台阶插件孔印制电路板加工工艺研究

孙洋强 邓 岚 杨海军 张仁军 王 素 胡志强

（四川英创力电子科技股份有限公司，四川 遂宁 629000）

0 前言

随着电子产品的普及和广泛应用，印制电路板（PCB）的生产和制造技术也不断更新和发展，现代电子产品向高密度化、小型化、高频化的方向发展。PCB设计也发生了变化，部分产品开始引入台阶插件孔的设计。用以安装元器件，提高产品集成度或达到信号的屏蔽作用。

PCB板上的台阶插件孔一般用于焊接元器件，使其与台阶插件孔底部露出的图形形成导通。因此对台阶插件孔底部的溢胶量及孔内残胶要求严格。而现在高频材料使用的大部分为流胶半固化片（PP），对于高频材料的PCB板，溢胶量控制、除胶成为其加工难点。本文以一款8层高频台阶插件孔板作为对象，研究PP钻孔开窗大小以及台阶插件孔除胶方式对台阶插件孔质量的影响，制作出符合产品需求的台阶插件孔板。

1 产品描述

本文研制的台阶插件孔印制板，主要针对台阶插件孔进行关键技术点开发和制造工艺研究。主要特点为使用高频基材生产制作具有高速、大容量、性能高的产品，台阶插件孔设计为L1-L3层，将L3层图形直接露出，该产品压合结构如图1所示。

图1 产品叠层示意图

如图1所示，台阶插件孔导通L1-L3层，且盲孔内不填充树脂。这种结构露出了L3层线路中的连接盘（pad），让高频信号可以从内层发射到板外。台阶插件孔印制板结构明细如表1所示。

表1 台阶插件孔印制板结构明细表

2 工艺流程

如上结构描述，台阶插件孔位于L1-L3层。为实现这一台阶插件孔结构，笔者采用的方法为在L1-L2层内层芯板的加工过程中，蚀刻后在台阶孔位置先钻出台阶孔。同时将L2-L3层之间压合需要的叠层PP也钻孔处理，钻孔位置与L1-L2层芯板钻孔位置一一对应。压合完成后将台阶插件孔孔内的溢胶去除从而得到符合要求的台阶插件孔板。PP钻孔的大小以及压合后除胶的方法将在以下具体论述。压合台阶槽盲孔板的加工流程如图2所示。

图2 产品流程设计图

3 实验设计

本文中台阶插件孔板的主要加工难点在于控制压合后台阶插件孔孔内的溢胶量以及去除压合后台阶插件孔孔内的溢胶。故而笔者从PP钻孔大小方面研究台阶插件孔孔内的溢胶情况，以压合后台阶插件孔孔内的溢胶情况作为表征。压合后盲孔孔内溢胶的去除方式使用碱性高锰酸钾除胶+等离子体除胶、激光除胶两种方式对比除胶效果。

3.1 PP开窗尺寸

本文中采用机械钻孔方式，钻孔时PP的叠层数量为4张。考虑PP的材质较为柔软，钻孔前将PP夹在FR-4辅助光板中间（FR-4光板厚度为0.5 mm），美纹胶带固定，调整钻机参数，然后进行机械钻孔。

考虑PP开窗尺寸对溢胶量的影响，选择不同开窗尺寸大小对比进行测试。本文中成品台阶插件孔孔径要求为0.5 mm，L1-L2层芯板台阶孔钻孔孔径为0.6 mm（见表2所示）。

表2 PP开窗尺寸数据表

3.2 除胶方式实验方案

台阶插件孔生产板在生产制造过程中，为有效的露出L3层图形，与台阶插件孔形成导通。需对台阶孔底部进行有效全面的除胶，且不能伤及底部L3层图形。针对除胶方式，设计了碱性高锰酸钾除胶+等离子体除胶、激光除胶两种除胶方式进行测试。压合前的PP钻孔大小采用前次实验中的最佳结果。表3为除胶方式实验的两种方案具体除胶过程说明。

表3 除胶方式方案具体信息表

4 实验结果

4.1 PP开窗大小实验结果

将PP钻孔开窗大小较L1-L2层芯板上的台阶孔钻孔孔径分别加大0 mm、0.1 mm、0.2 mm、0.3 mm、0.4 mm进行机械钻孔。钻孔后将PP与内层芯板叠板压合，压合后不经过除胶处理，直接将台阶插件孔板进行沉铜电镀。所得到的台阶插件孔用切片分析其质量，所得到的切片效果如图3所示。从图3中可以看出，随着PP钻孔开窗大小的加大，台阶插件孔孔内的溢胶情况逐渐减少。当PP钻孔开窗大小较L1-L2层芯板台阶孔钻孔孔径大0～0.2 mm时，台阶孔孔内溢胶量较大，该位置L1-L3层未实现导通。当PP钻孔开窗大小较L1-L2层芯板台阶孔钻孔孔径大0.3 mm时，台阶孔L1-L3层已经实现导通但是台阶孔孔内仍有少量溢胶。当PP开窗大小进一步加大，台阶孔孔内不仅有少量溢胶存在，但是台阶孔孔壁还出现了凹陷，台阶孔的可靠性变差。从以上结果分析可知，PP钻孔开窗大小较L1-L2层芯板台阶孔钻孔孔径大0.3 mm为最佳效果。但是此时压合后台阶插件孔孔内还有少量溢胶存在，压合后必须进行除胶处理才能得到良好的台阶插件孔。

图3 台阶插件孔压合电镀后切片

4.2 除胶方式结果

采用以上实验结果中的较佳参数对PP进行钻孔开窗，然后将PP与芯板进行叠层压合，压合得到台阶插件孔板后用碱性高锰酸钾药水+等离子体除胶、激光除胶等两种方式分别去除台阶插件孔内的溢胶。除胶后进行沉铜电镀。对电镀后的台阶插件孔进行切片，结果如图4所示。

图4 台阶插件孔除胶电镀后切片图

从图4明显看出，经过碱性高锰酸钾+等离子体除胶之后，台阶插件孔的形状不规则且孔壁有过蚀产生的凹陷。而激光除胶后，台阶孔孔底的溢胶完全去除，台阶插件孔质量较佳。

5 结论

本文以L1-L2层芯板钻台阶插件孔、L2-L3层之间压合PP对应位置钻孔。经过压合得到需要的L1-L3层台阶插件孔。经过以上一系列的实验测试，最终获得了最佳的高频台阶插件孔板的加工参数，其中PP钻孔开窗大小以较L1-L2层芯板钻孔孔径加大0.3 mm为最佳。压合完成后，采用激光除胶的方式可以去除孔内溢胶获得质量较佳,最终获得高频台阶插件孔板。