馬 奕 彭 浪 胡新星 程 驕 陳國(guó)梁

［景旺電子科技（珠海）有限公司，廣東 珠海 519000］

0 引言

隨著信息科技朝著高頻、高速的方向發(fā)展，電子產(chǎn)品也逐漸實(shí)現(xiàn)輕薄化、多功能化，作為載體的印制電路板（printed circuit board，PCB），無論是材料研究還是生產(chǎn)加工都面臨著越來越大的挑戰(zhàn)。近年來，匹配高速產(chǎn)品的材料也層出不窮，要實(shí)現(xiàn)低的信號(hào)損耗與高的可靠性，一般的環(huán)氧樹脂體系材料已經(jīng)很難滿足需求，因此，材料廠商推出了以聚苯醚（polyphenylene oxide，PPO）為樹脂體系的材料。這種材料能夠滿足高速產(chǎn)品的需求，而且可以做到更高層別，因此從面世以來受到了行業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。

1 PPO內(nèi)層連接不良的問題分析

1.1 PPO的特性

聚苯醚的分子結(jié)構(gòu)式如圖1 所示。PPO 結(jié)構(gòu)中含有兩個(gè)具有疏水性能的甲基，使PPO 具有極低的吸水率和較好的電絕緣性能，也使其產(chǎn)品具備更加優(yōu)異的可靠性。PPO 結(jié)構(gòu)中不含有任何極性的基團(tuán)，使其具有極低的介電常數(shù)和介電損耗，這也是PPO在高速材料中被大量使用的主要原因。PPO 的分子結(jié)構(gòu)主要由大量的酚基芳香環(huán)構(gòu)成，其分子鏈?zhǔn)址€(wěn)定，導(dǎo)致PPO 具有較高的熔點(diǎn)和黏度，但流動(dòng)性也相對(duì)更低，硬度較高。這些特性雖然能保持PCB 在成型后不會(huì)由于材料的再結(jié)晶而引起尺寸變化，但也給加工過程帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

圖1 聚苯醚的分子結(jié)構(gòu)

1.2 內(nèi)層連接不良分析

在PCB 生產(chǎn)加工過程中，材料鉆孔后會(huì)在孔壁產(chǎn)生膠渣，膠渣去除不干凈會(huì)導(dǎo)致如圖2 所示的現(xiàn)象。這種孔銅和內(nèi)層連接不良（inner connection defect，ICD）的問題會(huì)造成開路，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的可靠性。

圖2 ICD不良切片

ICD 的產(chǎn)生是材料特性、鉆孔質(zhì)量、除膠效果等多種因素共同作用產(chǎn)生的結(jié)果，產(chǎn)生ICD 的因素分析見表1。

表1 產(chǎn)生ICD的因素分析

從人、機(jī)、物、法、環(huán)對(duì)ICD 產(chǎn)生的問題進(jìn)行分析可知，PPO 材料難以除膠是由材料特性決定的。因此，ICD 問題需要通過優(yōu)化鉆孔參數(shù)、除膠參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)分析和改善。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)物料、設(shè)備、儀器

主要物料：PPO 板材A（板厚3.2 mm）、雙刃單槽鉆頭、涂層鉆頭。主要設(shè)備：Schmoll 鉆機(jī)、March等離子機(jī)、Axioscope金相顯微鏡。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和方案

本次試驗(yàn)主要針對(duì)鉆孔參數(shù)以及等離子參數(shù)對(duì)ICD的影響進(jìn)行了研究，試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見表2。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

針對(duì)以上設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)5 種方案進(jìn)行對(duì)比研究，具體方案見表3。

表3 等離子除膠試驗(yàn)方案

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 鉆孔參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果分析

經(jīng)過大量的切片測(cè)試發(fā)現(xiàn)，不同鉆孔參數(shù)下的釘頭和孔壁粗糙度結(jié)果均合格且無明顯差別，而2 種鉆頭的結(jié)果有一定的差異性，具體結(jié)果見表4和圖3。

表4 不同試驗(yàn)條件下的ICD比例單位：%

圖3 不同鉆孔參數(shù)下的孔壁質(zhì)量

由圖3 和表4 可見，在鉆PPO 材料的板材時(shí)，使用鍍膜涂層鉆刀的成孔質(zhì)量?jī)?yōu)于雙刃單槽鉆刀，鍍膜涂層鉆刀可以明顯降低ICD 問題發(fā)生的頻率。在除膠時(shí)間為40 min 時(shí)，只有鉆孔參數(shù)2 搭配鍍膜涂層鉆刀未出現(xiàn)ICD 現(xiàn)象，其他參數(shù)均出現(xiàn)ICD 現(xiàn)象。隨著除膠時(shí)間增加至60 min，鉆孔參數(shù)2 無論搭配哪一種鉆刀都未出現(xiàn)ICD 現(xiàn)象，而鉆孔參數(shù)1 需要除膠時(shí)間增加至80 min，才徹底無ICD 現(xiàn)象產(chǎn)生。由不同試驗(yàn)條件下的ICD 比例可知，鍍膜涂層鉆刀出現(xiàn)ICD 的比例低于雙刃單槽鉆刀，鉆孔參數(shù)2 出現(xiàn)ICD 的比例低于鉆孔參數(shù)1。

3.2 等離子除膠試驗(yàn)結(jié)果分析

3.2.1 除膠時(shí)間對(duì)除膠量的影響

通過測(cè)量大量切片孔口與孔中凹蝕量，取均值計(jì)算，分析除膠時(shí)間對(duì)除膠量的影響，如圖4所示。

圖4 除膠時(shí)間對(duì)除膠量的影響

由圖4 可知，當(dāng)除膠面積不變，除膠時(shí)間從40 min 增加至60 min 時(shí)，對(duì)應(yīng)的切片孔口凹蝕量的均值從2.9 μm 增大至4.4 μm，時(shí)間增加至 80 min 時(shí)，也有同等的對(duì)應(yīng)變化。隨著除膠時(shí)間的增加，除膠凹蝕量近似地呈線性增加。

3.2.2 除膠面積對(duì)除膠量的影響

當(dāng)除膠時(shí)間不變時(shí)，驗(yàn)證除膠面積對(duì)除膠量的影響，見表5和圖5。

表5 除膠面積對(duì)除膠量的影響

圖5 除膠面積對(duì)除膠量的影響

由圖5 可知，當(dāng)除膠時(shí)間不變，除膠面積從4.9×106mm2降低至3.66×106mm2時(shí)，相對(duì)應(yīng)的切片孔口凹蝕量均值從2.9 μm 增加至7.1 μm。隨著除膠面積的逐漸降低，對(duì)應(yīng)的切片孔口凹蝕量逐漸增加。隨著除膠面積的降低，除膠凹蝕量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。

3.2.3 除膠時(shí)間、除膠面積對(duì)除膠量的影響

除膠時(shí)間、除膠面積對(duì)除膠量的影響如圖6和表6所示。

表6 除膠時(shí)間、除膠面積對(duì)除膠量的影響

圖6 除膠時(shí)間、除膠面積對(duì)除膠量的影響

在實(shí)際生產(chǎn)中，為保證品質(zhì)，需優(yōu)先確?？字幸欢ǖ陌嘉g量，在此前提下，結(jié)合上述2 組的測(cè)試結(jié)果，驗(yàn)證除膠時(shí)間與除膠面積的關(guān)系如下：

（1）由圖6可見，除膠量基本保持穩(wěn)定。

（2）由表6 可見，除膠面積減少，相應(yīng)的除膠時(shí)間也會(huì)減少。

由此可以證明，當(dāng)除膠面積增加時(shí)，相應(yīng)地延長(zhǎng)除膠時(shí)間，可以保證除膠量的穩(wěn)定。除膠量與除膠時(shí)間成正比，與除膠面積成反比。

4 結(jié)論

經(jīng)過以上的測(cè)試和分析，得出對(duì)于改善ICD問題的建議如下。

（1）優(yōu)化鉆孔參數(shù)。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，鉆孔參數(shù)2（高轉(zhuǎn)速、高落速）優(yōu)于鉆孔參數(shù)1（低轉(zhuǎn)速、低落速），鍍膜涂層鉆刀優(yōu)于雙刃單槽鉆刀。

（2）優(yōu)化除膠參數(shù)。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，建議孔中凹蝕量控制在2～4 μm，根據(jù)除膠時(shí)間及除膠面積的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過計(jì)算除膠面積，確定對(duì)應(yīng)的等離子除膠參數(shù)。

以上改善建議是在有限條件下設(shè)計(jì)方案得出的結(jié)論，僅供同行參考。針對(duì)ICD 問題可能涉及的其他影響因素，如等離子除膠參數(shù)與凹蝕量、除膠時(shí)間以及除膠面積的線性關(guān)系等，還需進(jìn)一步研究。