多阶机械盲孔板制作的方法与控制

2 产品设计基本信息
产品设计为10层板，L1-L2、L1-L4、L1-L6、 L7-L10、L9-L10层含盲孔，L1-L10含通孔，盲孔孔 径0.25 mm，完成板厚2.0 mm±0.2 mm，单元尺寸 22.7 mm×107.3 mm，表面处理为沉金。根据客户要 求，可设计产品结构如图1所示：
从产品结构可以看出，此产品为一款10层不对称 结构机械盲孔板，含5阶盲孔，结构复杂，此产品的
4 实验结果
4.1 产品涨缩匹配过程
L1-L6与L7-L10涨缩匹配过程中处于动态，本 次实验在产品制作第三压合前，即L1-L6层三钻涨缩 系数、内三菲林涨缩与L7-L10层二钻涨缩系数、内 二菲林涨缩系数相同在X （经）、Y （纬）方向上相 同，实现了涨缩匹配，如图4、图5所示。
4.2 产品可靠性及特殊特性
序号 1 2 3
表5 板曲控制参数
工序 压合冷压 板曲返直热压 板曲返直冷压
温度 0 150℃ 0
压力 100kg/cm2 0.6MPa 0.6MPa
时间 2.0H 2.0H 2.0H
3.5 铜厚控制
图4 L1-6与L7-10在X方向涨缩匹配过程
3.5.1 盲孔孔铜控制
产品盲孔孔铜厚度要求为25 µm，若采用板电 直接镀厚或采用图形电镀，在底铜18 µm条件下，线 路铜厚将达到40 µm ~ 50 µm，远将超出设计的要求 17.5 µm ~ 25 µm，因此需使用镀孔工艺，镀孔菲林孔 径开窗比产品孔径单边大0.05 mm，只针对盲孔镀铜， 镀孔完成后对孔口打磨平整。镀孔参数见表6所示。
热应力测试：288 ℃，10 s ，3次，无爆板、分 层、白纹，可靠性良好。
FQC板曲测量，最大板曲度0.5%，符合客户 0.75%的要求。从图中可以看出，通孔、盲孔都未与 非同一网络的导线或大铜面接触，并通过电测试未 发现有内层短路问题。
3.5.2 盲孔孔铜控制
产品制作整个过程中，L1层经历4次板电镀， L10层经历3次板电镀，为实现L1层与L10层铜厚一 致，防止外层蚀刻导致L1与L10线路蚀刻均匀性不良 问题出现，须在开料后对L1层进行减铜处理，减铜 厚度5 µm ~ 8 µm。
/
钻孔(二钻)
Y:0.04%
10
L7-L10
X:0.05%
/
内层线(内二) Y:0.04%
11
L1-L10
X:0.02%
/
钻孔(四钻)
Y:0.01%
12
L1-L10
X:0.02%
/
外层线路(外层) Y:0.01%
3.4 板曲控制
从产品结构图1可以看出，产品属不对称结构， 第三次压合前L1-L6厚度为：1.1 mm，L7-L10厚度
关键词 多阶机械盲孔；制作流程；内层孔到铜距离；涨缩控制 中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1009-0096（2011）10-0051-04
Production method and control for multi-stage
mechanical products with blind Vias
主层别 L1-L2 L1-L4 L9-L10 L1-L6
匹配层别 L3-L4 L5-L6 L7-L8 L7-L10
从产品制作流程中可以看出，L7-10与L1-6的钻 孔与内层线路菲林涨缩系数处于动态匹配过程，其 它为静态过程。动态过程需要预测在各自不同制作 条件下的变化趋势，在这种趋势下实现钻孔涨缩系 数、内层菲林涨缩系数相同或相近，因而涨缩系数 处于动态匹配的层别需设计不同的涨预补偿系数。 而处于静态过程的层别只需设计相同的涨缩预补偿 系数。
warpage control, copper thickness control and so on, achieves good electrical function, reliability and special
characteristics for the products.
Key words Multi-stage mechanical products with blind vias; produce process; distance from hole
/ 层别配套
5
L1-L6
X:0.05%
/
钻孔(三钻)
Y:0.04%
6
L1-L6
X:0.05%
内层线(内三) Y:0.04%
7L9-L10X:0.0%钻孔(一钻)Y:0.08%
8
L9-L10，L7-L8 X:0.11%
内层线路(内一) Y:0.09%
/
设置涨缩 预补偿 层别配套
9
L7-L10
X:0.05%
产品涨缩控制，还涉及到其它方面的内容，如 拼板设计、材料选择、基板材料内应力消除等。
3.3.1 拼板设计
拼板设计中，单元数量越多，Panel尺寸设计越 大，产品制作过程中涨缩控制越困难，因些采用小 拼板方式设计，6 pcs/pnl，Panel尺寸为300（经）× 400（纬）mm，有利于产品制作。
3.3.2 材料选择
LI Chang-sheng
Abstract
The study on the fabrication for multi-stage mechanical products with blind via, including the
key technologies such as process design, the distance from hole to copper in inner layer, magnification scale control,
图2 产品制作流程图
图3 内层孔到铜距离设计图示
加大内层孔到铜距离设计可以降低内层短路的 风险，但由于客户密集线路设计的需求，不可无限 加大，通过不断的经验总结，我公司目前内层孔到 铜距离最小值设计如表1所示。
序号 1 2 3 4 5
表1 层数与内层孔到铜距离
层数 6层 8层 10层 12层 ≥14层
要达到不出现孔铜与非同一网络的内层铜接触 造成短路问题，实现产品电气性能良好，内层孔到 铜距离设计至关重要。内层孔到铜距离设计越大， 由产品层间错位（压合不同芯板层间错位、图形转 移同一芯板层间错位）、钻孔偏位因素造成的内层 短路风险就越小。
内层孔到铜距离分为隔离环宽度、孔到线距离 两种情况，如图3所示。
根据FR4材料尺寸稳定性特点，高T g优于普通 Tg，同时比较不同型号材料，最终选择基板S1000-2 与PP S1000-2B作为本次实验的主材。
3.3.3 基板材料内应力消除
通过烤板能去除板材内的水份，消除内应力， 提高产品制作过程中尺寸稳定性，减少涨缩量，需 烤板的流程及烤板参数如表2所示。
序号 1 2 3 4
隔离环宽度/mm 孔到线距离/mm
0.177
0.152
0.203
0.177
0.228
0.203
0.254
0.228
0.279
0.254
因此，此10层机械盲孔板内层孔到铜距离隔离 环宽度设计最小为0.228 mm，孔到线距离设计最小 为0.203 mm。
3.3 产品涨缩控制
基板材料与半固化片PP存在应力现象，产品在 经高温压合到冷却，对基板材料与半固化片而言是 一个退应力的过程，这些变化将导致产品的收缩。 因此，产品工具制作中钻带与菲林在都需预先针对 产品经、纬方向加上一个补偿值（俗称“涨缩预补
表2 需烤板流程及烤板参数
流程 开料 棕化后 压合后
FQC
烤板温度 170℃ 150℃ 170℃ 150℃
烤板时间 4.0h 0.5h 2.0h 2.0h
3.3.4 涨缩匹配
根据产品制作流程，采用各相应层别的作业思 路，涨缩匹配的主层别与配套层别如表3所示。
序号 1 2 3 4
表3 涨缩匹配主层别与匹配层别
序号 1 2 3 4 5
表6 盲孔镀孔参数
层别
电流密度
L1-L2 L9-L10 L1-L4 L7-L10 L1-L6
5 ASF 5 ASF 5 ASF 5 ASF 5 ASF
电镀时间 45min 45min 45min 45min 45min
图5 L1-6与L7-10在Y方向涨缩匹配过程
产品制作切片如图6所示，通过显微镜测量铜 厚，盲孔铜厚、通孔铜厚为21 µm ~ 30 µm，外层铜 厚35 µm ~ 43 µm，满足客户设计要求。
3.3.5 涨缩数据收集
拼板短方向为经向，用X表示，长方向为纬向，
用Y表示。产品制作过和中除压合外，磨板也将产生
产品涨缩变化，因而压合后钻孔前、线路制作前采
用二次元测量管位孔距离，计算产品涨缩系数，作
为钻带、线路菲林的涨缩系数。实验过程中收集的
涨缩数据见表4所示。
表4 配套作业层别与涨缩数据
序号 1
to copper in inner layer; magnification scale control
1 前言
多阶盲孔型产品设计与制作，常采用HDI的方式 进行，在国内PCB行业中HDI工艺技术已逐渐成熟。 然而，目前仍有部分产品以多阶机械盲孔板设计与 制作，主要有以下两方面的原因：
（1）HDI板的制作，对设备要求高，如以激光钻 孔为中心的配套流程设备；对工艺技术要求高，如 电镀填孔技术等。从而造成了制作成本的高昂，产 品价格当然不菲，不利于客户成本控制。
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H短D评I/I与C基介板绍 HShDoIr/tICoSmubmsetrnatt&e Introduction
印制电路信息 2011 No.10
为：0.7 mm，厚度不对称存在板曲异常风险。通过 压合过程中对冷压参数进行修改、及FQC工序板曲返 直压合，可有效改善产品板曲品质，控制参数具如 下表5所示。