歐陽川磊 王立峰 潘俊健

（廣東生益科技股份有限公司，廣東 東莞 523000）

0 前言

業(yè)界困擾印制電路板（PCB）缺陷之一為內(nèi)層互連缺陷（ICD：Interconnection Defects），在生產(chǎn)過程中很難準確有效的識別。對于PCB生產(chǎn)廠家而言，ICD 問題在電測工序較難有效攔截，往往是流到下游甚至是客戶端，在進行 SMT 貼裝過程，PCB 經(jīng)歷無鉛回流焊、波峰焊接、以及一些手工焊或是返修等高溫制程的沖擊下，發(fā)生互連失效[1]，因而會產(chǎn)生極大的品質(zhì)風險。而影響ICD失效的主要原因之一就是除膠（去鉆污）。

PCB制造過程中除膠工序就是去除孔壁膠渣，除膠工序主要采用除膠藥水或氣體去除孔內(nèi)鉆污。目前行業(yè)中評價除膠效果的主要指標是使用稱重法表示除膠咬蝕深度，即除去的膠渣的質(zhì)量。除膠前后PCB的質(zhì)量差值就是除膠咬蝕深度，此方法只能評估除去膠渣量的多少，存在較大的誤差且無法準確識別材料的真正除膠情況，無法直接體現(xiàn)孔內(nèi)實際除膠情況[2]，而且不同PCB厚徑比存在差異，往往在除膠后還要使用掃描電鏡（SEM）查看孔內(nèi)除膠情況，既增加成本又影響效率?，F(xiàn)在PCB傳輸速率的要求越來越高，對材料損耗的要求也是進一步提升，出現(xiàn)了甚低損耗（Very Low-loss）級別的基材，這類型的材料往往使用的是特殊樹脂，如PPO（聚苯醚）、氰酸酯、PTFE（聚四氟乙烯），這類材料主要使用等離子體（Plasma）除膠。普通的除膠測量方法不能滿足此類材料的檢測需求，為了更高效又準確的檢測此類材料除膠后（等離子體+化學去鉆污）孔內(nèi)實際除膠情況，我們開發(fā)了以下檢測方法。

1 試驗過程

1.1 試驗1

試驗1具體介紹如下幾點。

1.1.1 標準小樣基本信息

材料：甚低損耗及常規(guī)FR-4基材，如圖1所示；試樣層數(shù)28，板厚4.40 mm，鉆孔直徑0.2 mm及0.3 mm，使用鉆頭金洲USF系列。

圖1 標準小樣圖

1.1.2 等離子體信息

參數(shù)為安普特機臺FR-10、FR-15、FR-30程序；主要考察四氟化碳時間10 min、15 min、30 min，如圖2所示。

圖2 等離子體程序明細表圖

1.1.3 等離子體效果

等離子體效果對比：經(jīng)驗證，孔口孔內(nèi)A態(tài)與等離子體處理后樹脂咬蝕很明顯，如圖3所示。

1.1.4 平均咬蝕深度

從平均咬蝕深度來看甚低損耗板與常規(guī)FR-4樣品受等離子體處理時間影響咬蝕深度呈遞增趨勢，如圖4所示，且受孔徑影響，孔徑越大咬蝕深度越大，常規(guī)FR-4咬蝕深度明顯大于甚低損耗板，符合正常咬蝕規(guī)律。

圖4 平均咬蝕深度圖

1.1.5 孔口孔內(nèi)平均咬蝕深度

從孔口與孔內(nèi)平均咬蝕深度的對比來看，孔口咬蝕深度大于孔內(nèi)咬蝕深度，如圖5所示。

圖5 孔口孔內(nèi)平均咬蝕深度圖

1.1.6 小結(jié)

（1）從此次數(shù)據(jù)來看孔口咬蝕深度大于孔內(nèi),與等離子體處理時間成正比[3]，符合規(guī)律（甚低損耗板目前推薦生產(chǎn)參數(shù)為FR-30）；

（2）“灌孔率”與電鍍時計算孔銅“鍍通率”類似，公式：孔中心咬蝕深度（W1）/孔口咬蝕深度（W2）×100%；

（3）等離子體“灌孔率”和咬蝕深度受氣體流量、板材厚徑比、以及插架位置、滿載率、板料等綜合因素影響，在不同情況下，咬蝕深度有波動，所以此方法只評估最小孔徑孔中心的平均咬蝕深度，從而判斷后續(xù)是否存在ICD風險。

1.2 實驗2

為了觀察此方法在不同設(shè)備和程序下是否呈現(xiàn)相同規(guī)律，我們使用相同的測試小樣模塊在恒格設(shè)備除膠程序與安普特-D程序，使用相同四氟化碳處理時間15 min進行第二輪驗證，使用程序，如圖6所示。

圖6 等離子體程序明細圖

1.2.1 等離子體效果監(jiān)控

等離子體效果對比：孔口孔內(nèi) A態(tài)與等離子體處理后樹脂咬蝕情況，如圖7所示。

圖7 等離子體前后對比圖

1.2.2 平均咬蝕深度

平均咬蝕深度，相同參數(shù)下受孔徑影響，孔徑越大咬蝕深度越大，符合規(guī)律，但恒格平均咬蝕量大于安普特，如圖8所示。

圖8 平均咬蝕深度圖

1.2.3 孔口孔內(nèi)平均咬蝕深度

從孔口與孔內(nèi)平均咬蝕深度數(shù)據(jù)來看，相同數(shù)據(jù)下恒格與安普特差異較為明顯，如圖9所示。

1.2.4 小結(jié)

（1）此次驗證說明了使用相同材料在不同品牌機器和相同的除膠時間情況下“灌孔率”和咬蝕深度會有較大差異，所以我們的關(guān)鍵控制點為最小孔徑孔中心的咬蝕深度；

（2）孔口位置咬蝕深度普遍大于孔內(nèi)，在不同品牌設(shè)備同一程序下也成立。本次驗證顯示不同等離子體機臺灌孔率有差異，可能出現(xiàn)孔口咬蝕過度而孔中咬蝕不足的情況，金屬化孔后會存在其他質(zhì)量風險，證明此方法也可用于考察機臺“灌孔”能力。

2 檢測方法

通過以上實驗所得結(jié)論我們對檢測方法進行了如下總結(jié)，在對PCB進行等離子體（Plasma）后，使用孔內(nèi)樹脂咬蝕深度評估除膠效果。經(jīng)過多次試驗驗證，具體操作方法如下。

2.1 試樣制作

PCB過等離子體工序后，選擇板邊陣列或附連測試板最小孔制作標準小樣，厚徑比與生產(chǎn)板接近，不做灌膠處理，切片研磨孔后做超聲波清洗3 min。

處理流程：標準樣品或PCB板邊試樣切片→等離子體（加Desmear組合）→切片（不做灌膠研磨）→超聲波水洗（清潔研磨切片時的雜物）→微蝕→測量

2.2 測量方法

（1）基材寬度測量的是純樹脂位置（奶油層），而非玻纖位置，因為玻纖位置在鉆孔時有可能被拉扯導致數(shù)據(jù)異常；

（2）鉆孔后銅寬度與基材寬度基本一致，即使有差異也是銅突出0.5～1.0 μm，切片研磨后超聲波清洗就是為了清理因研磨導致的銅屑干擾，并且受等離子體處理粉塵化的樹脂也能夠得到清潔，未受等離子體咬蝕的樹脂不會因為超聲波水洗而掉落，從而保證測量數(shù)據(jù)的準確性；

（3）通過顯微鏡分別測量兩孔間中心位置的銅環(huán)和樹脂寬度，計算公式：（W1銅環(huán)寬度-W2樹脂寬度）/2＝孔內(nèi)除膠深度，如圖10與圖11所示；

圖10 測量方法示意圖

圖11 實際測量

（4）測量兩孔間中心位置銅環(huán)與樹脂寬度至少三處，層數(shù)較少的PCB可測量三個孔，至少取三個位置數(shù)據(jù)的平均值，得到的數(shù)據(jù)更為準確，經(jīng)多次驗證，孔中心位置咬蝕深度等離子體≥2 μm，等離子體加Desmear≥2.5 μm，基本上可以避免ICD問題。

3 結(jié)論

（1）經(jīng)過以上試驗證明此方法可以替代傳統(tǒng)的“稱重法”，能夠較為快速并準確地反映孔內(nèi)等離子體咬蝕深度；等離子體氣體在孔口交換率大于孔中心，受PCB厚徑比的影響，板越厚孔越小“灌孔率”越低，板越薄孔越大“灌孔率”越高。

（2）判斷ICD風險主要取最小孔徑孔中心的咬蝕深度作為衡量的數(shù)據(jù)，同一孔徑至少取三組以上數(shù)據(jù)來保證測量的準確性；也可以利用此方法取相同厚徑比材料在不同機臺上使用相同程序，評估等離子體機臺“灌孔率”差異；“灌孔率”越高，孔形也會越好，反之則可能出現(xiàn)孔口除膠過度，孔內(nèi)除膠不足的風險，導致其它孔內(nèi)異常問題；

（3）此方法建議用來檢測高多層PCB并且使用的是M6級別及以上的高頻高速材料，也適用于檢測等離子體加化學去鉆污（Desmear）的組合除膠方式；因Desmear一般的咬蝕深度太小，不建議單獨做Desmear時使用此方法檢測。