在 PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)的制造过程中,过孔堵塞是一个常见且重要的工艺环节。那么,为什么要把 PCB 的过孔堵上呢?如果不堵又会怎么样呢?下面将详细探讨这些问题。
过孔的定义与塞孔工艺的产生背景
导电孔 Via hole,又名导通孔,其主要作用是实现线路之间的互相连结导通。随着电子行业的迅猛发展,对 PCB 的要求也越来越高,这不仅推动了 PCB 本身的发展,也对印制板制作工艺和表面贴装技术提出了更高的标准。在这样的背景下,Via hole 塞孔工艺应运而生,并且需要满足以下几方面的要求:
导通孔内有铜即可,阻焊可塞可不塞。
导通孔内必须有锡铅,且有一定的厚度要求(4 微米),同时不得有阻焊油墨入孔,以免造成孔内藏锡珠的问题。
导通孔必须有阻焊油墨塞孔,要达到不透光的效果,并且不得有锡圈、锡珠,还要保证表面平整。
PCB 过孔塞孔的作用 随着电子产品朝着 “轻、薄、短、小” 的方向发展,PCB 也逐渐向高密度、高难度的方向迈进,大量 SMT(Surface Mount Technology,表面贴装技术)、BGA(Ball Grid Array,球栅阵列封装)的 PCB 应运而生。客户在贴装元器件时要求塞孔,主要有以下五个重要作用:
防止短路:在 PCB 进行波峰焊时,如果过孔不堵塞,锡可能会从导通孔贯穿到元件面,从而造成短路。特别是当把过孔放在 BGA 焊盘上时,必须先进行塞孔,再进行镀金处理,这样才能便于 BGA 的焊接。
避免助焊剂残留:若过孔不堵塞,助焊剂容易残留在导通孔内,可能会对后续的电子元件性能产生不良影响。
满足测试需求:电子厂在完成表面贴装以及元件装配后,PCB 需要在测试机上吸真空形成负压才能完成测试。如果过孔不堵塞,可能会影响负压的形成,从而影响测试的准确性。
防止虚焊:表面锡膏可能会流入孔内,造成虚焊,影响贴装质量。堵塞过孔可以有效避免这种情况的发生。
防止锡珠弹出:在波峰焊过程中,过孔内的锡珠可能会弹出,从而造成短路。塞孔可以防止锡珠弹出,提高 PCB 的可靠性。
导电孔塞孔工艺的实现 对于表面贴装板,尤其是 BGA 及 IC 的贴装,对导通孔塞孔的要求非常严格,必须保证塞孔平整,凸凹正负 1mil,不得有导通孔边缘发红上锡以及导通孔藏锡珠的情况。为了达到客户的要求,导通孔塞孔工艺多种多样,工艺流程较长,过程控制难度较大,时常会出现热风整平及绿油耐焊锡实验时掉油、固化后爆油等问题。以下是对几种常见塞孔工艺的归纳和比较:
热风整平后塞孔工艺 此工艺流程为:板面阻焊→HAL(Hot Air Solder Leveling,热风整平)→塞孔→固化。采用非塞孔流程进行生产,在热风整平后用铝片网版或者挡墨网来完成客户要求的所有导通孔塞孔。塞孔油墨可以使用感光油墨或者热固性油墨,在保证湿膜颜色一致的情况下,塞孔油墨采用与板面相同的油墨。该工艺流程能保证热风整平后导通孔不掉油,但是容易造成塞孔油墨污染板面,导致表面不平整。客户在贴装时容易出现虚焊的情况(尤其在 BGA 内),因此许多客户不接受这种方法。
热风整平前塞孔工艺 用铝片塞孔、固化、磨板后进行图形转移:此工艺流程使用数控钻床钻出须塞孔的铝片,制成网版,然后进行塞孔,要保证导通孔塞孔饱满。塞孔油墨可以使用热固性油墨,其特点是硬度大,树脂收缩变化小,与孔壁结合力好。工艺流程为:前处理→塞孔→磨板→图形转移→蚀刻→板面阻焊。用这种方法可以保证导通孔塞孔平整,热风整平不会出现爆油、孔边掉油等质量问题。然而,此工艺要求进行性加厚铜,使孔壁铜厚达到客户的标准,因此对整板镀铜要求很高,且对磨板机的性能也有很高的要求,需要确保铜面上的树脂等彻底去掉,铜面干净,不被污染。由于许多 PCB 厂没有性加厚铜工艺,以及设备的性能达不到要求,导致此工艺在 PCB 厂的应用较少。
用铝片塞孔后直接丝印板面阻焊:该工艺流程同样使用数控钻床钻出须塞孔的铝片,制成网版,安装在丝印机上进行塞孔。完成塞孔后停放不得超过 30 分钟,然后用 36T 丝网直接丝印板面阻焊,工艺流程为:前处理 -- 塞孔 -- 丝印 -- 预烘 -- 曝光一显影 -- 固化。用此工艺能保证导通孔盖油好,塞孔平整,湿膜颜色一致,热风整平后能保证导通孔不上锡,孔内不藏锡珠。但是,这种工艺容易造成固化后孔内油墨上焊盘,导致可焊性不良;热风整平后导通孔边缘也容易起泡掉油。采用此工艺方法生产控制比较困难,需要工艺工程人员采用特殊的流程及参数才能确保塞孔质量。
铝片塞孔、显影、预固化、磨板后进行板面阻焊:用数控钻床钻出要求塞孔的铝片,制成网版,安装在移位丝印机上进行塞孔,塞孔必须饱满,两边突出为佳,再经过固化、磨板进行板面处理,其工艺流程为:前处理 -- 塞孔一预烘 -- 显影 -- 预固化 -- 板面阻焊。由于此工艺采用塞孔固化,能保证 HAL 后过孔不掉油、爆油,但 HAL 后,过孔藏锡珠和导通孔上锡的问题难以完全解决,所以许多客户不接收。
板面阻焊与塞孔同时完成:此方法采用 36T(43T)的丝网,安装在丝印机上,采用垫板或者钉床,在完成板面的同时,将所有的导通孔塞住,其工艺流程为:前处理 -- 丝印 -- 预烘 -- 曝光 -- 显影 -- 固化。该工艺流程时间短,设备的利用率高,能保证热风整平后过孔不掉油、导通孔不上锡。但是,由于采用丝印进行塞孔,在过孔内存着大量空气,在固化时,空气膨胀,容易冲破阻焊膜,造成空洞、不平整,热风整平会有少量导通孔藏锡。目前,经过大量的实验,选择不同型号的油墨及粘度,调整丝印的压力等,基本上解决了过孔空洞和不平整的问题,已可以采用此工艺进行批量生产。