研磨等。

內層塞孔目的
除上述布線面積為主要的考慮外尚有介質層均一厚度之要求，內層塞孔目的為：
1. 避免外層線路訊號的受損。
2. 做為上層迭孔結構的基地。
3. 符合客戶特性阻抗的要求。

現行內層塞孔方式與能力
常見的內層塞孔方式有增層壓合填孔（可分為RCC 及HR 高含膠量PP 等，本文所舉皆以RCC 壓合填孔為例）與樹脂油墨塞孔等兩種，一般而言內層若為小孔徑，低縱橫比及孔數少之埋孔可使用增層壓合自然填充方式塞孔；而大孔徑、高縱橫比與孔數多之埋孔，則將因RCC 之含膠量不足以填充較大與較深孔徑之埋孔，因此不適合以此種方式塞孔，含膠量若無法完全填充埋孔將造成塞孔氣泡、凹陷與介質厚度不足等等問題的出現，此亦將影響產品整體之可靠度。

RCC 所含之樹脂（膠）也同時擁有相對較高之熱膨脹系數CTE （ Coefficient of Thermal Expansion），此為典型RCC 所內含樹脂的特性，過高的CTE 將促使填充材料在受熱 （如冷熱沖擊、熱應力等信賴性測試） 的過程中發生龜裂（Crack）或分層（Delamination）的情形；兩種材料之間存在差異甚大的CTE 與內含塞孔氣泡均為導致上述不良的主要原因。

網印塞孔的優點有：
1. 印刷機臺用途廣泛，可應用于防焊及文字印刷等等制程。
2. 為普遍的塞孔方式，流程安排也相對較為容易。
3. 不需塞孔之孔徑可于網板上設置擋點，避免沾墨。
4. 無須額外購置塞孔設備，適于業界現有制程。

網印塞孔在缺點方面有：
1. 作業人員需累積相當之操作經驗后方可熟練。
2. 作業參數繁瑣、復雜。
3. 難以運用于不同塞孔孔徑在同一內層之需求。
4. 每一內層塞孔板均需另外制作相對應的網板。
5. 生產效率較差。

滾輪刮印填孔其工法與網印印刷塞孔有所不同，其作業方式是以滾輪將油墨填印入塞孔孔徑來進行作業；操作時藉由內層板進入兩滾輪之間，在行進過程中塞孔板與位于塞孔板上下方之滾輪產生相互壓迫、推擠效應而迫使下方的含墨滾輪將油墨填印入塞孔孔徑，下方滾輪有部分含浸在儲墨槽內，運作過程可不斷的補充所需之塞孔油墨，最后當塞孔板持續前進時會經過已預先設置之刮刀，將多余突出之油墨刮平回收。

滾輪刮印填孔的優點有：
1. 可快速填印塞孔板。
2. 沒有印刷網板的需求。
3. 較少的制程參數。
4. 容易的得到較為平整的研磨表面。

滾輪刮印填孔在缺點方面則有：
1. 不需塞孔的孔徑需另外將其覆蓋。
2. 擁有較高的操作風險（如薄板卡板）
3. 作業一次所需的油墨量較大，油墨需有良好的操作周期。
4. 可供選擇的油墨種類較少。

網印印刷塞孔與滾輪刮印填孔各有其優缺點與適用范圍，如網印塞孔因生產效率較低適用于樣品或批量數較少之塞孔板，就塞孔能力而言則適合板厚較薄之塞孔板，而滾輪刮印填孔因生產效率較高適用于批量數較大之塞孔板，就塞孔能力而言則適合板厚較厚之內層塞孔板。應用于內層塞孔之油墨無論是網印印刷塞孔或滾輪刮印填孔，基于上述各項考慮皆需具備下列特性：
1. 100%的固含量，不允許任何溶劑的存在并且需具備較低的CTE，以防止因受熱的過程中發生龜裂或分層之不良情形。
2. 硬化后之油墨硬度至少需在6H 鉛筆硬度以上。
3. 塞孔研磨后需有平整的表面，不可存在任何凹陷。
4. 與鍍銅孔壁之間需有良好之附著力。
5. 硬化后之油墨金屬化（鍍銅）能力與附著力需相當良好。
6. Tg 點需大于140℃以上。
7. Tg 點以下之CTE必須低于50 PPM。
8. 容易研磨，研磨后不可留下孔口凹陷。

塞孔油墨特性
IPC-6012A 在3.6.2.15 盲孔及埋孔之填膠規范中規定：盲孔并無填膠的要求，Class2 專業性電子產品及Class3 高可靠度電子產品板類必須在壓合時填入膠片之膠量至60%程度。Class1 一般性電子產品則可允許到完全空洞的程度。若產品需應用到特殊之結構如多層孔時，內層塞孔除被要求需100%填滿外，還需具備容易研磨的特性，且在研磨后孔口凹陷必須小于5um以下，以避免高頻時訊號的完整性受損。

內層塞孔油墨依硬化方式可大致區分成三種：
1. 一段熱烘烤硬化型塞孔油墨。
2. 二段熱烘烤硬化型塞孔油墨。
3. UV曝光加熱烘烤硬化型塞孔油墨。

一段熱烘烤硬化型塞孔油墨之烘烤條件大約為150℃、30~45 分鐘，一段熱烘烤硬化型塞孔油墨雖具有較高的烘烤效率但因其烘烤后即達8-9H 之鉛筆硬度，相對的也將造成研磨的困難，既要求需研磨干凈與平整，又要達到幾乎不可有任何研磨凹陷的產生，若無良好穩定之研磨設備，較難達成上述之要求。

二段熱烘烤硬化型塞孔油墨，其硬化過程可區分為兩個階段， 第一段硬化為預烤（Pre -curing） ， 預烤后之油墨硬化程度通常為4-5H，特點是便于研磨亦可降低研磨成本，待研磨完成后再執行第二段硬化， 稱為后烘烤，第二段烘烤后油墨硬化即可達8-9H。二段烘烤雖然花費較多烘烤時間，但其整體所獲得之效率（尤指塞孔質量與刷磨效益）均較一段熱烘烤硬化型塞孔油墨來的優良。

目前市面上的內層塞孔用油墨，無論是何種硬化型態大都已改為不含溶劑性質之配方，溶劑在烘烤過程中將因受熱而揮發，但若塞孔孔徑為高縱橫比時，溶劑亦將相對較難完全排出而有部份殘留于孔內，而殘留之溶劑在再次的受熱過程中仍會再度膨脹，此時即有可能在油墨內部形成裂紋的現象，特別是高溫短時間的烘烤方式與高縱橫比孔徑的組合時，容易發生孔口處油墨已硬化而孔徑內部油墨卻仍未完全硬化之皮膜效應產生，因此更易使溶劑殘留孔內造成塞孔不良；低溫長時間的烘烤方式可避免上述情形的發生也有助于油墨中揮發成分的排出， 100%固含量及無溶劑成分之塞孔油墨，可將殘留溶劑的膨脹與硬化后油墨的收縮減至最低的程度。愛彼電路是專業高精密PCB電路板研發生產廠家,可批量生產4-46層電路板,線路板,高頻線路板,高速電路板,混壓電路板,HDI線路板等,定位高精密!高難度!高標準!