Bối cảnh
Quy trình lấp đầy lỗ via bằng nhựa ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất bảng mạch in (PCB). Phương pháp này thường được sử dụng trong các bảng mạch nhiều lớp và các loại PCB đòi hỏi độ chính xác cao. Việc lấp đầy bằng nhựa có thể giải quyết nhiều vấn đề mà phương pháp bịt lỗ bằng lớp chống hàn hoặc nhựa lấp đầy trong quá trình ép lớp không thể khắc phục. Đồng thời, các loại nhựa được sử dụng trong quy trình này sở hữu những đặc tính đặc biệt. Những đặc tính này đặt ra nhiều thách thức trong các công đoạn sản xuất bảng mạch.
Định nghĩa
Phương pháp trám nhựa là quá trình sử dụng nhựa để lấp đầy các lỗ vias chìm trên các lớp bên trong, sau đó tiến hành ép lớp. Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong các bảng mạch tần số cao và bảng mạch HDI. Có hai loại chính: phương pháp trám nhựa in lưới truyền thống và phương pháp trám nhựa chân không. Hầu hết các sản phẩm đều sử dụng phương pháp trám nhựa in lưới truyền thống. Đây cũng là phương pháp phổ biến nhất trong ngành.
“Lỗ thông qua bị bịt kín” trên bảng mạch in là gì?
Dựa trên chức năng và nhu cầu của ngành
Lỗ via (lỗ xuyên mạ, PTH) kết nối các lớp khác nhau trên bảng mạch. Sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử thúc đẩy công nghệ PCB tiến bộ. Điều này cũng làm gia tăng nhu cầu về quy trình sản xuất bảng mạch và lắp ráp bề mặt chất lượng cao hơn. Quy trình bịt lỗ via dường như đáp ứng được những nhu cầu này. Việc bịt lỗ phải tuân thủ các quy tắc sau:
Lỗ via phải có đồng bên trong. Lỗ via có thể được lấp đầy hoặc không lấp đầy dưới lớp màng hàn.
Lỗ via phải có lớp hàn (hợp kim thiếc-chì) bên trong với độ dày nhất định (ví dụ: 4 μm). Mực lớp phủ chống hàn không được lọt vào lỗ và gây ra hiện tượng hàn bị kẹt.
Lỗ via phải được phủ lớp chống hàn để ánh sáng không thể xuyên qua. Lỗ không được có vòng hàn hoặc hạt hàn. Bề mặt lỗ sau khi được lấp đầy phải phẳng.
Khi các sản phẩm điện tử ngày càng trở nên nhẹ hơn, mỏng hơn, ngắn hơn và nhỏ gọn hơn, các bảng mạch in (PCB) cũng phải đáp ứng yêu cầu về mật độ cao hơn và độ phức tạp ngày càng tăng. Điều này mang lại nhiều SMT và BGA bảng mạch. Khi khách hàng lắp ráp các linh kiện, họ thường yêu cầu các lỗ vias được bịt kín. Việc bịt kín có năm mục đích chính:
Để ngăn chặn chất hàn chảy qua lỗ via trong quá trình hàn sóng và gây chập mạch ở mặt linh kiện. Điều này đặc biệt quan trọng khi lỗ via được đặt trên pad của BGA. Do đó, trước tiên sẽ tiến hành bịt lỗ, sau đó mạ vàng, nhằm giúp quá trình hàn BGA diễn ra thuận lợi hơn.
Để tránh để lại cặn chất hàn bên trong lỗ thông.
Để có thể thực hiện các công đoạn lắp đặt bằng chân không hoặc kiểm tra bằng chân không sau khi hàn bề mặt và lắp ráp. Cần có nắp đậy kín để hệ thống chân không hoạt động.
Để ngăn keo chảy vào lỗ via và gây ra các mối hàn yếu hoặc vị trí hàn không chính xác.
Để ngăn các hạt hàn bị bung ra trong quá trình hàn sóng và gây ra hiện tượng chập mạch.
Ưu điểm của lỗ thông qua được lấp đầy bằng nhựa
Trên các bảng mạch nhiều lớp có BGA, việc lấp đầy lỗ vias bằng nhựa có thể thu hẹp khoảng cách giữa các lỗ vias. Điều này giúp việc định tuyến và bố trí đường dẫn trở nên thuận lợi hơn.
Đối với các lỗ vias chìm trong các lớp HDI bên trong, việc đổ nhựa giúp cân bằng giữa việc kiểm soát độ dày của vật liệu prepreg trong quá trình ép lớp và thiết kế đổ nhựa cho lỗ vias chìm.
Đối với các tấm mạch dày có lỗ xuyên lớn, việc trám nhựa giúp nâng cao độ tin cậy của sản phẩm.
Các lỗ via được lấp đầy bằng nhựa thường được sử dụng trong các linh kiện BGA. Trong BGA truyền thống, một lỗ via có thể được dẫn từ pad ra mặt sau. Nếu BGA có mật độ cao và lỗ via không thể dẫn ra ngoài, bạn có thể khoan một lỗ via ngay trên pad và dẫn sang một lớp khác. Sau đó, bạn lấp đầy lỗ bằng nhựa và mạ đồng để biến nó thành một pad. Quy trình này được gọi là quy trình VIP (via in pad). Nếu bạn khoan lỗ vias trong pad mà không sử dụng nhựa lấp đầy, hàn có thể rò rỉ và gây ra ngắn mạch mặt sau hoặc mối hàn kém trên pad.
Quy trình sản xuất lỗ thông qua được lấp đầy bằng nhựa
Quy trình sản xuất lỗ thông qua lấp đầy bằng nhựa nói chung:
Khoan lỗ.
Mạ đồng cho các lỗ xuyên tấm.
Đổ nhựa vào các lỗ và nung.
Mài hoặc xay phẳng (làm phẳng).
Sau khi mài, phần nhựa không còn đồng. Do đó, cần thực hiện thêm một công đoạn mạ đồng để biến khu vực đã được lấp đầy thành một điểm tiếp xúc. Công đoạn mạ này được thực hiện trước khi tiến hành khoan các lỗ khác theo quy trình thông thường. Tóm lại, cần xử lý các lỗ vias sẽ được lấp đầy trước tiên, sau đó mới khoan các lỗ khác và tiếp tục theo quy trình thông thường.
Dưới đây là một số công đoạn và trạm chính mà bạn có thể thấy trong một nhà máy:
Mạ VIP và mài tấm
Tấm lọc / miếng lọc bằng nhôm
Lắp tấm nhôm và tấm đệm để sản xuất ván
Kiểm tra độ chính xác của phim in và pha mực
In thử
Kiểm tra tự động dây chuyền NG, đạt yêu cầu cho sản xuất hàng loạt, xử lý từng đoạn
Lấy mẫu kiểm tra chất lượng trong quá trình sản xuất (IPQC)
Mài tấm gốm
Điều kiện của lớp ngoài và phim ảnh
Nếu lớp phủ bên ngoài đáp ứng các giới hạn của phim âm bản và tỷ lệ khung hình PTH ≤ 6:1:
Các điều kiện cần đáp ứng: chiều rộng đường mạch và khoảng cách giữa các đường mạch đủ lớn, kích thước lỗ PTH lớn nhất nhỏ hơn giới hạn của lớp phủ màng khô, độ dày bảng mạch nhỏ hơn độ dày tối đa cho phép của lớp phủ màng khô, và không có các yêu cầu đặc biệt như mạ vàng không điện phân cục bộ, bảng mạch niken-vàng, bảng mạch lỗ nửa, bảng mạch cắm, không có lỗ PTH hình vòng tròn hoặc lỗ PTH dạng khe.
Sản xuất lớp trong tiêu chuẩn → ép lớp → oxy hóa nâu → khoan laser → tẩy nâu → khoan lớp ngoài → mạ đồng ngâm → mạ điện lấp đầy bảng mạch → phân tích mặt cắt ngang → tạo mẫu lớp ngoài → ăn mòn axit lớp ngoài → kiểm tra AOI lớp ngoài → tiếp tục theo quy trình tiêu chuẩn.
Nếu lớp ngoài tiếp xúc với phim âm bản nhưng tỷ lệ khung hình PTH > 6:1:
Khi tỷ lệ khung hình > 6:1, quá trình mạ lấp đầy toàn bảng mạch không thể đạt được độ dày đồng yêu cầu trong các lỗ via. Sau khi mạ lấp đầy toàn bảng mạch, cần thực hiện thêm một lần mạ điện toàn bảng mạch nữa để tăng độ dày đồng trong các lỗ via. Quy trình:
Sản xuất lớp trong → ép lớp → tạo lớp oxit nâu → khoan bằng laser → tẩy lớp oxit nâu → khoan lớp ngoài → mạ đồng ngâm → mạ điện lấp đầy bảng mạch → mạ điện toàn bộ bảng mạch → phân tích mặt cắt ngang → tạo mẫu lớp ngoài → ăn mòn axit lớp ngoài → tiếp tục theo quy trình tiêu chuẩn.
Nếu lớp ngoài KHÔNG tiếp xúc với phim âm bản, nhưng chiều rộng đường/khoảng cách ≥ a và tỷ lệ khung hình của lỗ PTH ngoài ≤ 6:1:
Sản xuất lớp trong → ép lớp → oxy hóa nâu → khoan bằng laser → tẩy nâu → khoan lớp ngoài → mạ đồng ngâm → mạ điện lấp đầy bảng mạch → phân tích mặt cắt ngang → tạo mẫu lớp ngoài → mạ điện lớp ngoài → ăn mòn kiềm lớp ngoài → kiểm tra AOI lớp ngoài → tiếp tục theo quy trình tiêu chuẩn.
Nếu lớp ngoài KHÔNG tiếp xúc với phim âm bản, hoặc độ rộng đường/khoảng cách 6:1:
Sản xuất lớp trong → ép lớp → oxy hóa nâu → khoan laser → tẩy nâu → mạ đồng ngâm → mạ điện lấp đầy bảng mạch → phân tích mặt cắt ngang → giảm lượng đồng → khoan lớp ngoài → mạ đồng ngâm → mạ điện toàn bảng mạch → tạo mẫu lớp ngoài → mạ điện mẫu → ăn mòn kiềm lớp ngoài → kiểm tra AOI lớp ngoài → tiếp tục theo quy trình tiêu chuẩn.
Ghi chú về mặt cắt ngang và chất lượng
Mặt cắt ngang của nút nhựa
Theo phân tích mặt cắt ngang, một lỗ thông được bịt kín bằng nhựa-mực đạt tiêu chuẩn sẽ có độ lấp đầy nhựa hoàn toàn. Nhựa lấp đầy lỗ đến mức 100%. Bề mặt nhựa ở phía trên và phía dưới đều có độ lồi nhẹ và đồng đều. Sau đó, người ta tiến hành mài tấm gốm để làm phẳng bề mặt.
Chất lượng và quy trình kiểm tra
Lớp nhựa lấp đầy phải được đổ đầy, không được có khe hở.
Bề mặt phích cắm phải phẳng sau khi mài.
Lớp đồng qua lỗ phải đáp ứng các yêu cầu về độ dày sau khi mạ điện hoàn tất.
Kiểm tra xem có hạt hàn hoặc vòng hàn bị kẹt không. Những thứ này không được phép tồn tại.
Hãy kiểm tra xem phích cắm có bị lọt ánh sáng qua lớp mặt nạ hoặc lớp che phủ hay không.
Những lưu ý thực tiễn và các phương pháp hay nhất
Đối với công đoạn gia công VIP (via in pad), hãy tiến hành lấp đầy lỗ via và tạo pad tại các vị trí đó trước khi thực hiện các bước khoan thông thường và các công đoạn khác. Điều này giúp tránh sai sót trong quá trình gia công và góp phần đảm bảo chất lượng mạ cuối cùng.
Khi một bảng mạch có nhiều lỗ vias chìm hoặc lỗ vias mù, hãy lên kế hoạch cho các bước bố trí pad và điền đầy để đảm bảo độ dày lớp laminate ổn định.
Sử dụng loại nhựa phù hợp và quy trình đóng rắn thích hợp. Việc lựa chọn loại nhựa ảnh hưởng đến tính chảy, quá trình đóng rắn và đặc tính mài mòn.
Sử dụng phương pháp lấy mẫu IPQC và kiểm tra cắt ngang sau công đoạn đổ đầy bảng mạch để xác nhận chất lượng đồng bên trong lỗ via và chất lượng chất lấp đầy nhựa.
Sử dụng AOI và các bước kiểm tra cuối cùng khác để đảm bảo không còn bất kỳ vấn đề nào liên quan đến lớp phủ chống hàn hoặc bột hàn.
Tóm tắt
Kỹ thuật lấp đầy lỗ thông bằng nhựa là một quy trình quan trọng đối với các bảng mạch HDI và BGA hiện đại. Kỹ thuật này hỗ trợ việc bố trí đường mạch, nâng cao độ tin cậy và bảo vệ khỏi các khuyết tật hàn. Quy trình này đòi hỏi sự kiểm soát chặt chẽ các công đoạn khoan, mạ, lấp đầy bằng nhựa, sấy khô và mài. Khi được lập kế hoạch kỹ lưỡng, kỹ thuật lấp đầy lỗ thông bằng nhựa cho phép sử dụng các thiết kế VIP và đáp ứng các yêu cầu khắt khe về kích thước pad BGA.