BGA微孔背鉆毛刺堵孔改善研究

林友錕 張 軍

（景旺電子科技（龍川）有限公司，廣東 河源 517300）

0 前言

隨著5G通信的推廣應(yīng)用，高速完整的信號傳輸特性對通信基站用印制電路板（PCB）的性能提出了新的要求。研究表明影響信號完整性的主要因素除設(shè)計、板材料、傳輸線、連接器和芯片封裝等因素外、導(dǎo)通孔也起著重要作用[1]；目前業(yè)界主要通過設(shè)計背鉆來減少導(dǎo)通孔“殘樁效應(yīng)”對信號傳輸?shù)挠绊?。球柵陣列封裝（BGA）微孔背鉆是背鉆制程中難度最大的，其因孔小而密集，使用的鉆頭直徑小，排屑困難，極容易產(chǎn)生毛刺堵孔的問題，成為業(yè)界背鉆加工的瓶頸之一；本文以孔徑為0.15 mm的BGA微孔為研究對象，圍繞孔銅厚度、鉆頭直徑、切削量和背鉆深度進(jìn)行研究論證，探索解決毛刺堵孔的最佳方案。

如圖1所示，背鉆毛刺堵孔是指在背鉆孔盡頭與通孔相交的位置，因排屑不良等原因，導(dǎo)致在通孔內(nèi)部殘留少量銅絲的現(xiàn)象，嚴(yán)重的會導(dǎo)致堵孔，在微孔背鉆生產(chǎn)過程中極為常見。毛刺產(chǎn)生的原因主要有：（1）通孔直徑小，鍍銅后直徑更?。唬?）鉆頭直徑小，排屑能力受到限制；（3）孔銅厚度大：為保證BGA質(zhì)量，孔銅厚度一般大于20 μm，較難削斷。

圖1 背鉆堵孔圖

目前業(yè)界處理微孔背鉆毛刺堵孔的方法主要有兩種：（1）手工通孔：使用比孔徑小的圓針，手動通孔；此法不但效率低，還存在二次加工的品質(zhì)隱患（對孔壁孔銅可能會有損傷），同時還存在微孔通孔局限性； （2）高壓通孔：使用高壓氣槍或高壓水槍沖洗；此法雖然效率高，但是對成品孔徑在0.15 mm以下的微孔通孔效果不明顯，無法有效改善微孔毛刺堵孔問題。

由此可見，微孔堵孔后要進(jìn)行有效的通孔補救，難度較大；改善微孔毛刺堵孔必須在其問題產(chǎn)生的源頭，背鉆加工中進(jìn)行探索。

1 實驗部分

1.1 背鉆毛刺堵孔改善方向

針對以上原因，對孔徑為0.15 mm背鉆，設(shè)計4個影響因素：鉆頭直徑、切削量（Chipload）、孔銅厚度、背鉆深度進(jìn)行試驗設(shè)計，見表1所示。

表1 背鉆披鋒堵孔影響因素設(shè)計

1.2 流程設(shè)計

層壓—鉆孔—電鍍銅—背鉆—其他正常流程

1.3 背鉆物料準(zhǔn)備

背鉆測試機臺：A供應(yīng)商鉆孔機

背鉆蓋板：單面鋁冷沖蓋板

驗孔機：高精度驗孔機

測試板信息：

（1）Hi-TgFR-4，16層板，板厚2.4 mm

（2）按我廠鉆孔參數(shù)，使用A供應(yīng)商鉆孔機進(jìn)行一次鉆孔，鉆孔孔徑0.2 mm （成品孔徑0.15 mm），驗孔后無堵孔。

（3）電鍍后分四種孔銅厚度：孔銅≤25 μm、≤35 μm、≤40 μm、≤45 μm，驗孔后無堵孔。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 下鉆轉(zhuǎn)速對毛刺堵孔的影響

四種不同孔銅厚度的板，統(tǒng)計在兩種切屑量情況下的背鉆毛刺堵孔情況，見表2所示。

表2 兩種切削量時背鉆毛刺堵孔統(tǒng)計

如圖2所示，孔銅厚度對毛刺堵孔影響明顯，孔銅厚度越大，毛刺堵孔數(shù)越多。因孔銅較厚時，會導(dǎo)致鉆孔排屑困難，從而引起毛刺堵孔。同時可看出，在切削量為27.5 μm/r時，因不能及時排屑，毛刺堵孔更為嚴(yán)重。

圖2 兩種切削量（Chipload）時各孔銅厚度下的毛刺堵孔情況

下一步試驗在切削量為33.85 μm/r時條件下，其他影響因素的表現(xiàn)。

2.2 不同直徑背鉆鉆頭對毛刺堵孔的影響

在切削量為33.85 μm/r條件時，統(tǒng)計0.35 mm和0.40 mm兩種背鉆鉆頭鉆孔的披鋒堵孔數(shù)，結(jié)果如表3所示。

表3 使用兩種背鉆鉆頭毛刺堵孔統(tǒng)計表

如圖3所示，在孔銅≤25 μm情況時，兩種背鉆鉆頭排屑效果良好，并無披鋒堵孔情況；而在其他孔銅厚度下，0.4 mm直徑背鉆鉆頭因排屑槽較大，表現(xiàn)更為優(yōu)秀，相反0.35 mm直徑背鉆鉆頭的堵孔數(shù)明顯較多。

圖3 兩種鉆頭直徑時各孔銅厚度下的毛刺堵孔情況

2.3 不同背鉆深度下的毛刺堵孔情況

記錄4種背鉆深度下的毛刺堵孔情況，毛刺堵孔數(shù)統(tǒng)計見表4所示。

表4 切削量為33.85 μm/r時，0.35 mm和0.4 mm直徑鉆頭鉆孔堵孔情況表

如圖4所示，在0.5 mm背鉆深度下，堵孔情況相對較多，原因是電鍍時，因深鍍能力影響，一般孔口銅厚較大，相反在2.0 mm背鉆深度下，堵孔最少。故在鍍銅過程中要考慮深鍍能力。

圖4 鉆頭直徑0.35 mm和0.4 mm時 各背鉆深度下的毛刺堵孔數(shù)

在切削量為33.85 μm/r時，0.4 mm直徑鉆頭鉆出的背鉆孔見圖5所示。

圖5 切削量為33.85 μm/r、0.4 mm直徑鉆頭背鉆切片圖

3 總結(jié)

背鉆時鉆頭直徑、切削量、孔銅厚度和背鉆深度對鉆孔毛刺堵孔都有明顯影響，主要表現(xiàn)在：

（1）鉆孔時切削量過小會因排屑不及時而導(dǎo)致毛刺堵孔；

（2）在孔銅厚度≥25 μm 時，0.4 mm直徑背鉆鉆頭比0.35 mm直徑背鉆鉆頭鉆孔表現(xiàn)更為優(yōu)秀；

（3）孔銅較厚會因排屑困難而產(chǎn)生毛刺堵孔，孔銅越厚，毛刺堵孔數(shù)越多；

（4）0.5 mm背鉆深度的毛刺堵孔情況因受電鍍的深鍍能力影響，通孔孔口銅厚比中部厚，故其毛刺堵孔情況較其他三種深度嚴(yán)重。

因此在背鉆加工中，針對以上結(jié)果參考，選取合適的背鉆加工參數(shù)，能夠解決披鋒堵孔問題或者降低背鉆毛刺堵孔問題出現(xiàn)的概率。本次試驗和解決問題的試驗過程和結(jié)果是基于我公司內(nèi)部的設(shè)備、物料、參數(shù)等開展，可能參數(shù)并不一定是最優(yōu)參數(shù)組合，也可能存在其他影響因素，所以僅供參考。