戴 勇 劉紅剛 張華勇 尋瑞平

（江門崇達電路技術有限公司，廣東 江門 529000）

0 前言

近些年來，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也突飛猛進，高密度互連（HDI）板通過激光盲埋孔實現(xiàn)各層的電氣互連，順應了電子產(chǎn)品技術的發(fā)展潮流，成為熱門的印制電路板產(chǎn)品，并顯示了長期發(fā)展的必然趨勢[1]。

盲孔裂紋是HDI板最常見的可靠性問題之一，具有功能性影響。造成盲裂紋的因素眾多，原因復雜，在制造過程中不易被檢測，而在無鉛回流焊后進行電測試甚至客戶完成元器件貼裝后進行功能性測試時才被發(fā)現(xiàn)。表現(xiàn)為導通性不良，量測時網(wǎng)絡電阻增大或開路，在高倍金相顯微鏡下觀察失效網(wǎng)絡的切片時，可見盲埋孔電鍍的銅層與內(nèi)層連接盤銅層之間出現(xiàn)微裂紋，被業(yè)界稱為灰色缺陷[2][3]。

本文結合生產(chǎn)實例，利用金相切片、掃描電鏡、能譜分析，以及現(xiàn)場調(diào)查、DOE（實驗計劃法）試驗等分析手段對導致HDI板盲孔裂紋的原因進行了系統(tǒng)研究和分析，并提出了一些改善措施，希望能為廣大PCB從業(yè)者提供一定的參考。

1 實驗部分

1.1 問題描述

我公司近期接客戶投訴A型號HDI板完成貼件、終端組裝后功能測試時失效，不良數(shù)量大，比例達到4%，客戶要求我司查找問題原因并退回，給生產(chǎn)成本以及后續(xù)批次訂單生產(chǎn)造成嚴重影響，我部特對此板功能性失效問題進行了專項研究跟進。

取客戶問題板對功能性缺陷區(qū)域做切片分析，發(fā)現(xiàn)盲孔底部有微裂紋（見圖1）。調(diào)取問題板的生產(chǎn)資料，該板為二階盲孔板，且埋孔上有盲孔設計，埋孔樹脂與板材及半固化片不是同一品牌，初步分析可能是由于電路板在回潮受熱過程中，各材料膨脹系數(shù)不一致，局部內(nèi)應力不一致，導致盲孔底部受力不均、形成微裂紋，從而表現(xiàn)出導通性不良、造成功能性失效。

圖1 問題板有微裂紋盲孔切片

1.2 實驗方案

1.2.1 失效問題板分析

取問題板150 ℃烤板2 h，對失效網(wǎng)絡處進行切片分析、對比烤板前后的盲孔裂紋情況，驗證回潮對板異常的影響；取問題板失效網(wǎng)絡和正常網(wǎng)絡位置進行SEM（掃描電子顯微鏡）、EDS（能散X光線光譜儀）分析，觀察、對比失效處和正常處形貌及元素分布情況。

1.2.2 現(xiàn)場調(diào)查、行業(yè)調(diào)查

調(diào)查失效問題板的生產(chǎn)記錄，并與行業(yè)類似板生產(chǎn)參數(shù)進行對比，判斷是否為工藝參數(shù)導致盲孔裂紋異常。

1.2.3 設計跟進試驗

通過對可能導致盲孔裂紋的影響因素設計交叉試驗、DOE試驗驗證，確定導致異常的主要原因。

1.2.4 改善措施

根據(jù)試驗結果，提出改善措施。

2 結果與討論

2.1 失效問題板分析

取問題板150 ℃烤板2 h，失效網(wǎng)絡處進行切片分析，跟未經(jīng)烤板的問題板切片觀察對比，結果可以看到，問題板烤板后仍然發(fā)現(xiàn)有盲孔微裂紋，說明盲孔微裂紋不是回潮引起的。

取問題板失效位置和正常位置切片進行SEM、EDS分析。SEM觀察結果顯示，失效位置盲孔底部有裂紋，正常位置無異常，同時無論失效位置還是異常位置銅結晶均未發(fā)現(xiàn)有異常；EDS分析發(fā)現(xiàn)，問題板有裂紋位置的C、O含量是正常位置的1倍，這說明導致微裂紋的原因可能是盲孔底部的深度氧化或盲孔底部殘膠，具體是何原因則需進一步實驗驗證。

2.2 現(xiàn)場調(diào)查、行業(yè)調(diào)查分析

對問題板各批次的生產(chǎn)記錄調(diào)查分析，結果如表1。對行業(yè)類類似結構HDI板的生產(chǎn)參數(shù)進行調(diào)查對比，結果如表2。

通過對問題板不同時間點生產(chǎn)批次流程參數(shù)調(diào)查分析，各批次工藝參數(shù)都在我公司的設定的管控范圍內(nèi)，未出現(xiàn)超偏差問題，但沉銅到填孔的暫存時間有發(fā)現(xiàn)超過4 h的文件管控范圍；通過行業(yè)調(diào)查，我公司的沉銅量略高于同行，這是否是導致影響盲孔底部裂紋的原因，需要設計跟進實驗進一步驗證。

表1 問題板生產(chǎn)參數(shù)調(diào)查結果

表2 同類型板流程參數(shù)行業(yè)調(diào)查結果

表3 盲孔底部深度氧化交叉試驗

圖2 盲孔底部深度氧化試驗后切片

2.3 跟進試驗結果

2.3.1 盲孔底部深度氧化交叉試驗結果

表3是盲孔底部深度氧化交叉試驗方法和結果。從試驗結果來看，8組試驗都沒有觀察到盲孔底部微裂紋現(xiàn)象，當沉銅量提高到0.8 μm時，沉銅后到填孔電鍍停放時間即使達到24 h也沒有出現(xiàn)盲孔裂紋的問題，說明我公司制定的沉銅量參數(shù)沒有問題，不是導致盲孔底部微裂紋的原因，同時調(diào)取生產(chǎn)記錄查到的部分沉銅到填孔的暫存時間有發(fā)現(xiàn)超過4 h的文件管控范圍的問題，也不是導致此次盲孔底部微裂紋的原因。

2.3.2 盲孔底部除膠不凈DOE試驗結果

表4是盲孔底部除膠不凈DOE試驗方法及結果，圖3是對應編號孔切片，圖4是試驗數(shù)據(jù)分析結果?？梢钥吹?，從主效應來看，不過除膠是主要影響因子；從交互作用來看，沉銅微蝕、填孔前處理與不過除膠有交互作用。最佳生產(chǎn)條件是沉銅除膠缸、沉銅微蝕缸、填孔前處理三者都過，由以上分析可知導致此次客戶盲孔微裂紋的主要原因為盲孔底部殘膠所致，至于此殘膠到底是激光未燒干凈，還是水平沉銅除膠未除干凈已無法追溯?？紤]到目前生產(chǎn)的HDI板首板及出貨切片未發(fā)現(xiàn)此類問題，說明此問題不是批量問題，而是盲孔底部除膠是否除干凈的局部品質(zhì)監(jiān)控問題，后續(xù)的改善措施即是在維持目前的工藝參數(shù)下，確保生產(chǎn)過沉銅除膠、沉銅微蝕、填孔前處理，同時在除膠后嚴格做好首板激光AOI（自動光學檢測）掃描觀察，監(jiān)控盲孔底部除膠情況，確認首件盲孔底部除膠無問題了，再做下一步填孔電鍍。

表4 盲孔底部除膠不凈DOE試驗方法及結果

圖3 盲孔底部除膠不凈DOE試驗孔切片

圖4 盲孔底部除膠不凈實驗結果分析圖

2.4 改善措施

由以上分析，確定如表5所示的盲孔底部除膠不凈改善措施。

3 結論

（1）盲孔底部深度氧化交叉試驗，說明公司現(xiàn)行制定的沉銅量等工藝參數(shù)沒有問題，不是導致盲孔底部微裂紋的原因，同時調(diào)取生產(chǎn)記錄查到的部分沉銅到填孔的暫存時間發(fā)現(xiàn)有超過4 h的文件管控范圍的問題，這也不是導致此次盲孔底部微裂紋的原因；

表5 盲孔底部除膠不凈改善措施

（2）經(jīng)DOE實驗對盲孔底部除膠結果，表明導致此次客戶盲孔微裂紋的主要原因為盲孔底部殘膠所致，考慮到目前生產(chǎn)的HDI板首板及出貨切片未發(fā)現(xiàn)此問題，說明此問題不是批量問題，而是盲孔底部除膠是否除干凈的局部品質(zhì)監(jiān)控問題，據(jù)此后續(xù)的改善措施是在維持目前的工藝參數(shù)下，確保生產(chǎn)過沉銅除膠、沉銅微蝕、填孔前處理，同時在除膠后嚴格做好首板激光AOI掃描觀察，監(jiān)控盲孔底部除膠情況，確認首件盲孔底部除膠無問題了，再做下一步填孔電鍍。