Research on the Application ofDrilling with Liquid Deburr Film

WEIMeixiao LIU Yi LI Jingtao YIN Dawei ZHANG Lunqiang HUANG Yunzhong

（Shenzhen Newccess Industrial Co.，Ltd.）

Abstract：Withtherapiddevelopmentof theEthernet，bigdata，smart phones，andartificial inteligence，higher requirements are put forward for PCB. The high multi-layer PCB （board thickness _i≥3.5mm ）may have PCB warping， poor surfaceflatness，height diferences，and other issues due to designand manufacturing processes.The rigid-flex board （R-FPCB）combines flexible circuit boardsand rigid circuit boards.In a combined structure，there must be differences in thickness，which lead toaheight diference in its surface structure.Both high multi-layerPCBs （witha thicknes AA≥3.5mm and rigid-flex boards （R-FPCBs） have burrs during mechanical driling，caused by surface warping，poor surface fatness and height diferences ofthe boards，which hasnot beensolved.This paperanalyzes thereasons for burrs dueto warping and height differences during mechanical drillingon PCB，and expoundson some common methodsand drawbacks for improving burrs inthe PCB industryat present.Itproposes an innovative technology that effectively improves mechanical driling burrsonPCBcausedbywarpingandheightdiferences，and introduces theresearch，applicationandevaluationof

the new technology in detail.

Keywords：highmulti-storey; thick plate;rigid-flex printedcircuitboard（R-FPCB）;bur;warping;height diference;base plate

0 引言

隨著電子設(shè)備向高密度、高功率、小型化及柔性化方向迅猛發(fā)展，高多層厚板和剛撓結(jié)合板憑借其優(yōu)異的電氣性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及三維互連能力，在高端通信設(shè)備、服務(wù)器、汽車電子、航空航天以及可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。對于高多層厚板，層數(shù)多、厚度大（通常 gt;3.5mm 且壓合過程中存在樹脂流動不均、熱應(yīng)力釋放不完全以及不同材料層間熱膨脹系數(shù)的差異，導(dǎo)致整體或局部板面翹曲，從而使鉆孔毛刺更加嚴(yán)重。剛撓結(jié)合板（R-FPCB）是柔性電路板與剛性電路板經(jīng)過壓合等工序，按相關(guān)工藝要求組合在一起，因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的特殊性，鉆孔時撓性區(qū)域厚度通常高于剛性區(qū)域厚度，導(dǎo)致剛撓結(jié)合板存在高度差，從而使鉆孔毛刺更加嚴(yán)重[2]。因此，由厚板翹曲和軟硬結(jié)合板高低差所誘發(fā)的鉆孔毛刺問題，已成為制約高多層厚板及軟硬結(jié)合板良率提升、成本控制和最終產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。

翹曲、高低差PCB機(jī)械鉆孔產(chǎn)生毛刺的原因分析

在印制電路板加工過程中，高多層厚板受材料內(nèi)應(yīng)力與熱膨脹系數(shù)差異、材料均勻性與固化程度差異、不對稱設(shè)計與銅分布、設(shè)備等諸多不確定因素的影響，會使壓合后的PCB產(chǎn)生輕微變形，形成板翹曲，層數(shù)越多、厚度越大，板材發(fā)生翹曲的趨勢越顯著，如圖1所示。剛撓結(jié)合板是柔性電路板與剛性電路板經(jīng)過壓合制成，壓合前軟板部分區(qū)域被掏銅，壓合后掏銅區(qū)厚度變低，撓性區(qū)域厚度高于剛性區(qū)域厚度，剛性區(qū)域形成凹陷，凹陷區(qū)與鉆孔墊板間存在空隙\"，如圖2所示。因此，高多層厚板或剛撓結(jié)合板在機(jī)械鉆通孔時，墊板與PCB之間存在間隙，出鉆時易造成孔口毛刺，如圖3所示。通常情況下，各PCB制造商根據(jù)板材材料，優(yōu)化鉆孔參數(shù)、降低鉆頭壽命等，或選用合適的墊板，以改善毛刺，本文不再做詳細(xì)闡述。當(dāng)PCB板面翹曲/高度差較大時，無法消除PCB與墊板之間的間隙，便無法改善毛刺問題

2翹曲、高低差PCB常見鉆孔毛刺改善方法及結(jié)果分析

（1）打磨：鉆孔后采用自動打磨線，將毛刺磨平，但毛刺易入孔造成品質(zhì)隱患，

（2）開窗：使用外層干膜開窗、蝕刻、再進(jìn)行機(jī)械鈷孔，但對位難，易孔偏]。

（3）干膜貼附或鍍錫：鉆孔前，在PCB下表面對需要鉆孔區(qū)域貼覆干膜（曝光、顯影、鉆孔、褪洗）或鍍錫（鍍錫、鉆孔、褪洗）處理。由干膜或鍍錫代替墊板提供支撐作用，以改善鉆孔毛刺，鉆孔后進(jìn)行褪洗，但需要藥水褪洗易傷板且易殘留孔內(nèi)，出現(xiàn)ICD隱患。

（4）對接鉆：對于高多層厚板可先從正面鉆60% ，再從背面鉆 60% ，但易出現(xiàn)臺階孔。

3液態(tài)墊板改善翹曲或高低差PCB鉆孔毛刺的應(yīng)用研究

3.1液態(tài)墊板應(yīng)用機(jī)理

高多層厚板、剛撓結(jié)合板均因翹曲或高低差導(dǎo)致與墊板存在空隙，造成鉆孔毛刺大，液態(tài)墊板為可褪洗涂層（作業(yè)流程：印刷——固化—鉆孔——褪洗），印刷于PCB出刀面，固化后緊密貼合PCB，無空隙，如圖4所示，鉆孔后采用自來水加熱褪洗的方法，去除涂層，且不會對板材造成損傷，如圖5所示，從而解決高多層厚板、剛撓結(jié)合板因翹曲或高低差造成鉆孔毛刺大的問題，如圖6所示。高多層厚板、剛撓結(jié)合板均因鉆孔時與墊板存在空隙，導(dǎo)致毛刺較大且高多層厚板毛刺難度高于剛撓結(jié)合板，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證選擇高多層厚板作為測試對象。

3.2試驗(yàn)方法（依據(jù)國內(nèi)某PCB大廠高多層厚板鉆孔評估流程設(shè)計）

3.2.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)PCB信息見表1。設(shè)備儀器：鉆機(jī)（HANS-F6M）、UV固化機(jī)、恒溫水浴鍋、絲網(wǎng)印刷機(jī)、鉛筆硬度計。

3.2.2鉆孔加工方案設(shè)計

鉆孔加工方案如下：PCB基材（液態(tài)墊板樣板，膜厚 150um ）；PCB板材厚度： 5.6mm ；蓋板：0.14鋁片；墊板： 2.5mm 木墊板；鉆孔方式：分4段鉆；鉆頭廠家：金洲。具體工藝參照上述3.1液態(tài)墊板應(yīng)用機(jī)理，從而測試各方案鉆孔性能，鉆孔性能主要表現(xiàn)為鉆孔毛刺、孔壁質(zhì)量。參數(shù)設(shè)計見表2。

3.3液態(tài)墊板鉆孔性能分析

3.3.1液態(tài)墊板硬度對毛刺的影響

在板子表面涂覆一層液態(tài)墊板，固化后貼合PCB，鉆孔時液態(tài)墊板發(fā)揮支撐作用。液態(tài)墊板固化后硬度（采用鉛筆硬度計測試固化后涂層硬度）越高，其支撐作用越強(qiáng)，鉆孔產(chǎn)生的毛刺越小。硬度對鉆孔毛刺的影響如圖7所示。

3.3.2液態(tài)墊板結(jié)合力對毛刺的影響

翹曲PCB鉆孔時底部存在空隙，液態(tài)墊板固化后需牢牢吸附在PCB表面，其結(jié)合力越強(qiáng)（采用百格法測試結(jié)合力），鉆孔時越不容易脫落，鉆孔產(chǎn)生的毛刺越小。結(jié)合力對鉆孔毛刺的影響如圖8所示。

3.3.3PCB不同前處理方式對液態(tài)墊板的影響

結(jié)合3.3.2液態(tài)墊板結(jié)合力不同，所產(chǎn)生的毛刺抑制效果不同，可通過不同前處理方式，粗化PCB表層銅，提升液態(tài)墊板與PCB的結(jié)合力，從而提升液態(tài)墊板毛刺抑制能力，但當(dāng)前處理后粗糙度較高時則會影響液態(tài)墊板褪膜效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

3.3.4液態(tài)墊板褪膜研究

鉆孔后需要褪洗液態(tài)墊板才能進(jìn)行下一步工序，除3.3.3所述，PCB前處理方式會影響褪膜效果外，液態(tài)墊板印刷厚度、褪膜液溫度、褪膜液種類也是影響液態(tài)墊板褪膜速度的因素，印刷厚度越厚褪洗速度越慢，褪膜液溫度越高褪洗速度越快，相比于自來水，堿液可加快褪洗速度，批量生產(chǎn)中，應(yīng)結(jié)合安全性、環(huán)保性、生產(chǎn)效率選擇合適的褪膜條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

4液態(tài)墊板國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及建議

液態(tài)墊板在PCB行業(yè)（鉆孔環(huán)節(jié)）已廣泛使用多年。然而，國內(nèi)外至今尚未建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)制定工作未開始，所以很難有效地發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)業(yè)、技術(shù)協(xié)作方面的紐帶和驅(qū)動作用。目前，不同PCB廠在銅箔型號、預(yù)處理方式、板材類型及工藝參數(shù)上的差異，直接造成了液態(tài)墊板應(yīng)用效果的顯著差異。為規(guī)范產(chǎn)業(yè)發(fā)展、推動產(chǎn)品質(zhì)量升級，建立完善的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)體系和測試方法體系非常迫切。

因此，推動液態(tài)墊板標(biāo)準(zhǔn)的制定至關(guān)重要。這需要動員產(chǎn)業(yè)鏈各主體積極參與標(biāo)準(zhǔn)化工作，完全發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)在創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)變革以及升級中的主導(dǎo)作用。鼓勵上游及下游企業(yè)根據(jù)自身的創(chuàng)新成果提出標(biāo)準(zhǔn)化要求，共同參與各標(biāo)準(zhǔn)的制定。通過聯(lián)合研究與協(xié)作，不僅能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)在行業(yè)內(nèi)的有效推廣與應(yīng)用，更能顯著提升高多層厚板、剛撓結(jié)合板產(chǎn)品及其關(guān)鍵材料——液態(tài)墊板的鉆孔技術(shù)水平。

5結(jié)語

本文針對高速高多層厚板及剛撓結(jié)合板機(jī)械鉆孔中產(chǎn)生的毛刺問題進(jìn)行了分析。在闡述現(xiàn)有改善方法（針對由PCB翹曲或高低差引發(fā)的毛刺）不足之處的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)提出應(yīng)用液態(tài)墊板作為解決方案，以有效解決此類毛刺問題，提升高多層厚板、剛撓結(jié)合板的鉆孔良率。文中進(jìn)一步分析了液態(tài)墊板關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)及PCB前處理工藝對鉆孔毛刺的影響，并提出了推進(jìn)液態(tài)墊板標(biāo)準(zhǔn)化的建議。

隨著以太網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能手機(jī)、人工智能等技術(shù)的飛速發(fā)展，高速高多層厚板與剛撓結(jié)合板的設(shè)計將日趨多樣化，對鉆孔質(zhì)量要求也將持續(xù)提高。這一趨勢將推動鉆孔技術(shù)不斷革新，為制造更高品質(zhì)的PCB產(chǎn)品提供支撐，同時加速液態(tài)墊板相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建立進(jìn)程。

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