Bảng mạch pcb có lỗ chôn mùđã trở thành nhà cung cấp dịch vụ chính trong các lĩnh vực-cao cấp như truyền thông 5G, hàng không vũ trụ, điện tử y tế, v.v., nhờ những ưu điểm cốt lõi là "tiết kiệm không gian bo mạch, giảm nhiễu tín hiệu và cải thiện khả năng tích hợp mạch". Tuy nhiên, so với các bo mạch pcb xuyên lỗ truyền thống, cấu trúc "không xuyên thấu" và đặc điểm "kết nối nhiều lớp" của các lỗ chôn mù gây ra nhiều trở ngại kỹ thuật trong quá trình xử lý và độ lệch về độ chính xác trong mỗi liên kết có thể trực tiếp dẫn đến lỗi sản phẩm.
1, Nguyên nhân sâu xa của khó khăn trong xử lý
Khó khăn của bo mạch pcb có lỗ chôn mù nằm ở yêu cầu về "độ chính xác về kích thước không gian". Lỗ mù và lỗ chôn phá vỡ logic đơn giản của các lỗ thông truyền thống xuyên qua toàn bộ bảng, đòi hỏi kết nối chính xác ở độ sâu và vị trí cụ thể trong lớp nền có độ dày giới hạn, đồng thời xem xét khả năng kết hợp của các mạch nhiều{1}}lớp. Cấu trúc này mang đến hai thách thức cốt lõi: thứ nhất, khó khăn trong việc kiểm soát độ sâu - độ sâu khoan của lỗ mù cần phải khớp chính xác với khoảng cách từ bề mặt đến lớp bên trong mục tiêu và những sai lệch vượt quá phạm vi hợp lý có thể dẫn đến "không xuyên qua" hoặc "xuyên thủng lớp bên trong"; Thứ hai là vấn đề căn chỉnh giữa các lớp - quá trình xử lý các lỗ chôn đòi hỏi phải vượt qua nhiều lớp nền bên trong và sự khác biệt về tốc độ co ngót và độ lệch tham chiếu định vị của lớp nền nhiều lớp có thể khiến các lỗ chôn bị lệch với các miếng hàn bên trong, cuối cùng dẫn đến hở mạch hoặc đoản mạch.
2, Đột phá khó khăn trong quy trình cốt lõi
(1) Quá trình khoan:
Khoan là "huyết mạch đầu tiên" của quá trình xử lý lỗ chôn mù và độ chính xác của nó quyết định trực tiếp đến hiệu ứng kết nối tiếp theo. Nó chủ yếu phải đối mặt với ba khó khăn lớn:
Khó khăn trong việc kiểm soát độ sâu lỗ mù: Việc khoan lỗ thông-truyền thống chỉ yêu cầu "khoan xuyên qua lớp nền", trong khi lỗ mù yêu cầu kiểm soát chặt chẽ độ sâu khoan. Một mặt, "hiệu ứng nảy" của tốc độ quay-cao của kim khoan có thể dẫn đến độ lệch độ sâu thực tế, đặc biệt khi vật liệu nền là vật liệu có tần số-cao, độ cứng thấp của vật liệu có nhiều khả năng làm trầm trọng thêm độ rung của kim khoan; Mặt khác, độ dày không đồng đều của nền nhiều{4}}lớp có thể dẫn đến sự khác biệt giữa độ sâu khoan thực tế và độ sâu lý thuyết, có thể xâm nhập trực tiếp vào mạch bên trong và làm hỏng cấu trúc bên trong của nền.
Khó khăn trong việc căn chỉnh "khoan thứ cấp" các lỗ chôn: Quá trình xử lý các lỗ chôn thường áp dụng quy trình "khoan lớp bên trong của lỗ chôn trước, sau đó cán mỏng và cuối cùng là khoan lớp lỗ mù bên ngoài", trong đó "căn chỉnh lớp lỗ chôn bên trong với lớp lỗ mù bên ngoài" là mấu chốt. Do sự co nhiệt của bề mặt trong quá trình cán màng, nếu có sự sai lệch giữa tham chiếu định vị của các lỗ chôn bên trong và tham chiếu của các lỗ mù bên ngoài thì rất có khả năng gây ra "lỗ sai lệch". Khi độ dịch chuyển vượt quá phạm vi hợp lý, diện tích chồng chéo giữa lỗ mù bên ngoài và lỗ chôn bên trong sẽ giảm đáng kể, dẫn đến truyền dòng điện kém và thậm chí là hở mạch.
Vấn đề "mất chốt khoan" trong xử lý lỗ mù vi mô: Với sự gia tăng mật độ bảng pcb, việc ứng dụng lỗ mù vi mô ngày càng trở nên phổ biến. Tuy nhiên, độ cứng của chân khoan siêu nhỏ cực kỳ kém và dễ xảy ra hiện tượng "gãy chốt" hoặc "mòn" trong quá trình xử lý. Một mặt, "tỷ lệ chiều dài trên đường kính" của kim khoan siêu nhỏ thường lớn và chúng dễ bị "biến dạng uốn cong" khi quay ở tốc độ-cao, dẫn đến thành lỗ quá nhám; Mặt khác, lưỡi cắt của kim khoan siêu nhỏ bị mòn nhanh và cần phải thay thế thường xuyên, điều này không chỉ làm tăng chi phí mà còn có thể dẫn đến tồn đọng “xỉ khoan” dưới đáy lỗ do “không thay kim khoan mòn kịp thời”, ảnh hưởng đến chất lượng của lớp phủ tiếp theo.
(2) Quá trình phủ:
"Cấu trúc không xuyên thấu" của các lỗ chôn mù dẫn đến "khó trao đổi dung dịch" trong quá trình phủ và dễ bị "không có đồng trên thành lỗ" hoặc "độ dày lớp phủ không đồng đều". Những khó khăn chính thể hiện ở:
Vấn đề "bong bóng còn sót lại" ở đáy lỗ mù: Lắng đọng đồng hóa học là quá trình cốt lõi để đạt được độ dẫn điện trên thành lỗ. Chất nền cần được ngâm trong dung dịch lắng đọng đồng để lắng đọng một lớp đồng mỏng trên bề mặt thành lỗ. Tuy nhiên, “đầu kín” của các lỗ mù dễ bị dư khí, tạo thành các “bong bóng” khiến khu vực đó không tiếp xúc với dung dịch đồng, cuối cùng dẫn đến “không có đồng ở đáy lỗ”. Đặc biệt khi đường kính và độ sâu của lỗ mù nhỏ hơn và sâu hơn thì bong bóng sẽ khó thoát ra ngoài hơn. Nếu không xử lý kịp thời sẽ trực tiếp dẫn đến hở mạch.
Khó khăn trong việc cập nhật giải pháp bên trong hố chôn: Lỗ chôn nằm bên trong lớp nền, sau khi cán màng có nguy cơ cao còn sót lại "cặn màng bán khô" hoặc "xỉ khoan" bên trong hố. Nếu quá trình xử lý trước không kỹ lưỡng sẽ ảnh hưởng đến độ bám dính của lớp phủ. Đồng thời, trong quá trình mạ đồng, chất điện phân trong lỗ chôn chảy chậm, dẫn đến nồng độ ion đồng trong lỗ thấp hơn trên bề mặt tấm, cuối cùng hình thành hiện tượng "lớp phủ mỏng trên thành lỗ và lớp phủ dày trên bề mặt tấm", không đáp ứng được yêu cầu mang dòng điện và dễ bị "quá nóng và cháy" sau khi sử dụng lâu dài.
Vấn đề "bước phủ" trong lỗ mù vi mô: Điểm nối giữa "lỗ mở" và "bề mặt tấm" của lỗ mù vi mô dễ hình thành "bước phủ" - do mật độ dòng điện ở mép lỗ mở cao hơn so với thành lỗ, "tích tụ lớp phủ cạnh" có thể xảy ra trong quá trình mạ điện, dẫn đến chiều cao của các bước vượt quá phạm vi hợp lý. Loại bước này không chỉ ảnh hưởng đến lớp phủ của lớp mặt nạ hàn tiếp theo mà còn có thể gây ra hiện tượng hàn không đều trong quá trình hàn tiếp theo, dẫn đến hàn ảo.
(3) Quá trình ép nhiều lớp:
Phân lớp là quá trình ép "lớp nền bên trong có lỗ chôn đã khoan" và "tấm bán bảo dưỡng" thành một, khó khăn của nó nằm ở chỗ "kiểm soát tốc độ co ngót của lớp nền" và "tránh biến dạng lỗ chôn":
Sự co rút của cán màng dẫn đến "sự dịch chuyển lỗ": Trong quá trình cán màng, chất nền cần được giữ trong môi trường nhiệt độ cao và áp suất cao trong một khoảng thời gian nhất định, và tấm bán bảo dưỡng bằng nhựa epoxy sẽ trải qua quá trình "dòng chảy" và "co rút xử lý". Nếu vật liệu của lớp nền bên trong không phù hợp với tốc độ co ngót của tấm bán cứng sẽ làm cho lớp nền nhiều lớp bị cong vênh, dẫn đến sự dịch chuyển của các lỗ chôn. Khi độ cong vênh của chất nền vượt quá phạm vi tiêu chuẩn, độ lệch căn chỉnh giữa các lỗ chôn và lỗ mù bên ngoài sẽ trực tiếp vượt quá yêu cầu của ngành, ảnh hưởng đến chức năng của mạch.
Vấn đề "tắc nghẽn dòng keo" trong các lỗ chôn: Màng bán khô sẽ tạo ra "dòng keo" trong quá trình cán, và nếu lượng dòng keo quá lớn sẽ khiến các lỗ chôn bị chặn bởi nhựa; Nếu lượng keo chảy quá nhỏ sẽ không thể lấp đầy khoảng trống giữa các lớp nền bên trong, dẫn đến liên kết giữa các lớp không đủ. Khi lỗ chôn bị chặn ở một mức độ nhất định bởi nhựa, đồng không thể lấp đầy lỗ trong quá trình mạ điện tiếp theo, dẫn đến mất tính dẫn điện.
Khó khăn trong việc kiểm soát "độ đồng đều về độ dày" của nền nhiều{0}}lớp: Các tấm pcb lỗ chôn mù thường có cấu trúc nhiều-lớp và trong quá trình cán màng cần đảm bảo độ lệch độ dày của từng lớp nằm trong phạm vi hợp lý. Nhưng nếu chênh lệch độ dày của lá đồng bên trong và thứ tự xếp chồng của các tấm bán bảo dưỡng không hợp lý sẽ dẫn đến "độ dày cục bộ quá dày" hoặc "quá mỏng" của lớp nền nhiều lớp. Ví dụ: nếu có quá nhiều màng bán bảo dưỡng được xếp chồng lên nhau ở một khu vực nhất định, độ dày sẽ sai lệch so với giá trị đã đặt và tốc độ nạp của kim khoan cần phải được điều chỉnh trong quá trình khoan tiếp theo, điều này dễ dẫn đến độ sâu lỗ mù vượt quá tiêu chuẩn.
Hướng giải quyết khó khăn
Để giải quyết những khó khăn trên, ngành đã phát triển một loạt giải pháp kỹ thuật, tập trung vào “kiểm soát độ chính xác” và “nâng cao hiệu quả”:
Quy trình khoan: Áp dụng công nghệ tổng hợp "khoan laser + khoan cơ học" - khoan laser có thể xử lý chính xác các lỗ mù vi mô, với độ lệch độ sâu được kiểm soát trong phạm vi rất nhỏ và không có vấn đề mài mòn kim khoan; Khoan cơ học được sử dụng cho các lỗ chôn có đường kính lớn hơn, kết hợp với "hệ thống định vị trực quan CCD", có thể-điều chỉnh độ lệch vị trí lỗ sau khi cán màng theo thời gian thực, cải thiện đáng kể độ chính xác căn chỉnh.
Quy trình phủ: Giới thiệu công nghệ “mạ điện xung”, bằng cách điều chỉnh định kỳ mật độ dòng điện, thúc đẩy dòng chất điện phân trong hố chôn, cải thiện đáng kể tính đồng nhất về độ dày lớp phủ trên thành lỗ; Để giải quyết vấn đề bong bóng lỗ mù, thiết bị "lắng đọng đồng hóa học chân không" được sử dụng để xả bong bóng bên trong lỗ dưới môi trường áp suất âm, cải thiện đáng kể phạm vi bao phủ của lắng đọng đồng.
Quy trình phân lớp: Phát triển "màng bán bảo dưỡng có độ co thấp", kết hợp với "quy trình cán từng bước" để kiểm soát độ cong vênh của chất nền ở mức cực thấp; Đồng thời, sử dụng “phần mềm mô phỏng tốc độ dòng chảy” để tính toán trước tốc độ dòng chảy của tấm bán bảo dưỡng để tránh tắc nghẽn các lỗ chôn.