盲孔裂縫的成因與改善

2011-05-31 02:34朱興華

印制電路信息 2011年7期

朱興華

（珠海方正科技多層電路板有限公司，廣東珠海 519175）

1 前言

近年來，隨著電子產(chǎn)品的高速發(fā)展，輕薄短小和多功能化要求趨勢十分明顯，作為核心電子元器件之一的印制電路板技術(shù)也突飛猛進，具有激光盲孔這一顯著特征的高密度互聯(lián)印制電路板（HDI）技術(shù)成為印制電路板（PCB）長期發(fā)展的必然趨勢，同時多功能化的電子產(chǎn)品對印制電路板的可靠性提出了更高的要求，實現(xiàn)層間互聯(lián)的激光盲孔的可靠性成為業(yè)者關(guān)注的重點。

盲孔裂縫是高密度互連印制電路板無鉛回焊時最常見的盲孔可靠性問題之一，其影響因素多，原因復(fù)雜,在制造過程中不易被檢測，業(yè)者稱之為典型的灰色缺陷，由無鉛回焊時介質(zhì)層熱膨脹產(chǎn)生的拉伸力超過盲孔與底部連接盤的結(jié)合力導(dǎo)致底部產(chǎn)生裂紋[1]。這類缺陷往往在無鉛回焊后進行電性測試時才被發(fā)現(xiàn)，常表現(xiàn)為導(dǎo)通性不良，量測時網(wǎng)絡(luò)電阻增大或開路，在高倍金相顯微鏡下觀察失效網(wǎng)絡(luò)中的盲孔微切片，可見盲孔電鍍的銅層與內(nèi)層連接盤銅層之間出現(xiàn)微裂紋（如圖1）。

在白蓉生老師《失效分析案例判讀之7》一文中，通過微切片對焊后盲孔裂縫問題進行了分析[2]。本文從現(xiàn)場實務(wù)管理出發(fā)，運用DOE正交試驗設(shè)計方法，對造成盲孔裂縫的影響因子進行實驗，找出過程管控要點，從制作過程進行預(yù)防。

2 實驗條件

2.1 實驗設(shè)備

實驗所用設(shè)備有Burkle壓機、Hitachi激光鉆機、水平除膠線、水平化學(xué)沉銅線、垂直連續(xù)電鍍線等。

2.2 檢測設(shè)備

實驗所用檢測設(shè)備有切片研磨機、9段無鉛回焊機、金相顯微鏡、萬用表等。

2.3 實驗材料

2.3.1 實驗材料：

（1）S公司中Tg材料（Tg 150 ℃、PN固化、加填料的FR-4材料）；

（2）S公司高Tg材料（Tg 170 ℃、PN固化、加填料的FR-4材料）。

（3）采用上述材料，制作成4層的實驗板，疊板結(jié)構(gòu)（如圖2）為：12 μm Cu＋1080×1＋0.6mm1/1＋1080×1＋12μm Cu。

2.3.2 除膠與沉銅藥水：D公司的化學(xué)除膠與化學(xué)沉銅藥水

2.3.3 電鍍藥水：D公司的盲孔電鍍添加劑

2.4 實驗測試板

實驗測試板采用盲孔互連設(shè)計，每塊測試板上設(shè)計10萬個盲孔，每塊測試板上設(shè)計4個測試樣品，每個樣品上設(shè)計25000個盲孔和2個測試點（圖3）。

3 實驗設(shè)計

3.1 特性要因圖與實驗因子選擇

盲孔裂縫的形成原因復(fù)雜，涉及的制作流程長，影響因素復(fù)雜，為了找到問題的根因，通過頭腦風(fēng)暴，找出所有可能影響的因子，繪制出特性要因圖，如圖4。

對上述所有可能原因進行理論分析，結(jié)合實際生產(chǎn)過程中的經(jīng)驗判斷，篩選出最可能因子進行試驗（如表1）。

表1 實驗因子選擇表

3.2 影響因子顯著性實驗

3.2.1 實驗流程

切板 → 內(nèi)層圖形轉(zhuǎn)移 → 棕化 → 壓板 → 開窗→ 激光鉆孔→ 凹蝕 → 沉銅 → 電鍍 → 外層圖形轉(zhuǎn)移 → 檢測

3.2.2 檢測方法

無鉛回流3次（Re flow） → 熱應(yīng)力測試（288 ℃×10 s×3次） → 烘烤（200 ℃×1h） → 電阻測試（萬用表） → 取電阻變化比較大的盲孔進行切片與顯微鏡檢查。

3.2.3 測試樣本量

盲孔裂縫在檢驗檢查時的可探測度低，根據(jù)最小樣本量計算方法并給予適當(dāng)放大，本次實驗的樣本量選取為：每個試驗取兩塊板，測試20個單元的電阻值，制作并觀察10個盲孔切片。

3.2.4 實驗設(shè)計

本次實驗采用L827正交表（如表2），所取各因子間在理論上不存在顯著的相互作用。因此，本次實驗不考慮因子間的相互作用。

3.2.5 實驗因子水平說明

根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，各實驗因子水平選取如表3。

3.2.6 實驗結(jié)果

按照上述樣本量取樣要求進行檢測，統(tǒng)計各組實驗發(fā)生盲孔裂縫的盲孔個數(shù)，如表4。

3.2.7 數(shù)據(jù)分析

3.2.7.1 極差分析

對各組實驗檢測出的盲孔失效個數(shù)進行極差分析（如表5），分析結(jié)果顯示，各因子的顯著性順序為：顯著性B1（激光能量）＞ D1（沉銅前微蝕大小）＞ A2（材料）。

表2 L827正交表

表3 實驗因子水平表

表4 影響因子顯著性實驗結(jié)果數(shù)據(jù)表

表5 失效盲孔數(shù)的極差分析表

3.2.7.2 方差分析

對各組實驗的盲孔失效數(shù)進行方差分析如表6，分析結(jié)果顯示，B（激光能量）、D（微蝕大?。（材料）是造成盲孔裂縫的顯著因子。

3.2.8 實驗結(jié)論

由上述極差分析和方差分析的結(jié)果可知，激光能量（B）、沉銅前微蝕大小（D）和材料（A）是造成盲孔裂縫的顯著因子。極差分析顯示高Tg材料對盲孔裂縫的影響顯著，而在實際量產(chǎn)時采用的是中Tg材料，因此在后文的最佳參數(shù)實驗時，不再考慮此因子。

3.3 最佳參數(shù)實驗

3.3.1 實驗設(shè)計與實驗結(jié)果

表6 影響因子顯著性實驗方差分析表

由顯著因子實驗結(jié)果可知，激光能量和沉銅前微蝕大小是盲孔裂縫的顯著影響因素，理論分析兩因子間的相互作用不明顯。因此最佳參數(shù)實驗采用L932正交表，實驗流程、檢測方法、樣本量選取與顯著因子實驗時相同，實驗因子水平如表7，正交表和實驗結(jié)果如表8。

3.3.2 實驗數(shù)據(jù)方差分析

對各組實驗的盲孔失效數(shù)進行方差分析如表9，分析結(jié)果顯示，按照此水平實驗，B（激光能量）、D（微蝕大?。┮蜃拥挠绊懖伙@著，即為解決盲孔裂縫的最佳參數(shù)。

4 結(jié)論

實驗表明，激光鉆孔的能量設(shè)定和沉銅前微蝕大小的控制是導(dǎo)致高密度互聯(lián)印制電路板（HDI）盲孔裂縫的顯著因子，同時驗證了可預(yù)防問題產(chǎn)生的最佳生產(chǎn)參數(shù)，文章所用實驗和檢測方法可有效的發(fā)現(xiàn)問題，可供同行業(yè)者參考。