陳于春 黃 蕾（深南電路有限公司，廣東 深圳 518053）

等離子設(shè)備加工高厚徑比產(chǎn)品工藝研究

陳于春 黃 蕾
（深南電路有限公司，廣東 深圳 518053）

文章通過對孔壁平均去鉆污量的數(shù)據(jù)分析，研究了厚徑比與孔壁平均去鉆污量的規(guī)律，初步界定了等離子去鉆污加工高厚徑比的能力。通過對等離子去鉆污均勻性的控制，控制平均去鉆污量，從而得到高厚徑比產(chǎn)品穩(wěn)定加工品質(zhì)。

等離子去鉆污；均勻性；高厚徑比

1 前言

由于高頻高速用印制板產(chǎn)品難以通過化學(xué)的方法進(jìn)行孔壁處理，等離子去鉆污是目前較好的彌補(bǔ)手段[1]。然而等離子去鉆污工藝加工不同板厚、孔徑的板件時(shí)，產(chǎn)生的等離子體對孔壁的去鉆污效果也會(huì)相應(yīng)的變化。本文以孔壁平均去鉆污量為標(biāo)準(zhǔn)，通過對不同板厚、不同厚徑比的板件進(jìn)行研究。分析了等離子去鉆污效果的變化規(guī)律，給出了4.0 mm以下的高厚徑比產(chǎn)品加工方法。

按目前PCB業(yè)界的去鉆污標(biāo)準(zhǔn)，一般控制在0.15 mg/cm2～ 0.6 mg/cm2之間。因此，為確保產(chǎn)品的平均去鉆污量，去鉆污均勻性是一個(gè)重要因子，需重點(diǎn)控制。然而目前各廠家對等離子去鉆污設(shè)備均勻性研究較少，缺少文件參考。本文通過實(shí)驗(yàn)評估得到了部分結(jié)論，供相關(guān)同仁參考。

2 等離子原理分析

等離子體，即：混合氣相體，通常稱作物質(zhì)的第四種狀態(tài)，由中子、高物理特性和化學(xué)反應(yīng)性帶電粒子和中性粒子（包括原子、離子和自由粒子）混合而成。電場中所有的電子都會(huì)由于電勢差而沿正極方向被加速，當(dāng)電子與分子或原子發(fā)生非彈性碰撞時(shí)相互之間就會(huì)傳遞能量。如果自由電子的速度很高，其具有的動(dòng)能大于分子或原子與它們自身外層電子之間的結(jié)合能時(shí)，外層電子就會(huì)逸出從而發(fā)生電離。帶電離子在電場的作用下進(jìn)入孔內(nèi)，在正常加工的情況下，離子的速率和密度可以認(rèn)為是穩(wěn)定不變的。

如圖1所示，孔直徑為D、板厚為L。

圖1 孔結(jié)構(gòu)圖

單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入孔內(nèi)的帶電離子的數(shù)量與孔的截面積（πD2/4） 成正比。

需要去鉆污的面積為孔壁面積：πDL。

從以上兩個(gè)公式不難得出，孔徑d越小，帶電離子進(jìn)入孔內(nèi)的機(jī)會(huì)越少，同樣板厚L越大，需要的反應(yīng)離子越多。板厚和孔徑兩個(gè)因素都應(yīng)該考慮在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)范疇內(nèi)。

3 根據(jù)原理分析，通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對等離子設(shè)備加工高厚徑比產(chǎn)品進(jìn)行評估

3.1 簡要評估過程

通過稱重法取得不同板厚和孔徑的板件孔壁平均去鉆污量。如圖2所示，在不同板厚板件上，鉆出不同孔徑的BGA區(qū)域，并沿周圍銑槽，銑掉的試片烘干并分別稱重，然后用高溫膠帶包裹試片四邊樹脂面，再嵌回板中，做等離子去鉆污，模擬板件加工的真實(shí)情形。加工完畢后重新烘干并稱重，結(jié)合試片的孔壁總樹脂面積，可以計(jì)算試片的孔壁平均去鉆污量。

圖2 實(shí)驗(yàn)板設(shè)計(jì)圖

試片有效樹脂面積S=πxd（孔徑）×L（板厚）×N（孔數(shù)），試片去鉆污量W=W1（去鉆污前稱重）–W2（去鉆污后稱重），試片孔壁平均去鉆污量為W/S。

設(shè)計(jì)板件檔案號分別為2YF2591、2YF2592、2YF2593及2YF2594，板件厚度分別為1.0 mm，2.0 mm，3.0 mm及4.0 mm，最小孔徑均為0.25 mm。材料為高Tg填料板材。等離子參數(shù)如表1。

表1 等離子設(shè)備參數(shù)表

等離子去鉆污時(shí)間為15 min，氣體比例按表2設(shè)計(jì)。

表2 等離子氣體比例表

業(yè)界去鉆污量控制在0.15 mg/cm2～ 0.6 mg/cm2，本次實(shí)驗(yàn)期望將去鉆污量控制在0.2 mg/cm2～ 0.5 mg/cm2之間，以保證加工產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定。

3.2 評估結(jié)果

不同厚徑比試片孔壁平均去鉆污量數(shù)據(jù)（去鉆污量單位mg/cm2），如表3。

表3 去鉆污實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

不同厚徑比試片孔壁平均去鉆污量關(guān)系曲線如圖3。

圖3 去鉆污與厚徑比關(guān)系表

結(jié)論：

（1）板厚一定的情況下，厚徑比越大（孔徑越?。┤ャ@污量越小。

（2）相同厚徑比的情況下，板厚越大去鉆污量越小。

此兩點(diǎn)結(jié)論完全符合理論計(jì)算。

（3）從上圖數(shù)據(jù)可以看出，板厚4.0 mm產(chǎn)品的曲線跨度最大，但平均去鉆污量仍能控制在0.253 mg/cm2～ 0.369 mg/cm2之間。此數(shù)據(jù)支持了利用等離子加工板厚4.0 mm，16:1的產(chǎn)品具有可實(shí)現(xiàn)性。但上述實(shí)驗(yàn)未考慮等離子腔體均勻性的影響，故需要提升等離子去鉆污均勻性以滿足去鉆污量的要求。

4 等離子均勻性研究

4.1 均勻性測試方法

（1）取三片測試用廢板，每塊板如圖4所示銑出與試片同樣大小的9個(gè)槽；

（2）依編號順序?qū)⒃嚻来吻度氩蹆?nèi)，模擬板件實(shí)際去鉆污效果；

（3）將試板如下圖5所示裝入等離子設(shè)備左中右三個(gè)腔內(nèi)，其它腔裝入廢板；

（4）均勻性公式：1-(最大值-最小值)/2×平均值。

圖4 試片擺放圖

圖5 實(shí)驗(yàn)板擺放圖

按以上方法進(jìn)行測試，目前腔體均勻性控制在55%～70%之間，也就意味著有可能均勻性會(huì)導(dǎo)致去鉆污量的公差擴(kuò)大一倍。降低了操作的安全窗口，因此需要提升。

筆者通過對等離子設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行DOE實(shí)驗(yàn)，通過改變電極能力、反應(yīng)溫度、氣體流量等參數(shù)均未能有效提升去鉆污的均勻性。業(yè)界已經(jīng)反復(fù)研究過，再此不做贅述。

4.2 設(shè)備工作原理分析

等離子設(shè)備工作時(shí)氣體流動(dòng)方向如下，靠近供氣口（外側(cè)）位置更容易接觸到供給的反應(yīng)氣體，理論上去鉆污量較大（如示意圖6分析）。從氣體流動(dòng)方向可大致判斷去鉆污結(jié)果應(yīng)該存在差異，這種差異需要用科學(xué)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并得到結(jié)論。

圖6 氣體流動(dòng)示意圖

4.3 等離子設(shè)備均勻性數(shù)據(jù)分析

表4 等離子去鉆污均勻性數(shù)據(jù)

如圖7、圖8綜合分析，外側(cè)去鉆污量在每塊板上體現(xiàn)的結(jié)果都大于內(nèi)側(cè)。上方都大于下方。

圖7 去鉆量內(nèi)外側(cè)數(shù)據(jù)分布圖

圖8 去鉆量上中下位置數(shù)據(jù)分布圖

內(nèi)外側(cè)分析，從每塊板和所有板平均看，都有明顯的外側(cè)大于內(nèi)側(cè)的趨勢。

上部、中部、下部分析也存在明顯的規(guī)律性。

從上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出初步結(jié)論，去鉆污均勻性和氣體的流向及流量存在較大的關(guān)聯(lián)，因此希望通過改變氣體的均勻性而改善去鉆污的均勻性。

改善后測試板去鉆污結(jié)果如表5：

在抽氣口前增加鉆孔隔板，將腔體一分為二，改變生產(chǎn)腔的氣體流動(dòng)均勻性。

改善后均勻性數(shù)據(jù)：（抽取3腔進(jìn)行均勻性分析）至此去鉆污均勻性得到了提升。

表5

5 研究結(jié)論

（1）目前針對材料去鉆污量一般控制在0.15 mg/cm2～0.6 mg/cm2（去鉆污試片分析），而使用等離子去鉆污加工厚徑比16:1板件（板厚≤4.0 mm），孔壁平均去鉆污量可以控制在0.2 mg/cm2～ 0.5 mg/cm2之間，完全可以滿足生產(chǎn)需求。這表明等離子去鉆污工藝完全具有16:1高厚徑比板件加工能力。

（2）通過對等離子設(shè)備腔體均與性的研究，等離子設(shè)備去鉆污均勻性能夠達(dá)到85%，保證了板件在腔體不同位置的去鉆污量不會(huì)超出或低于管控值，能得到較好的產(chǎn)品質(zhì)量。

（3）本文的研究對象為一種高Tg型填料材料，不同材料去鉆污量稍有差異，需要分開研究參數(shù)。

[1]倪乾峰,袁正希. 等離子體在PCB工藝中的各凹蝕因素交互作用分析[J]. 印制電路信息, 2009,11.

陳于春，工程碩士，PCB事業(yè)部副總經(jīng)理。

黃蕾，技術(shù)部工程師。

更 正

2014年7月刊P54，深南電路有限公司的劉慶輝、金洪建《印制電路板COD類廢水處理技術(shù)探討》一文中，有幾處更改，如下：

（1）P55表1，Cu2+的單位為：mg/l

（2）P56公式正確的應(yīng)為：COD降解率(%)=[(原水COD值－處理后COD值)÷原水COD值]×100%，

（3）P57，第三行：“好氧池要控制號曝氣量”，改為“好氧池要控制好曝氣量”。

本刊編輯部

2014年8月

Plasma desmear for high aspect ratio PCB

CHEN Yu-chun HUANG lei

This paper showed the control rules of average desmear volume with different aspect ratio by mass hole wall desmear data, and grasped the plasma process capability against the high aspect ratio through hole. It can obtain steady result for high aspect ratio board through hole process quality by controlling the plasma process uniformity.

Plasma Desmear; Evenness; High Aspect Ratio

TN41

A

1009-0096（2014）08-0028-04