内层塞孔制程技术之探讨

　

概要：下内层埋孔通常被要求完全填满并研磨平整以增加外层的布线面积，市场的需求不仅考验PCB业者的制程能力同时也迫使原物料供货商必须开发出更Hi-Tg、Low CTE、低吸水率、无溶剂、低收缩率、容易研磨等等特性的塞孔油墨以满足业界的需求。塞孔段之主要流程为钻孔、电镀、孔壁粗化（塞孔前处理）、塞孔、烘烤、研磨等。在此将针对树脂塞孔制程做较为详尽的介绍。二 内层塞孔目的除上述布线面积为主要的考虑外尚有介质层均一厚度之要求，内层塞孔目的为：1. 避免外层线路讯号的受损。2. 做为上层迭孔结构的基地。3. 符合客户特性阻抗的要求。三 现行内层塞孔方式与能力常见的内层塞孔方式有增层压合填孔（可分为RCC 及HR 高含胶量PP 等，本文所举皆以RCC 压合填孔为例）与树脂油墨塞孔等两种，一般而言内层若为小孔径，低纵横比及孔数少之埋孔可使用增层压合自然填充方式塞孔；而大孔径、高纵横比与孔数多之埋孔，则将因RCC 之含胶量不足以填充较大与较深孔径之埋孔，因此不适合以此种方式塞孔，含胶量若无法完全填充埋孔将造成塞孔气泡、凹陷与介质厚度不足等等问题的出现，此亦将影响产品整体之可靠度。RCC 所含之树脂（胶）也同时拥有相对较高之热膨胀系数CTE ( Coefficient of Thermal Expansio

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摘要

塞孔一词对印刷电路板业界而言并非是新名词，早期在外层线路的蚀刻制程时为避免Dry-Film Tenting 在PTH 孔Ring 边过小，无法完全盖孔造成孔壁电镀层遭蚀刻而成Open 的不良出现，当时曾采塞孔法填入暂时性油墨以保护孔壁，后因Tin Tenting 制程在市场上成为主流此工法才逐渐被淘汰；即便如此现行多层板亦被要求防焊绿漆塞孔；但上述制程皆为应用于外层之塞孔作业，本文所要探讨的主题是以内层埋孔塞孔技术为主。

关键词：Stack Via，CTE，Aspect Ratio，网印印刷塞孔，滚轮刮印填孔

一 前言

HDI 高密度连接技术的时代，线宽与线距等将无可避免往愈小愈密的趋势发展，也因而衍生出不同以往型态的PCB 结构出现，如Via on Pad、Stack Via 等等，在此前提下内层埋孔通常被要求完全填满并研磨平整以增加外层的布线面积，市场的需求不仅考验PCB业者的制程能力同时也迫使原物料供货商必须开发出更Hi-Tg、Low CTE、低吸水率、无溶剂、低收缩率、容易研磨等等特性的塞孔油墨以满足业界的需求。塞孔段之主要流程为钻孔、电镀、孔壁粗化（塞孔前处理）、塞孔、烘烤、研磨等。在此将针对树脂塞孔制程做较为详尽的介绍。

二 内层塞孔目的

除上述布线面积为主要的考虑外尚有介质层均一厚度之要求，内层塞孔目的为：
1. 避免外层线路讯号的受损。
2. 做为上层迭孔结构的基地。
3. 符合客户特性阻抗的要求。

三 现行内层塞孔方式与能力

常见的内层塞孔方式有增层压合填孔（可分为RCC 及HR 高含胶量PP 等，本文所举皆以RCC 压合填孔为例）与树脂油墨塞孔等两种，一般而言内层若为小孔径，低纵横比及孔数少之埋孔可使用增层压合自然填充方式塞孔；而大孔径、高纵横比与孔数多之埋孔，则将因RCC 之含胶量不足以填充较大与较深孔径之埋孔，因此不适合以此种方式塞孔，含胶量若无法完全填充埋孔将造成塞孔气泡、凹陷与介质厚度不足等等问题的出现，此亦将影响产品整体之可靠度。RCC 所含之树脂（胶）也同时拥有相对较高之热膨胀系数CTE ( Coefficient of Thermal Expansion)，此为典型RCC 所内含树脂的特性，过高的CTE 将促使填充材料在受热 (如冷热冲击、热应力等信赖性测试) 的过程中发生龟裂（Crack）或分层（Delamination）的情形；两种材料之间存在差异甚大的CTE 与内含塞孔气泡均为导致上述不良的主要原因。

表一. RCC 填孔能力(适用板厚较薄、孔数较少之内层)

内层塞孔通常要求需100%塞满，如图一所示当出现纵横比较大的孔径时，无论何种增层压合填孔方式都将无法满足此项要求，此时仅能选择以树脂油墨塞孔来进行塞孔作业。

图一. 树脂油墨塞孔（纵横比4.6）

为达内层塞孔100%塞满之需求，塞孔操作压力无可避免的将造成孔径之两端油墨额外突出，因此塞孔油墨在硬化后尚需将两端突出之油墨予以研磨平整，方可进行下一工序，避免在后续的金属化或线路制程中形成电镀不良与线路断路等等不良后果的出现。树脂油墨塞孔又可区分为：

1. 网印印刷塞孔。
2. 滚轮刮印填孔。

表二. 树脂油墨塞孔能力(以网印印刷塞孔为例，适用板厚与纵横比)

两种主要不同的作业方式可供选择，首先就网印印刷塞孔方式做一说明，网印塞孔为目前业界普遍使用的塞孔作业方式，因其所需之主要设备印刷机台为各家业者均普遍拥有项目；而所必需之工具如：印刷网板、刮刀、下垫板、对位Pin等等也几乎是随处可见之常备物料，其作业流程并非是很困难的操作，以单次行程的刮刀印刷在与内层塞孔孔径位置相符的网板上，藉由印刷压力将油墨塞入孔径内，同时为使油墨顺利塞入孔内在内层塞孔板的下方，需准备一可供塞孔孔径透气用之下垫板，使孔内空气在塞孔过程中可顺利排出，而达到100%塞满的效果。即使如此若要获得符合要求的塞孔质量，关键在于各项操作的优化参数，这包含了网板的网目、张力、刮刀硬度、角度、速度等等方面均会影响到塞孔质量，而不同的塞孔孔径纵横比也会有不同的参数考虑，作业员需具备相当之经验方可获得最佳的作业条件。

网印塞孔的优点有：

1. 印刷机台用途广泛，可应用于防焊及文字印刷等等制程。
2. 为普遍的塞孔方式，流程安排也相对较为容易。
3. 不需塞孔之孔径可于网板上设置挡点，避免沾墨。
4. 无须额外购置塞孔设备，适于业界现有制程。

网印塞孔在缺点方面有：

1. 作业人员需累积相当之操作经验后方可熟练。
2. 作业参数繁琐、复杂。
3. 难以运用于不同塞孔孔径在同一内层之需求。
4. 每一内层塞孔板均需另外制作相对应的网板。
5. 生产效率较差。

滚轮刮印填孔主要的投资即为塞孔专用机，其工法与网印印刷塞孔有所不同，其作业方式是以滚轮将油墨填印入塞孔孔径来进行作业；操作时藉由内层板进入两滚轮之间，在行进过程中塞孔板与位于塞孔板上下方之滚轮产生相互压迫、推挤效应而迫使下方的含墨滚轮将油墨填印入塞孔孔径，下方滚轮有部分含浸在储墨槽内，运作过程可不断的补充所需之塞孔油墨，最后当塞孔板持续前进时会经过已预先设置之刮刀，将多余突出之油墨刮平回收。

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