阻焊塞孔工艺改善

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1、-45- 短评与介绍 Short Comment plug hol aluminum sheet; plug hol screen printing; postcure PCB板中导通孔（Via Hole）主要用于层与层之间 的导通，过去对导通孔的阻焊制作没有特别要求，但 随着电子产品向“轻、薄、短、小”方向发展，PCB 的密度也越来越高，特别是SMT、BGA、QFP等封装 技术的发展，客户在贴装元器件时提出了Via Hole阻焊 塞孔的要求。导通孔实施阻焊塞孔主要有以下作用： （1）防止PCB板在插装元件后过波峰焊时，锡 从导通孔贯穿到元件面造成短路； （2）可以有效地解决焊接过程中助焊剂残

2、留在 导通孔内的问题，提高产品安全性能； （3）客户元件装配完成后在测试机上形成真空 负压状态； （4）预防表面锡膏流入孔内造成虚焊，影响贴装； （5）杜绝导通孔内产生锡珠，避免了PCB过回 流焊时锡珠弹出造成的短路。 1 现状分析 1.1 阻焊塞孔工艺介绍 导通孔阻焊塞孔一般包含塞孔、印板面阻焊、 预烘、曝光、显影、后固化。工艺流程长，过程控 制困难，产品质量难以保证。 塞孔工艺与一般的阻焊工艺比较，除网印塞孔 与后固化有所不同外，其余过程没有什么两样，因 此控制网印塞孔与后固化是阻焊塞孔工艺的关键。 阻焊塞孔网印大致有两种方式：（1）采用铝片 版塞孔，其优点是塞孔时铝片变形小，网印时对位

3、准确，但流程较长，生产效率较低；（2）常用的方 式是用网点网印，塞孔油墨通过丝网漏印的方式进 入孔内，该方法的好处是板面阻焊与塞孔阻焊同时 网印，生产效率较高，但由于丝网在印刷过程中变 形较大，对位不易控制，如丝网制作时其补偿量控 制不好，或操作人员在印刷过程中控制不到位，很 容易出现导通孔塞不饱满的问题。我公司采用铝片 版进行阻焊网印塞孔。 后固化主要控制后固化温度与时间，塞孔板采 用分段固化，未塞孔板一般采用一段固化方式。 1.2 存在的问题 我公司进行阻焊塞孔工艺生产已有好几年的 表面涂覆 Surface Finish 印制电路信息 2010 No.2 -46- 短评与介绍 Short

4、Comment & Introduction 历史，通过几年的努力，塞孔质量已得到了很大提 升，但还是存在一些问题，无法满足一些高要求的 客户要求。存在的问题有： （1）过孔塞孔饱满度差，孔口出现露铜发红现象 （图1、图2）。 图1 孔口发红 图2 塞孔不饱满切片图 （2）塞孔处不平整，BGA封装处油墨凹凸不 平，影响客户封装（图3）。 图3 BGA封装处油墨高于表贴 （3）过孔塞孔后孔口油墨在热风整平后出现阻 焊起泡、剥离的现象（图4）。 图4 导通孔孔边阻焊剝离 1.3 目前的工艺手段 1.3.1 网印塞孔 （1）塞孔铝片版：采用与钻孔刀具一样大的钻 头钻漏印孔。 （2）网印塞孔操作：没有

5、明确塞孔时的具体要 求，操作员在网印塞孔时无章可循。 1.3.2 后固化 后固化参数：80 烘30min，120 烘30 min， 再150 烘60 min。 2 原因分析与改善措施 我们将以上存在的三种质量问题，从成因、机 理上进行分析，并最终确定改善措施。 2.1 过孔塞孔饱满度差，孔口出现露铜发红 原因分析及改善措施 （1）原因分析。塞孔油墨量不足，导致过孔 有些部位没有阻焊油墨，后固化后过孔的部分表面 露铜。在网印塞孔时，需塞孔的导通孔，一般会有 两种情形，导通孔孔径相同或相近；导通孔孔 径相差比较大。导通孔越小，塞孔时阻焊油墨受到 的阻力就越大，孔不易塞饱满；塞孔铝片版上漏 印的孔越

6、小，下油量也越小，也就有可能无法将孔 塞满；反之，如果导通孔较大，铝片版上的漏印孔 大，则有利于将孔塞饱满。 （2）改善措施。根据以上分析，我们需对钻孔铝 片孔径大小进行改进，对塞孔网印操作进行规范。 2.2 塞孔处不平整，BGA封装处过孔孔边油 墨凹凸不平的原因分析及改善措施 （1）原因分析。跟进生产过程，我们发现， 阻焊塞孔板在显影后没有发现导通孔孔边不平整的 问题，该问题发生在阻焊油墨后固化之后。进一步 的分析研究表明，之所以出现塞孔孔边阻焊不平 整，其根本原因是塞孔阻焊油墨内挥发性物质在高 温固化时发生膨胀，将孔内油墨推离，使之流到孔 边形成堆积。为了便于印刷，制造商在生产阻焊油 墨时

7、，在其中添加了溶剂（该物质是一种极易挥发 的物质），因此在油墨高温固化前，必须使孔内阻 焊油墨内的溶剂尽可能挥发干净。通常的办法就是 表面涂覆 Surface Finish -47- 短评与介绍 Short Comment & Introduction印制电路信息 2010 No.2 通过低温烘烤将溶剂挥发掉。我们现有的后固化参 数，有低温固化段，但低温段时间过短，阻焊油墨 内的溶剂还没有完全挥发，就进入了高温固化，导 致孔内阻焊油墨内的溶剂气化发生膨胀，膨胀的气 体将孔内油墨推离，使之流到孔边形成堆积。 （2）改善措施。修改后固化参数，适当延长低 温固化时间，在高温固化前尽可能减少导通孔内阻

8、 焊油墨的挥发性物质。 2.3 热风整平后塞孔处孔口阻焊起泡、剥离 （1）原因分析。不考虑阻焊油墨本身的因素， 一般会有两种情形会导致阻焊油墨起泡、剥离。 铜面前处理不良，铜面与阻焊油墨结合力不佳； 阻焊油墨固化不足，导致阻焊油墨耐热性降低。由 于相同的前处理条件下生产出来的板，如过孔只做 阻焊油墨覆盖则没有出现阻焊起泡、剥离，因此第 一种原因可以排除。出现阻焊起泡、剥离的原因很 可能是油墨固化不足引起的。采用阻焊油墨塞孔工 艺的孔边油墨厚度比采用过孔覆盖工艺的孔边油墨 要厚，如果塞孔板与其他正常工艺板的后固化高温 参数一样，很有可能其孔边的油墨不能完全固化。 （2）改善措施。考虑到塞孔工艺的

9、特性，修改 后固化高温段的参数，使孔边阻焊油墨彻底固化。 2.4 最终的改善措施 2.4.1 新老工艺对比 通过大量的试验，我们确定了阻焊塞孔工艺的 最终改善方案，见表1。 2.4.2 新旧工艺差异分析 新旧工艺除了表中所列举的部分有所不同外， 其余没有区别，从表1中我们可以发觉，新旧工艺的 差异。 （1）塞孔铝片。原方法：塞孔铝片漏印孔直 径根据导通孔的大小来确定，导通孔越大，漏印孔 也越大。新方法：塞孔铝片漏印孔不完全按照导通 孔的大小来确定。并且规定了塞孔孔径相差不同的 采用不一样的制作方式。当导通孔孔径较相差较大 时，按原方法进行塞孔，往往会出现大小两种孔径 的导通孔阻焊油墨塞的饱满度

10、无法接近,新的方法很 好的解决了这一难题。 （2）网印塞孔规范。原方法由于对网印塞孔没 有明确规定，员工操作随意性大；新方法对一些关 键步骤进行了规定，使员工有章可循，保证了品质 的稳定性。 （3）后固化参数。温度没有改变，但时间均有 所延长。 3 试验验证 我们按照改善后的工艺方案对六种塞孔要求较 高的板进行了试生产，这六款板有BGA过孔，有微 小过孔（0.2 mm），有孔径相差较大的过孔（相差 达0.2 mm），但都要求过孔阻焊塞孔饱满度在90% 以上。实验结果表面按新的工艺手段生产出来的板 均满足客户要求。过孔塞孔饱满，孔边没有明显的 露铜发红，过孔孔边油墨平整，热冲击试验也没有 出现孔

11、边阻焊起泡或脱落的问题，完全达到预期目 标。具体情况见图5图10。 （1）塞孔孔径相同或相近的过孔塞孔； （2）微小孔的塞孔； （3）孔径相差较大的塞孔； （4）塞孔后孔边油墨平整无堆积； 表1 工艺改善表 过程 项点 原工艺参数（操作规范） 新工艺参数（操作规范） 网印 塞孔 漏印孔与导通孔钻孔刀具一样大 1.导通孔直径相差0.1mm，漏印孔全部改为同一种尺寸。 塞孔 铝片 2.导通孔直径相差0.1mm，大孔的漏印孔尺寸小一些，小孔的 漏印孔尺寸需大一些。 网印 没有明确规定。 1.规定在网印塞孔时必须一刀塞满。不容许连续刮多刀。 塞孔 2.塞孔的饱满度以孔背面的油墨刚好露出板面为标准。 规

12、范 3.刮刀角度：孔径在0.3mm以下，刮刀角度为15左右，孔径在 0.3mm以上的刮刀角度为10左右。 后固 后固 第一段：温度80 ，时间30min； 第一段：温度80 ，时间60min； 化 化参 第二段：温度120 ，时间30min； 第二段：温度120 ，时间60min； 数 第三段：温度150 ，时间60min； 第三段：温度150 ，时间90min； 表面涂覆 Surface Finish 印制电路信息 2010 No.2 -48- 短评与介绍 Short Comment & Introduction （5）塞孔饱满度在90%以上。 图5 孔径相同的塞孔效果 图6 孔径相近的塞孔

13、效果 图7 微小孔的塞孔效果 图8 孔径相差较大的塞孔效果 图9 塞孔孔边平整效果图 图10 塞孔饱满度切片图 4 结语 通过这次改善活动，基本上解决了困挠我们很 久的阻焊塞孔质量不稳定问题，为公司生产高难度 阻焊板打下了基础，本次的试验给我们以下启示。 （1）阻焊塞孔控制的关键在网印塞孔及后固化 的参数设定上。 （2）塞孔铝片版的漏印孔制作对网印塞孔至关 重要，微小孔的漏印孔以（0.4 0.45）mm比较合 适；当过孔孔径相近时可采用相同大小的漏印孔进 行网印塞孔；当过孔孔径相差较大时，宜采用不同 大小的漏印孔进行网印塞孔，且大的过孔的漏印孔 应比小过孔的漏印孔小，以保证同一块板上不同孔 径的过孔塞孔的饱满度能基本一致。 （3）网印塞孔时，应一次就将孔塞满，不能连 续多次刮印，以避免将空气刮入塞孔阻焊中；塞孔 时，还应注意刮刀角度，大孔角度宜小，小孔角度 应适当加大。 （4）后固化时，低温固化时间需充分，以便阻 焊油墨中的挥发物能充分挥发，避免高温固化时因 挥发物受热膨胀，导致阻焊油墨流出；高温时间也 应适当延长，使孔边阻焊油墨彻底固化，避免孔边 阻焊油墨起泡或剥离。PCI 表面涂覆 Surface Finish