張雪鋒 彭曉華

（廣東科翔電子科技股份有限公司，廣東 惠州 516083）

1 背景描述

隨著電子產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，印制電路板（PCB）也在隨之演變，主要體現(xiàn)在層數(shù)越來(lái)越高、線寬/線距越來(lái)越小、孔密集度越來(lái)越高。本文主要對(duì)HDI板大銅面盲孔、埋孔（BVH）區(qū)域在成品過(guò)紅外線（IR）爐后分層起泡異常，通過(guò)不良實(shí)物微切片分析并擬定實(shí)驗(yàn)方案，根據(jù)試驗(yàn)方案測(cè)試得出相應(yīng)條件下的不良數(shù)量，層別出HDI板大銅面BVH區(qū)域分層貢獻(xiàn)度，找出造成分層起泡的真因，故針對(duì)分層起泡作為專題進(jìn)行研究改善，并落實(shí)到過(guò)程控制，以防止異常再次發(fā)生。

2 不良現(xiàn)象分析

2.1 分層不良位置

將分層的位置剝開，發(fā)現(xiàn)分層問(wèn)題主要集中在外層大銅面的BVH上方，從分層位置外觀可以看到，分層處外層銅面上及BVH上方均有殘留樹脂，棕化面顏色正常（見圖1）。

圖1 分層不良圖片

2.2 微切片分析

將分層位置進(jìn)行微切片分析，分層既發(fā)生在L1、L2層之間的半固化片內(nèi)部，又發(fā)生在L2、L3層之間的半固化片內(nèi)部。棕化面上均有樹脂，從該切片看出分層是發(fā)生在材料內(nèi)部，跟棕化面無(wú)關(guān)（見圖2）。

圖2 分層位置微切片圖

3 失效分析

3.1 要因分析

通過(guò)和客戶溝通了解到，貼裝條件為無(wú)鉛要求，最低貼裝溫度在240℃，造成分層的要因分析（見圖3）。通過(guò)以上分析，首先，材料作為導(dǎo)致分層的顯著因子，其次，PCB受潮及設(shè)計(jì)原因也有一定貢獻(xiàn)度。

3.2 材料分析

無(wú)BVH區(qū)域（見圖4例1）在耐熱性能測(cè)試受熱膨脹時(shí)，在同一平面上各個(gè)位置的Z方向的膨脹量都是均勻的，因此不會(huì)存在由于結(jié)構(gòu)的差異造成的應(yīng)力集中區(qū)域。當(dāng)設(shè)計(jì)有BVH鉆在基面上（見圖4例2）時(shí)，在BVH與BVH之間的A-A和C-C截面上，由于基材沒有收到BVH在Z方向的約束，膨脹量較大，而在BVH和焊盤所在的B-B截面上，由于基材受到BVH在Z方向的約束，因而膨脹量較小，這3處的膨脹量的差異，在BVH焊盤與HDI介質(zhì)和塞孔樹脂交界處和附近區(qū)域造成應(yīng)力集中。從而比較容易形成裂縫和分層。

圖3 分層異常要因分析圖

圖4 Z軸膨脹分析

當(dāng)設(shè)計(jì)有BVH且BVH鉆在Cu面上時(shí)，也會(huì)在BVH焊盤與HDI介質(zhì)和塞孔樹脂交界處和附近區(qū)域造成應(yīng)力集中，但是由于BVH與BVH之間的Cu是連接在一起的，A-A和C-C截面上也會(huì)有一定的約束，因此A-A和C-C截面和B-B截面在Z-方向的膨脹量的差異會(huì)較小一些，形成裂縫和分層相對(duì)也就小一些（見圖4例3）。

3.3 PCB受潮分析

PCB中的水分主要存在于樹脂分子中和PCB內(nèi)部存在的宏觀物理缺陷處，如空隙、微裂紋等，水的存在也對(duì)其性能有著異常重要的影響。

在PCB受熱的同時(shí)，其中一部分自由體積的水可以通過(guò)微孔狀的PCB基材散失出去，從而減少可能在空隙或微裂紋處聚集的水的摩爾體積分?jǐn)?shù)，從而有利于PCB的分層改善。如果PCB表面有大面積的Cu圖形覆蓋，則在PCB受熱時(shí)，BVH上方的大銅面擋住受熱后向外逸出的水氣，使微裂紋中水氣濃度升高，發(fā)生分層的幾率增加。

4 實(shí)驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)以上分析，擬定了不同材料試驗(yàn)（見表1）、HITACHI材料試驗(yàn)（見表2）、PCB受潮試驗(yàn)（見表3）試驗(yàn)計(jì)劃進(jìn)一步驗(yàn)證。

4.1 不同材料試驗(yàn)

采用不同基材和塞孔樹脂，比較分層情況（見表1）。

不同材料試驗(yàn)結(jié)論：

（1）由以上試驗(yàn)可以看出，使用HITACHI均有分層，但通過(guò)使用較高樹脂含量半固化片、改變?nèi)子湍?，?duì)分層有一定程度的改善。

（2）S1170與RCC在試驗(yàn)板上測(cè)試結(jié)果可以滿足IR3次無(wú)分層，在IR6次后較低比例的分層，說(shuō)明材料的選用有明顯的貢獻(xiàn)度。

（3）統(tǒng)計(jì)公司目前的分層比例：在客戶投訴分層的型號(hào)中，統(tǒng)計(jì)外層半固化片使用的含膠量，其中含膠量為62%比例占91，含膠量為65%比例僅占9%，說(shuō)明樹脂含量過(guò)低存在分層的風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 HITACHI材料試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果

采用Hitachi基材，不同的加工條件，比較分層情況（見表2）。

HITACHI材料試驗(yàn)結(jié)論：

HITACHI材料通過(guò)調(diào)整不同的試驗(yàn)參數(shù)，測(cè)試結(jié)果均有分層，但通過(guò)在棕化后加烘板、樹脂塞孔分段烘有一定改善，層壓參數(shù)2為較優(yōu)化的層壓參數(shù)。

表1 不同材料試驗(yàn)

表2 HITACHI材料參數(shù)確認(rèn)試驗(yàn)

表3 板材受潮試驗(yàn)

4.3 PCB受潮試驗(yàn)

板材受潮試驗(yàn)結(jié)論：在包裝前烘板，并使用鋁箔真空包裝可以明顯改善PCB完成后至貼裝期間因受潮導(dǎo)致的分層。

5 結(jié)論及建議

綜合以上試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)HDI板大銅面BVH（盲孔、埋孔）區(qū)域分層通過(guò)不同材料對(duì)比試驗(yàn)、HITACHI材料不同條件試驗(yàn)以及PCB板受潮試驗(yàn)分析，導(dǎo)致出現(xiàn)此類分層的主要原因是此類HDI設(shè)計(jì)使得內(nèi)層埋孔上方受熱時(shí)應(yīng)力非常集中。當(dāng)材料的抗曲張應(yīng)力的能力不足，會(huì)產(chǎn)生分層，而假使產(chǎn)品受潮會(huì)加劇此類品質(zhì)問(wèn)題，對(duì)此SME現(xiàn)階段改善如下。

（1）選用測(cè)試中材料耐應(yīng)力方面優(yōu)于HITACHI的S1170材料，替代HITACHI材料應(yīng)用于無(wú)鉛貼裝；

（2）改善包裝條件以控制PCB完成后的受潮；

（3）內(nèi)部設(shè)計(jì)提高樹脂含量（RCC為100%樹脂）改善分層；

（4）建議客戶設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮含膠量及介質(zhì)厚度，BVH上方避免設(shè)計(jì)大銅面區(qū)域。根據(jù)以前的試驗(yàn)結(jié)果，如設(shè)計(jì)時(shí)，在密集BVH上方的大銅面上開窗，可以降低分層的風(fēng)險(xiǎn)。