CN103442530A - 一种pcb单边环孔的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种PCB单边环孔的制作方法，包括钻孔和设计菲林，所述钻孔包括在PCB板材预定位置钻取用于制作单边环孔的一个或多个过孔，设计菲林包括根据预定线路在菲林上设计线路布置图，及在菲林上设置与所述过孔一一对应的挡光单元。本发明的PCB单边环孔的制作方法，能够生产单边环孔，满足BGA及普通PCB越来越高的密集度要求，使得制备密集度更高的BGA及普通PCB成为可能。

Description

一种PCB单边环孔的制作方法

技术领域

本发明涉及一种PCB单边环孔的制作方法。

背景技术

BGA的全称是Ball Grid Array（球栅阵列结构的PCB），它是集成电路采用有机载板的一种封装法。由于BGA自身结构的特殊性，要求封装面积必须非常小。为了进一步缩小封装面积，人们尝试通过使用单边环孔替代传统的双边环孔的方式。但现有技术只能加工双边环孔，并没有单边环孔的加工方法。

发明内容

有鉴于此，本发明为上述解决的技术问题，提供一种PCB单边环孔及其制作方法，能够满足BGA及普通PCB越来越高的密集度要求，使得制备密集度更高的BGA及普通PCB成为可能。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种PCB单边环孔的制作方法，包括钻孔和设计菲林，所述钻孔包括在PCB板材预定位置钻取用于制作单边环孔的一个或多个过孔，设计菲林包括根据预定线路在菲林上设计线路布置图，及在菲林上设置与所述过孔一一对应的挡光单元。

本方法能制备理想的单边环孔，且仅在传统的过孔制作方法的基础上，调整菲林工序，在传统的菲林上添加与上述过孔一一对应的挡光单元。通过这一系列的挡光单元，就可完成单边环孔的制备。由此方法制作而成的单边环孔在BGA位置可以节省大量空间，当BGA越来越密集以及各种电路板也越来越密集时，此类单边环孔便可满足市场需求。

PCB单边环孔的制备原理：感光膜由于挡光单元的阻挡无法吸光，在显影工序中，该处感光膜被褪去，露出铜层；紧接着是图电，对裸露的铜层加厚，并在表面镀上锡层，再经褪膜、蚀刻、褪锡等传统工序，单边环孔的制作便完成了。

所述挡光单元为能在曝光时阻挡感光膜吸光的挡光阴影，且挡光阴影的形状与所述过孔相同。

上述挡光单元为菲林上的一块阴影，阴影的形状与其对应的过孔相同。此阴影能够在曝光时，阻止其对应的感光膜部分接触光线，避免感光膜吸光而变化，保证此部分感光膜在显影工序中消失，以及后续的图电等工序正常进行。

当所述过孔为圆孔时，所述挡光单元为圆形挡光阴影，且圆形挡光阴影的直径与过孔直径、PCB板材铜厚满足下列关系：

设圆形挡光阴影直径为X、过孔直径为Y、PCB板材铜厚为Z，

  当Z为1/3OZ时，则X=Y+0.25mil;

    Z为1/2OZ时，则X=Y+0.5mil;

    Z为1×n（n大于或等于1）OZ时，则X=Y+n-0.25mil。

为了进一步保证单边环孔具有优秀的品质：仅一侧设有铜环、铜壁厚度与铜环厚度相同、铜壁在无铜环一侧的端面与孔壁平齐、PCB单边环孔的铜壁与孔壁贴合紧密，发明人提供了上述的具体制备数据。

由于蚀刻工序中无法避免侧蚀的发生，如果菲林上未设置挡光单元、且该挡光单元直径较孔壁直径补偿值满足上述关系，则在蚀刻时，单边环孔的铜壁会由于侧蚀而损毁，铜壁不完整就意味着过孔线路不通畅，严重影响PCB的品质。

底铜厚度为1OZ（即1盎司），孔壁直径为0.25mm，则挡光单元直径较孔壁直径补偿值为0.75mil，即挡光单元直径为0.27mm。由于1mil=0.0254mm，则0.75mil≈0.02mm。由于挡光单元较孔壁直径仅大0.02mm，因此，单边环孔该侧在蚀刻工序前，设有长度为0.02mm的锡层。在不发生侧蚀的理想状态下，单边环孔最终应为一侧设有宽度为0.02mm的小铜环，另一侧设有常规的铜环。但是，由于蚀刻工序无法避免侧蚀的发生，宽度为0.02mm的小铜环被侧蚀而消失。

为了进一步保证所述小铜环正好被完全侧蚀，发明人对侧蚀的速度进行了多方面的研究，并测得侧蚀速度的波动范围。根据此侧蚀速度，并配合准确的时间，就能通过蚀刻工序中侧蚀的作用，完整的去除所述小铜环，且保证去除小铜环的同时，不会破坏铜壁的结构。

由于所述挡光单元直径较孔壁直径大，感光膜上未吸光区也比孔壁直径大，因此不会发生感光膜碎裂及感光膜堵孔的现象，可以确保图电时，药水具有足够的贯穿性从而能保证孔内的铜厚。

所述PCB单边环孔的制作方法还包括对PCB板材进行曝光之前，对菲林、感光膜、PCB板材通过五点定位，所述五点定位包括在菲林、感光膜、PCB板材的中心及边缘四角上分别设置一个定位孔，菲林中心及边缘四角上的定位孔与感光膜、PCB板材中心及边缘四角上的定位孔一一对应。

五点对位法，简洁方便且定位效果优秀，保证菲林、感光膜、PCB板材在各个方向上都不发生偏移。

所述单边环孔设置在PCB板材上，包括孔壁和设置在孔壁上的铜壁，所述铜壁仅有一侧设有铜环。

由于所述PCB单边环孔有且仅有一侧设有铜环，所以通过利用这种孔替代传统双面孔环的过孔，能够进一步节约面积，使得BGA的密集度大大提升。此外，由于单边环孔的一侧设有铜环，该侧铜环能够对孔壁上附着的铜壁起到非常好的固定效果；其结构优秀，能够将铜壁受到的作用力迅速分散到铜环上，有效防止局部应力过大而损毁该孔的结构。

所述铜壁厚度与铜环厚度相同。

与传统的双面环孔的过孔相比，本发明的单边环孔仅一侧设有环孔，从孔的物理结构层面分析，本发明的单边环孔的铜壁较容易脱落。为尽可能弥补结构改变对过孔性能的影响，本发明的单边环孔对铜壁厚度与铜环厚度提出很高的要求，铜壁与铜环的厚度必须相等，且误差≤±5%。

所述铜壁在无铜环一侧的端面与所述孔壁平齐。

为保证单边环孔的品质，为电路提供可靠的连通特性，还需要加强孔的无铜环边缘的端面与孔壁端面平齐。若铜壁端面不平整，除了容易造成闭合回路局部接触不良，还会使得电器件的抗摔特性大大降低。此外，在PCB的制造与维修期间，由于其端面不平整，还容易划伤工作人员，造成意外伤害。

由于铜壁的一侧无设置铜环，在制作所述单边环孔时，蚀刻时间控制不好，就容易使过孔的无铜环边缘凹陷而凸起，影响过孔的品质。为此，研究不同厚度的铜层的蚀刻时间，是解决此问题的最佳途径。

所述PCB单边环孔的铜壁与孔壁贴合紧密。

铜壁与孔壁的紧密贴合，具有良好的抗冲击、耐摔能力。在288℃的温度中，单次持续时间为10秒的5次连续热冲击下，所述PCB单边环孔能保证不发生孔壁分离现象。

在BGA上设置单边环孔，适应BGA只有一面比较密集的情况，且不降低孔铜与基板的结合力，保证了单边环孔的品质。具体实施中对本发明制作的单边环孔与常规环孔的热冲击结果如下表：

类型	热冲击温度	时间	次数	实验结果
					本发明制作单边环孔	288度	10秒	5次	无孔壁分离
常规环孔	288度	10秒	3次	孔壁分离

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明的PCB单边环孔及其制作方法，能够满足BGA及普通PCB越来越高的密集度要求，使得制备密集度更高的BGA及普通PCB成为可能。所述的单边环孔只有一面设置有孔环。在BGA上设置单面环孔，适应BGA只有一面比较密集的情况，且不降低孔铜与基板的结合力，保证了单边无环孔的品质。制作而成的单边无环孔在BGA位置可以节省大量空间，当BGA越来越密集以及各种电路板也越来越密集时，此类单边无环孔便可满足市场需求。

所述单边环孔的制作方法根据板上底铜厚度越厚，蚀刻时侧蚀量越大，在单边环孔无环一面孔口处设置对应大小的菲林挡光PAD，使得所形成的孔环能在蚀刻时刚好被完全侧蚀，从而达到单边无环孔的制作要求，不需要调整任何干膜，图电，蚀刻参数，只需要注意干膜的对位精度即可，制作而成的单边无环孔无干膜碎裂及干膜堵孔现象，孔铜与孔口基板平齐，铜与孔壁的结合力强，在BGA位置可以节省大量空间，当BGA越来越密集以及各种集成电路板也越来越密集时，此类单边无环孔便可满足市场需求。

附图说明

图1为本发明的PCB单边环孔的结构图。

图2为本发明的PCB单边环孔在不发生侧蚀情况下的结构图。

图3为本发明的PCB单边环孔的图电工序的结构图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步详细描述。

实施例1

本实施例的制作方法用于制作底铜厚度为1OZ（即1盎司）、孔壁直径为0.25mm的PCB单边环孔，包括钻孔和设计菲林21，所述钻孔包括在PCB板材预定位置钻取用于制作单边环孔的20个过孔，设计菲林包括根据预定线路在菲林上设计线路布置图，及在菲林上设置与所述过孔一一对应的挡光单元。

本方法能制备理想的单边环孔，且仅在传统的过孔制作方法的基础上，调整菲林工序，在传统的菲林上添加与上述过孔一一对应的挡光单元。通过这一系列的挡光单元，就可完成单边环孔的制备。由此方法制作而成的单边环孔在BGA位置可以节省大量空间，当BGA越来越密集以及各种电路板也越来越密集时，此类单边环孔便可满足市场需求。

PCB单边环孔的制备原理：感光膜由于挡光单元的阻挡无法吸光，在显影工序中，该处感光膜被褪去，露出铜层4；紧接着是图电，对裸露的铜层4加厚，并在表面镀上锡层5，再经褪膜、蚀刻、褪锡等传统工序，单边环孔的制作便完成了。

所述挡光单元为能在曝光时阻挡感光膜吸光的挡光阴影，且挡光阴影的形状与所述过孔相同。

上述挡光单元为菲林上的一块阴影，阴影的形状与其对应的过孔相同。此阴影能够在曝光时，阻止其对应的感光膜部分接触光线，避免感光膜吸光而变化，保证此部分感光膜在显影工序中消失，以及后续的图电等工序正常进行。

所述过孔为圆孔，所述挡光单元为圆形挡光阴影，且圆形挡光阴影的直径为0.25mm，底铜厚度为1OZ，则挡光单元直径X=0.25mm+1mil-0.25mil=0.27mm。

为了进一步保证单边环孔具有优秀的品质：仅一侧设有铜环、铜壁厚度与铜环厚度相同、铜壁在无铜环一侧的端面与孔壁平齐、PCB单边环孔的铜壁与孔壁贴合紧密，发明人提供了上述的具体制备数据。

由于蚀刻工序中无法避免侧蚀的发生，如果菲林上未设置挡光单元、且该挡光单元直径较孔壁直径补偿值满足上述关系，则在蚀刻时，单边环孔的铜壁会由于侧蚀而损毁，铜壁不完整就意味着过孔线路不通畅，严重影响PCB的品质。

底铜厚度为1OZ（即1盎司），孔壁直径为0.25mm，则挡光单元直径较孔壁直径补偿值为0.75mil，即挡光单元直径为0.27mm。由于1mil=0.0254mm，则0.75mil≈0.02mm。由于挡光单元较孔壁直径仅大0.02mm，因此，单边环孔该侧在蚀刻工序前，设有长度为0.02mm的锡层。在不发生侧蚀的理想状态下，单边环孔最终应为一侧设有宽度为0.02mm的小铜环43，另一侧设有常规的铜环。但是，由于蚀刻工序无法避免侧蚀的发生，宽度为0.02mm的小铜环被侧蚀而消失。

为了进一步保证所述小铜环正好被完全侧蚀，发明人对侧蚀的速度进行了多方面的研究，并测得侧蚀速度的波动范围。根据此侧蚀速度，并配合准确的时间，就能通过蚀刻工序中侧蚀的作用，完整的去除所述小铜环，且保证去除小铜环的同时，不会破坏铜壁的结构。

由于所述挡光单元直径较孔壁直径大，感光膜上未吸光区也比孔壁直径大，因此不会发生感光膜碎裂及感光膜堵孔的现象，可以确保图电时，药水具有足够的贯穿性从而能保证孔内的铜厚。

所述PCB单边环孔的制作方法还包括对PCB板材1进行曝光之前，对菲林21、感光膜22、PCB板材1通过五点定位，所述五点定位包括在菲林21、感光膜22、PCB板材1的中心及边缘四角上分别设置一个定位孔，菲林21中心及边缘四角上的定位孔与感光膜22、PCB板材1中心及边缘四角上的定位孔一一对应。

五点对位法，简洁方便且定位效果优秀，保证菲林、感光膜、PCB板材在各个方向上都不发生偏移。

所述单边环孔设置在PCB板材1上，包括孔壁3和设置在孔壁3上的铜壁41，所述铜壁41仅有一侧设有铜环42。

由于所述PCB单边环孔有且仅有一侧设有铜环，所以通过利用这种孔替代传统双面孔环的过孔，能够进一步节约面积，使得BGA的密集度大大提升。此外，由于单边环孔的一侧设有铜环，该侧铜环能够对孔壁上附着的铜壁起到非常好的固定效果；其结构优秀，能够将铜壁受到的作用力迅速分散到铜环上，有效防止局部应力过大而损毁该孔的结构。

所述铜壁41厚度与铜环42厚度相同。

与传统的双面环孔的过孔相比，本发明的单边环孔仅一侧设有环孔，从孔的物理结构层面分析，本发明的单边环孔的铜壁较容易脱落。为尽可能弥补结构改变对过孔性能的影响，本发明的单边环孔对铜壁厚度与铜环厚度提出很高的要求，铜壁与铜环的厚度必须相等，且误差≤±5%。

所述铜壁41在无铜环一侧的端面与所述孔壁3平齐。

为保证单边环孔的品质，为电路提供可靠的连通特性，还需要加强孔的无铜环边缘的端面与孔壁端面平齐。若铜壁端面不平整，除了容易造成闭合回路局部接触不良，还会使得电器件的抗摔特性大大降低。此外，在PCB的制造与维修期间，由于其端面不平整，还容易划伤工作人员，造成意外伤害。

由于铜壁的一侧无设置铜环，在制作所述单边环孔时，蚀刻时间控制不好，就容易使过孔的无铜环边缘凹陷而凸起，影响过孔的品质。为此，研究不同厚度的铜层的蚀刻时间，是解决此问题的最佳途径。

所述PCB单边环孔的铜壁41与孔壁3贴合紧密。

铜壁与孔壁的紧密贴合，具有良好的抗冲击、耐摔能力。在288℃的温度中，单次持续时间为10秒的5次连续热冲击下，所述PCB单边环孔能保证不发生孔壁分离现象。

在BGA上设置单边环孔，适应BGA只有一面比较密集的情况，且不降低孔铜与基板的结合力，保证了单边环孔的品质。具体实施中对本发明制作的单边环孔与常规环孔的热冲击结果如下表：

类型	热冲击温度	时间	次数	实验结果
					本发明制作单边环孔	288度	10秒	5次	无孔壁分离
常规环孔	288度	10秒	3次	孔壁分离

实施例2

本实施例的制作方法用于制作底铜厚度为1/2OZ、孔壁直径为0.25mm的PCB单边环孔，在设计菲林的阶段中，挡光单元直径较孔壁直径补偿值为0.5mil，即挡光单元直径为0.263mm。由于挡光单元较孔壁直径仅大0.013mm，因此，单边环孔该侧在蚀刻工序前，设有长度为0.013mm的锡层，并在蚀刻工序时，宽度为0.013mm的小铜环将被侧蚀而消失。其余步骤与实施例1相同。

实施例3

本实施例的制作方法用于制作底铜厚度为1/3OZ、孔壁直径为0.25mm的PCB单边环孔，在设计菲林的阶段中，挡光单元直径较孔壁直径补偿值为0.25mil，即挡光单元直径为0.256mm。由于挡光单元较孔壁直径仅大0.006mm，因此，单边环孔该侧在蚀刻工序前，设有长度为0.006mm的锡层，并在蚀刻工序时，宽度为0.006mm的小铜环将被侧蚀而消失。其余步骤与实施例1相同。

实施例4

本实施例的制作方法用于制作底铜厚度为2OZ、孔壁直径为0.25mm的PCB单边环孔，在设计菲林的阶段中，挡光单元直径较孔壁直径补偿值为1.75mil，即挡光单元直径为0.294mm。由于挡光单元较孔壁直径仅大0.044mm，因此，单边环孔该侧在蚀刻工序前，设有长度为0.044mm的锡层，并在蚀刻工序时，宽度为0.044mm的小铜环将被侧蚀而消失。其余步骤与实施例1相同。

实施例5

本实施例的制作方法用于制作正方形单边环孔，底铜厚度为1/3OZ、孔壁直径为0.25mm的，在设计菲林的阶段中，挡光单元边长较孔壁边长补偿值为0.25mil，即挡光单元边长为0.256mm。由于挡光单元较孔壁边长仅大0.006mm，因此，单边环孔该侧在蚀刻工序前，设有长度为0.006mm的锡层，并在蚀刻工序时，宽度为0.006mm的小铜环将被侧蚀而消失。其余步骤与实施例1相同。

上述实施例是本发明的优选实施方式，除此之外，本发明还可以有其他实现方式。也就是说，在没有脱离本发明构思的前提下，任何显而易见的替换也应落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种PCB单边环孔的制作方法，包括钻孔和设计菲林，所述钻孔包括在PCB板材预定位置钻取用于制作单边环孔的一个或多个过孔，设计菲林包括根据预定线路在菲林上设计线路布置图，及在菲林上设置与所述过孔一一对应的挡光单元。

2.根据权利要求1所述PCB单边环孔的制作方法，其特征在于：所述挡光单元为能在曝光时阻挡感光膜吸光的挡光阴影，且挡光阴影的形状与所述过孔相同。

3.根据权利要求2所述PCB单边环孔的制作方法，其特征在于：当所述过孔为圆孔时，所述挡光单元为圆形挡光阴影，且圆形挡光阴影的直径与过孔直径、PCB板材铜厚满足下列关系：

设圆形挡光阴影直径为X、过孔直径为Y、PCB板材铜厚为Z，

  当Z为1/3OZ时，则X=Y+0.25mil；

      Z为1/2OZ时，则X=Y+0.5mil；

      Z为1×n（n大于或等于1）OZ时，则X=Y+n-0.25mil。

4.根据权利要求1或2或3所述的PCB单边环孔的制作方法，其特征在于：还包括对PCB板材进行曝光之前，对菲林、感光膜、PCB板材通过五点定位，所述五点定位包括在菲林、感光膜、PCB板材的中心及边缘四角上分别设置一个定位孔，菲林中心及边缘四角上的定位孔与感光膜、PCB板材中心及边缘四角上的定位孔一一对应。

5.根据权利要求4所述的PCB单边环孔的制作方法，其特征在于：所述单边环孔设置在PCB板材上，包括孔壁和设置在孔壁上的铜壁，所述铜壁仅有一侧设有铜环。

6.根据权利要求5所述的PCB单边环孔的制作方法，其特征在于：所述铜壁厚度与铜环厚度相同。

7.根据权利要求6所述的PCB单边环孔的制作方法，其特征在于：所述铜壁在无铜环一侧的端面与所述孔壁平齐。

8.根据权利要求7所述的PCB单边环孔的制作方法，其特征在于：所述PCB单边环孔的铜壁与孔壁贴合紧密。

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