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HDI PCB小孔加工品質探討

    對于小孔加工而言,他已是高密度HDI PCB制作的生命體,如果沒有良好的小孔加工品質,根本談不上高密度電路板這件事。因此探討這樣的技術,當然必須針對小孔的加工品質作一個概略性的探討。

    一般而言,成孔制程品質的好壞有一些基本指標,孔內清潔、孔型順暢、無孔偏、孔正圓、孔內及內層無受損等等。我們可以逐一觀察其內涵為何?

    在孔內清潔的部分,對于小孔可分為通孔及盲孔兩部分來探討。以通孔而言,當孔徑小于150um以下時如果用的是機械鉆孔,很容易產生排屑不良孔塞的現象。這樣的現象如果在進行除膠渣的程序時,有可能因為藥液不能流通而造成孔內清潔度的品質問題。小孔導通不良或分離,是這類現象的典型缺點。

    盲孔的部分就更麻煩了,由于孔接觸面積很小,因此對于介面間的導通狀況更加敏感。一般最容易發生的是雷射加工漏打,或者是能量變異造成的底面積不足或殘膠,當然也有可能是因為除膠渣不良所造成的導通不良缺點。圖5.16所示,就是典型加工不良造成的盲孔清潔不足缺點。

    孔型的問題,這又是另外一個頭痛的課題。對通孔而言,孔壁的品質直接影響后續的電鍍制程,尤其是孔壁的粗糙度以及幾維突出的問題。圖5.17就是典型的孔壁粗糙,所造成通孔品質問題范例。

    至于盲孔比較怕的是內部的葫蘆孔產生,因為葫蘆孔代表的是雷射加工能量配置不當,因而會造成后續的電鍍不良問題。一般而言,傳統的通孔都是變雙邊貫通的,但是盲孔卻因為單邊開口而會有藥液置換困難的問題。一般生產廠會采用不同的工具進行制程中的品質監測,借以保持應用的孔品質水準,圖5.18所示為典型的盲孔品質監測范例。

    一般生產流程中會利用顯微設備進行孔形的狀態觀察與管制,同時會對盲孔底部的殘留樹脂狀態進行監控以防止雷射加工的異常。另外在整體盲孔形狀的控制方面則會用所謂的輪廓儀進行孔形的非破壞性檢查。圖中的左邊所呈現的是盲孔真圓度的監控照片,中間的是盲孔底部的觀察狀況,圖右邊所呈現的是輪廓儀的監控結果。但比較可惜的是,這三種方式都沒有辦法觀察出盲孔頂部的孔緣長角問題,這方面的工作必須要用3D顯微鏡較為有效。

    至于對電鍍的影響,在電鍍的部分再作細部討論。由于孔型的不良,金屬化的程序碰到了困難,極容易發生金屬處理不良或應力集中所造成的信賴度問題。圖5.19所示,為雷射加工能量配置不當所產生的孔緣長角問題。

    孔偏的部分在通孔是屬于一般性的常識,并不準備在此多作討論。但是盲孔的部分則因為高密度的訴求,加上多次的加成制程都會使得盲孔孔偏容易發生。其中孔偏的部分又分為底部加工孔偏與頂部加工孔偏兩類,基本上這都與基板的尺寸漲縮以及對位所采用的基準系統有關。

    圖5.20所示,為典型的加工偏移范例。一般而言,通孔制程是以整片基板的各層對位整體配合度為考量,但是盲孔的部分只要是相領的兩層線路之間能夠進入對位的范圍,基本上就沒有問題了。

    至于其他的缺點,多數都與雷射加工能量及加工范圍有直接的關系。例如:加工的真圓度,常受到設定加工掃描范圍大小的影響。單次加工掃描范圍越大其邊緣的孔型偏橢圓的情況就越嚴重,這個部分雖然不一定會產生孔內品質的問題,但是對于高密度電路板(HDI PCB)產品的對位度而言就是一個大問題了。

    孔內無受損的部分,對通孔而言也是一種一般性的需求,但是對于盲孔而言又會產生不一樣的意義。因為雷射加工或感光成孔時,盲孔的底部會受到雷射散溢出來的能量或反彈的能量所攻擊,或者因為曝光、顯影的程序而產生盲孔底部的品質問題。

    如果雷射加工能量過高,以致介電質材料產生側面剝離的現象,則后續的濕制程處理就會有滲鍍的問題,會影響最終產品的信賴度。盲孔底部的銜接層,如果用過高的能量來加工,同樣也可能會因為能量轉移而打傷底部基材,造成板內空洞信賴度不良的問題,這些都是加工時應該注意的事情。

    孔的形成一直是電路板高密度化的重要議題,不論制作技術如何改變,以微孔導通進行不同金屬層的導通,會是一個持續被討論的話題。即使對于將來的光波導技術,微孔形成技術仍將是重要的指標技術不能不注意。

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