PCB钻孔工艺详解

PCB微孔成孔工艺技术简介

1.引言

孔在PCB中的主要作用是实现层间互连或安装元件，几乎所有的PCB需要孔。随着电子产品越来越复杂，PCB上的孔越来越密，技术难度越来越高，设备投入越来越大，因此成孔技术越来越重要，值得深入研究。业界常以导通与否把孔分为电镀孔（PTH）、非电镀孔（NPTH）两类；以孔两侧可见与否把孔分为通孔（Through hole）、盲孔（Blind via）、埋孔（Buried via，埋孔通常是由通孔经层压而来），见图1。

就成孔方式来看，PCB业界采用过的成孔方式有：机械钻孔、机械冲孔、激光成孔、光致成孔、化学蚀刻、等离子蚀孔、导电柱穿孔等，目前应用相对较为广泛和成熟的成孔技术为：机械钻孔和激光成孔（注：业界常用“激光钻孔”，而非“激光成孔”，实际上“激光成孔”一词更要准确些（因为这是“光”加工的过程，不是“钻”加工的过程，故本文采用“激光成孔”这一说法）。

就目前PCB的技术发展状况而言，一般将孔径在0.3mm及以下的孔称为微孔（Micro-via），本文将对此类微孔进行探讨。对于微孔成孔，目前最常用的工艺有机械钻孔、CO2激光成孔、UV激光成孔三种。简单来说，微孔中的盲孔多采用激光成孔（CO2激光成较大孔，UV激光成较小孔）；通孔（含埋孔）则多采用机械钻孔。

2.机械钻微孔技术

PCB机械钻微孔属超高速机械加工，目前主轴最高转速可达35万转/分。一般30万转/分的机械钻孔机每分钟可钻500个左右的0.1mm的孔（注：此数据仅供参考，不同的加工条件钻孔速度差异较大）。一般机械钻孔可用于各种类型的PCB微孔加工（如HDI、芯片级封装载板、FPC等）。下文将从钻头（物料）、工艺和质量三方面展开阐述。

2.1钻头

机械钻微孔中用到的主要物料为钻头（又名钻刀、钻针、钻嘴，“钻针”相对比较准确，本文沿用习惯用“钻头”这一称呼），它是机械钻微孔过程中用到的切削刀具。

PCB用钻头，一般刃部采用钨钴类合金（属硬质合金材料，目前钻头的制造有整体式、插入式和焊接式三种，插入式和焊接式的钻头柄部为不锈钢；刃部多采用外周倒锥和钻心倒锥的设计结构）。该合金以碳化钨（WC）粉末（88-94%，注：碳化钨已从原来的90%降到88%）[1]为基体，以钴（Co）（6-12%）为粘结剂，经高温、高压烧结而成，具有高硬度（主要来自碳化钨，硬度在92.5HRA以上，抗弯强度在4000N/mm2以上）和高耐磨性。调整碳化钨和钴的配比和碳化钨颗粒度大小，可以改变钻头的性能，微孔钻头一般钴含量要较其他钻头多一些。钴含量变化引起钻头性能变化的状况见表1。 资料来源：《现代印制电路基础》

PCB板制作工艺详解

PCB制作工艺一直以来是网友们知识的一个盲区，在网上这一部分的相关资料也非常少。因此，为了使网友们了解并能辨别出PCB的优劣，下面我们就对目前三种无铅工艺的PCB板制作工艺加以介绍和对比。

目前，无铅工艺PCB板主要有三种：OSP，化银，沉金。简单的说，OSP就是在洁净的裸铜表面上，以化学的方法长出一层有机皮膜，这层膜具有防氧化，耐热冲击，耐湿性，用以保护铜表面于常态环境中不再继续生锈（氧化或硫化等）；而化银和沉金工艺是在印制线路表面上沉积颜色稳定，光亮度好，镀层平整，可焊性良好的银或镍金镀层。

采用OSP工艺长久放置易发生变色

但OSP工艺的不足之处是所形成的保护膜极薄，易于划伤（或擦伤），必须精心操作和运放。同时，经过多次高温焊接过程的OSP膜（指未焊接的连接盘上OSP膜）会发生变色或裂缝，影响可焊性和可靠性。

化银和沉金工艺由于采用的是是重金属，其元素的不活泼表现出化学性质的稳定。长久放置都是不会改变和氧化。下面我们就来深入对比一下3种工艺的差别。

●刚拆开真空包装的三种工艺板卡：

沉金板表面颜色光亮度好，为金黄色。

化银板表面为银白色。

OSP板表面为铜色。 ●拆开真空包装三天后：

沉金板表面颜色依然光亮，镀层平整，为金黄色。

化银板表面颜色稍微变暗为银白色。

OSP板表面颜色暗淡，严重氧化变色，PCB报废。

从上诉实验可以看出沉金工艺板卡抗氧化性最好，最为稳定；OSP工艺最差，最不稳定。

●焊接强度比较

沉金板经过三次高温后焊点饱满、光亮。

OSP板经过三次高温后焊点为灰暗色，类似氧化的颜色。

总结：从综合情况我们可以看出在无铅工艺中，沉金工艺可焊接性，稳定程度和散热效果最为良好，化银工艺次之，OSP最差；因工艺对生产设备要求较高，和对板卡环保要求严格，而成本也是最高的。

PCB板清洗工艺详解

1、开料：将大片板料切割成需要的小块板料

洗板：将板机上的粉尘杂质洗干净并风干。

2、内层干菲林：在板面铜箔上贴上一层感光材料，然后通过黑菲林进行对位曝光、显影后形成线路图。

化学清洗：

（1）去除Cu表面氧化物、垃圾等；粗话Cu表面，增强Cu表面与感光材料间的结合力。

（2）流程：除油——水洗——微蚀——高压水洗——循环水洗——吸水——强风吹干——热风干。

（3）影响洗板因素：除油速度、除油剂浓度、微蚀温度、总酸度、Cu2+浓度、压力、速度。

（4）易产生缺陷：开路——清洗效果不好，导致甩菲林；

短路——清洁不净产生垃圾。

3、沉铜与板电

4、外层干菲林

5、图形电镀：进行孔内和线路电路，以完成镀铜厚度的要求。

（1）除油：去除板面氧化层和表面污染物；

（2）酸浸：去除前处理及铜缸中的污染物；

6、全板电金：

（1）除油：去除线路图表面油脂及氧化物等，确保铜表面清洁。

7、湿绿油： （1）前处理：将表面氧化膜去除并对表面进行粗化处理，以增强绿油与线路板面的结合力。

8、喷锡工艺：

（1）热水洗：清洁线路板表面赃物和部分离子；

（2）刷洗：进一步清洁线路板面残留的残杂物。

9、沉金工艺：

（1）酸性除油：去除铜表面轻度油脂及氧化物，以使其表面活化和清洁，形成适合于镀镍金的表面状态。

10、外形加工

（1）洗板：去除表面污染物和粉尘。

11、NETEK铜面处理

（1）除油：去除线路图表面油脂及氧化物等，确保铜表面清洁。

需要对铜面进行清理的步骤：

1、干膜压膜

2、内层氧化处理前

3、钻孔后（除胶渣，将钻孔过程中产生的胶质体清除，使之粗化和洁净）（机械磨板：使用超声波清洗孔内得到充分清洗，孔内铜粉及粘附性颗粒得到清除）

4、化学铜前

5、镀铜前

6、绿漆前 7、喷锡（或其它焊垫处理流程）前

8、金手指镀镍前

二次铜前处理：

脱脂——水洗——微蚀——水洗——酸浸——镀铜——水洗

一PCB制造行业术语

1. Test Coupon: 试样

test coupon是用来以TDR (Time Domain Reflectometer) 测量所生产的PCB板的特性阻抗是否满足设计需求 一般要控制的阻抗有单根线和差分对两种情况 ，所以 test coupon上的走线线宽和线距(有差分对时)要与所要控制的线一样 ，最重要的是测量时接地点的位置 为了减少接地引线(ground lead)的电感值 TDR探棒(probe)接地的地方通常非常接近量信号的地方(probe tip) ，所以

test coupon上量测信号的点跟接地点的距离和方式要符合所用的探棒

2. 金手指

在线路板板边节点镀金Edge-Conncetion也就是我们经常说的金手指(Gold

Finger)，是用来与连接器(Connector)弹片之间的连接进行压迫接触而导电互连，这是由于黄金永远不会生锈且电镀加工有非常的容易外观也好 看，故电子工业的接点表面几乎都要选择黄金线路板金手指上的金的硬度在140 Knoop以上，以便卡插拔时确保耐磨得效果，故一向采用镀硬金的工艺其镀金的厚度平均为在30u in 但在封装载板上(Substrate)上，设有若干镀金的承垫用来COBchip on

board晶片间以"打金线"wire bond是一种热压式熔接的办法互连故另需使用较软的金层与金线融合，一般金的硬度在100 Knoop以下称为软金其品质要求较硬金更为严格此外镀金层具有焊锡性与导热性故也常用于焊点与散热表面的用途

3. 硬金,软金

硬金:Hard Gold;软金 soft Gold电镀软金是以电镀的方式析出镍金在电路板上它的厚度控制较具弹性一般适合用于IC封装板打线用金手指或其它适配卡内存所用的电镀金多数为硬金因为 必须耐磨在化学金方面基本上有所谓的浸金和化学金两种浸金指的是以置换的方式将金析出于镍表面因为是置换方式其厚度相当薄且无法继续成长但是化学金是采用 氧化还原剂的方式将金还原在镍面上并非置换因此它的厚度可以成长较厚一般这类的做法是用于无法拉出导线的电路板因为化学金在整体的稳定度上控制较难因此较 容易产生品质问题一般此类应用多集中在焊接方面打线方面的应用很少