多層互連中的精密工序:PCB六層板的二次鉆孔工藝詳解
多層板設(shè)計可以在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)更多的電氣連接,提高信號完整性,優(yōu)化電源分布。在這些設(shè)計中,六層板是一種常見的中等復(fù)雜度結(jié)構(gòu),廣泛用于工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)通信、醫(yī)療設(shè)備和高端消費電子。
六層板不僅層數(shù)多,而且各層之間常有特定的連接需求。這些連接往往需要通過盲孔、埋孔等特殊結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。而傳統(tǒng)的單次鉆孔方式無法滿足所有層間連接的要求。因此,“二次鉆孔工藝”應(yīng)運而生。
在六層板中,通常存在以下幾種連接需求:
表層到中間層的信號線;
中間層之間的電源平面連接;
特定元件焊盤需要避開某些層的電氣干擾。
一次鉆孔難以滿足這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu),使用二次鉆孔(Second Drilling)就成為必要手段。這項工藝雖然增加了工序,但能在不增加板厚的前提下,實現(xiàn)多層可靠互連。
二次鉆孔,指的是在完成部分層壓之后,先進行一次鉆孔和電鍍,之后再進行剩余層壓和再次鉆孔的過程。這種方式可以實現(xiàn)層間結(jié)構(gòu)更靈活的互聯(lián)設(shè)計。
與之相對的是一次鉆孔,即所有層壓完成后統(tǒng)一鉆孔。但一次鉆孔無法制作盲孔和埋孔,也不利于控制孔徑精度和孔內(nèi)質(zhì)量。
在六層板中,常見的二次鉆孔結(jié)構(gòu)如下:
埋孔結(jié)構(gòu):比如從內(nèi)層2到內(nèi)層3形成連接,稱為埋孔,這類孔不能貫穿整個板體;
盲孔結(jié)構(gòu):比如從表層到內(nèi)層2的連接,孔深有限,無法貫通底層;
階梯孔結(jié)構(gòu):有時為了連接多個不同深度的層,需要設(shè)計不等深的盲孔,這種情況更依賴多次鉆孔工藝。
這些結(jié)構(gòu)都無法通過單次鉆孔完成。只有通過分段式鉆孔工藝,才能形成這樣的多層連接。
整個二次鉆孔的工藝過程,通常包含以下幾個主要階段:
在六層板中,不是一次將所有六層疊壓在一起,而是采用**“分層疊壓”**方式。例如:
第一步:先將內(nèi)層2~5層進行層壓,形成一個中間結(jié)構(gòu);
第二步:在這四層的中間結(jié)構(gòu)上鉆孔(例如埋孔)并電鍍;
第三步:再將外層1、6加上去,進行第二次層壓;
第四步:在此基礎(chǔ)上進行二次鉆孔(例如通孔或盲孔)并完成后續(xù)工序。
通過這種方式,可以在不增加板厚的前提下,制作復(fù)雜的內(nèi)層互聯(lián)結(jié)構(gòu)。
完成第一次四層結(jié)構(gòu)疊壓后,對指定位置進行第一次鉆孔。這次鉆孔主要用來制作埋孔,連接中間的層,比如L2–L3、L3–L4等。
注意事項:
鉆孔深度需要精準(zhǔn)控制;
鉆孔位置必須與后續(xù)層對齊;
在鉆孔前應(yīng)完成圖形轉(zhuǎn)移和蝕刻,避免后期對位困難。
完成鉆孔后,需進行孔壁處理、電鍍銅,形成可靠的金屬通路。
完成第一次鉆孔并電鍍后,將頂層和底層(L1和L6)壓合到之前的結(jié)構(gòu)上。此步驟完成后,整個六層板的結(jié)構(gòu)才算完整。
需要特別注意:
第二次層壓要確保各層之間的介質(zhì)均勻,防止鼓包或滑移;
控制層壓溫度、壓力,避免損傷已電鍍好的埋孔。
外層壓合完成后,再次鉆孔,這次的孔通常是:
貫通孔(L1–L6):連接所有層;
表層盲孔(L1–L2 或 L6–L5):連接表層與部分內(nèi)層。
鉆孔后再次進行孔壁處理、電鍍銅、圖形蝕刻等工序。
如果設(shè)計中還有第三次鉆孔(比如階梯孔結(jié)構(gòu)),則需進一步分工序進行壓合與鉆孔,工藝難度更大。
在鉆孔、電鍍、圖形完成后,還需進行焊盤處理(如沉金、噴錫)、阻焊印刷、文字印刷、成品切割等。整板需要通過自動光學(xué)檢測(AOI)、X-ray定位、飛針測試等手段,確保層間對位和連接可靠性。
在兩次或多次鉆孔中,最關(guān)鍵的是對準(zhǔn)。如果第一次鉆孔與第二次層壓之間發(fā)生移位,就會導(dǎo)致第二次鉆孔出現(xiàn)偏差,孔位無法居中。
解決辦法:
使用X-Ray定位系統(tǒng)進行內(nèi)層靶標(biāo)識別;
控制層壓滑移量;
采用激光打靶或通孔靶點系統(tǒng)提升對準(zhǔn)精度。
埋孔在第一次鉆后要先電鍍,這時孔壁表面活性不好,如果清潔不徹底,電鍍銅會附著不牢,影響導(dǎo)通。
控制措施:
使用等離子體清洗增強孔壁活性;
電鍍前進行微蝕處理;
嚴(yán)格控制電鍍厚度,確保連接牢固。
第二次層壓時,會對之前完成的埋孔區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)力,如果層壓溫度或壓力過高,容易造成開裂、內(nèi)層剝離等問題。
建議做法:
選擇合適的半固化片材料,控制膠流;
分階段升溫,減緩應(yīng)力集中;
層壓完成后進行應(yīng)力釋放處理。
二次鉆孔必然增加制程復(fù)雜度、時間和設(shè)備使用頻率,導(dǎo)致成本上升、良率波動。
應(yīng)對方式:
優(yōu)化埋孔設(shè)計,減少無效孔;
集中鉆孔區(qū)域,降低換刀頻率;
標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu),批量化生產(chǎn)提高效率。
PCB六層板的二次鉆孔工藝,是解決復(fù)雜層間連接需求的重要手段。它通過分步層壓、分層鉆孔,使設(shè)計者可以自由配置埋孔、盲孔、通孔等結(jié)構(gòu),為產(chǎn)品小型化、高速化、可靠化提供支撐。
雖然該工藝對設(shè)備、技術(shù)、流程提出更高要求,但只要控制好層壓對準(zhǔn)、孔壁處理和工藝節(jié)奏,就能實現(xiàn)高質(zhì)量、高可靠性的多層PCB生產(chǎn)。
在今后的電子制造中,隨著層數(shù)繼續(xù)增加、設(shè)計密度不斷提升,二次甚至三次鉆孔將會成為高端PCB制造的重要工藝之一。掌握這一技術(shù),有助于提升企業(yè)工藝競爭力,也為產(chǎn)品提供更大的設(shè)計自由度和更高的性能保障。在捷配PCB,我們隨時為您的項目提供量身定制的高質(zhì)量 PCB 制造和組裝服務(wù),為您的旅程提供支持。
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