BGA微孔背钻毛刺堵孔改善研究

林友锟 张 军

（景旺电子科技（龙川）有限公司，广东 河源 517300）

0 前言

随着5G通信的推广应用，高速完整的信号传输特性对通信基站用印制电路板（PCB）的性能提出了新的要求。研究表明影响信号完整性的主要因素除设计、板材料、传输线、连接器和芯片封装等因素外、导通孔也起着重要作用[1]；目前业界主要通过设计背钻来减少导通孔“残桩效应”对信号传输的影响。球栅阵列封装（BGA）微孔背钻是背钻制程中难度最大的，其因孔小而密集，使用的钻头直径小，排屑困难，极容易产生毛刺堵孔的问题，成为业界背钻加工的瓶颈之一；本文以孔径为0.15 mm的BGA微孔为研究对象，围绕孔铜厚度、钻头直径、切削量和背钻深度进行研究论证，探索解决毛刺堵孔的最佳方案。

如图1所示，背钻毛刺堵孔是指在背钻孔尽头与通孔相交的位置，因排屑不良等原因，导致在通孔内部残留少量铜丝的现象，严重的会导致堵孔，在微孔背钻生产过程中极为常见。毛刺产生的原因主要有：（1）通孔直径小，镀铜后直径更小；（2）钻头直径小，排屑能力受到限制；（3）孔铜厚度大：为保证BGA质量，孔铜厚度一般大于20 μm，较难削断。

图1 背钻堵孔图

目前业界处理微孔背钻毛刺堵孔的方法主要有两种：（1）手工通孔：使用比孔径小的圆针，手动通孔；此法不但效率低，还存在二次加工的品质隐患（对孔壁孔铜可能会有损伤），同时还存在微孔通孔局限性； （2）高压通孔：使用高压气枪或高压水枪冲洗；此法虽然效率高，但是对成品孔径在0.15 mm以下的微孔通孔效果不明显，无法有效改善微孔毛刺堵孔问题。

由此可见，微孔堵孔后要进行有效的通孔补救，难度较大；改善微孔毛刺堵孔必须在其问题产生的源头，背钻加工中进行探索。

1 实验部分

1.1 背钻毛刺堵孔改善方向

针对以上原因，对孔径为0.15 mm背钻，设计4个影响因素：钻头直径、切削量（Chipload）、孔铜厚度、背钻深度进行试验设计，见表1所示。

表1 背钻披锋堵孔影响因素设计

1.2 流程设计

层压—钻孔—电镀铜—背钻—其他正常流程

1.3 背钻物料准备

背钻测试机台：A供应商钻孔机

背钻盖板：单面铝冷冲盖板

验孔机：高精度验孔机

测试板信息：

（1）Hi-TgFR-4，16层板，板厚2.4 mm

（2）按我厂钻孔参数，使用A供应商钻孔机进行一次钻孔，钻孔孔径0.2 mm （成品孔径0.15 mm），验孔后无堵孔。

（3）电镀后分四种孔铜厚度：孔铜≤25 μm、≤35 μm、≤40 μm、≤45 μm，验孔后无堵孔。

2 试验结果及分析

2.1 下钻转速对毛刺堵孔的影响

四种不同孔铜厚度的板，统计在两种切屑量情况下的背钻毛刺堵孔情况，见表2所示。

表2 两种切削量时背钻毛刺堵孔统计

如图2所示，孔铜厚度对毛刺堵孔影响明显，孔铜厚度越大，毛刺堵孔数越多。因孔铜较厚时，会导致钻孔排屑困难，从而引起毛刺堵孔。同时可看出，在切削量为27.5 μm/r时，因不能及时排屑，毛刺堵孔更为严重。

图2 两种切削量（Chipload）时各孔铜厚度下的毛刺堵孔情况

下一步试验在切削量为33.85 μm/r时条件下，其他影响因素的表现。

2.2 不同直径背钻钻头对毛刺堵孔的影响

在切削量为33.85 μm/r条件时，统计0.35 mm和0.40 mm两种背钻钻头钻孔的披锋堵孔数，结果如表3所示。

表3 使用两种背钻钻头毛刺堵孔统计表

如图3所示，在孔铜≤25 μm情况时，两种背钻钻头排屑效果良好，并无披锋堵孔情况；而在其他孔铜厚度下，0.4 mm直径背钻钻头因排屑槽较大，表现更为优秀，相反0.35 mm直径背钻钻头的堵孔数明显较多。

图3 两种钻头直径时各孔铜厚度下的毛刺堵孔情况

2.3 不同背钻深度下的毛刺堵孔情况

记录4种背钻深度下的毛刺堵孔情况，毛刺堵孔数统计见表4所示。

表4 切削量为33.85 μm/r时，0.35 mm和0.4 mm直径钻头钻孔堵孔情况表

如图4所示，在0.5 mm背钻深度下，堵孔情况相对较多，原因是电镀时，因深镀能力影响，一般孔口铜厚较大，相反在2.0 mm背钻深度下，堵孔最少。故在镀铜过程中要考虑深镀能力。

图4 钻头直径0.35 mm和0.4 mm时 各背钻深度下的毛刺堵孔数

在切削量为33.85 μm/r时，0.4 mm直径钻头钻出的背钻孔见图5所示。

图5 切削量为33.85 μm/r、0.4 mm直径钻头背钻切片图

3 总结

背钻时钻头直径、切削量、孔铜厚度和背钻深度对钻孔毛刺堵孔都有明显影响，主要表现在：

（1）钻孔时切削量过小会因排屑不及时而导致毛刺堵孔；

（2）在孔铜厚度≥25 μm 时，0.4 mm直径背钻钻头比0.35 mm直径背钻钻头钻孔表现更为优秀；

（3）孔铜较厚会因排屑困难而产生毛刺堵孔，孔铜越厚，毛刺堵孔数越多；

（4）0.5 mm背钻深度的毛刺堵孔情况因受电镀的深镀能力影响，通孔孔口铜厚比中部厚，故其毛刺堵孔情况较其他三种深度严重。

因此在背钻加工中，针对以上结果参考，选取合适的背钻加工参数，能够解决披锋堵孔问题或者降低背钻毛刺堵孔问题出现的概率。本次试验和解决问题的试验过程和结果是基于我公司内部的设备、物料、参数等开展，可能参数并不一定是最优参数组合，也可能存在其他影响因素，所以仅供参考。