李會霞 夏國偉 張志州 張興望
(勝宏科技(惠州)股份有限公司,廣東 惠州 516211)
內層互連缺陷(inner connection defects,ICD)是指多層板內層焊盤與孔內鍍層之間存在分離的情況,如圖1所示。ICD嚴重威脅多層板層間連接的可靠性,其不安全隱患會極大影響品質。
圖1 內層互連缺陷形態(tài)
本文通過對印制電路板(printed circuit board,PCB)中ICD 原因展開分析,針對其主要源頭殘膠的去膠(去鉆污)方法展開研究,制定改善對策。
PCB 出現(xiàn)ICD 不良,通過能譜儀(energy dispersive spectrometer,EDS)元素分析找到相關特征元素物質,判定排查。對ICD 處和樹脂處展開EDS元素分析,見表1。
由表1可知,ICD 處有Br 和Si 無素,說明ICD 處有樹脂殘存。殘存樹脂(殘膠)來自多層板鉆孔,是基板樹脂粘附在孔壁后形成的鉆污,改善鉆孔參數(shù)都會留下不同程度殘膠物,只能在后制程完成除膠作業(yè)。
表1 ICD處與樹脂處的EDS分析
多層板孔金屬化工藝過程必須包含除膠渣(去鉆污),目前常規(guī)方法有化學除膠渣和等離子體除膠渣。
多層板去除孔內殘膠至化學沉銅的工藝流程為:上板-溶脹-高錳酸鉀-中和-玻璃蝕刻-清潔調整-整孔-沉銅。
溶脹是使用膨松劑使樹脂中長碳鍵斷裂,樹脂疏松利于后續(xù)堿性高錳酸鉀的強氧化性對樹脂氧化,使內層焊盤上的鉆污裸露出來便于去除;中和是孔壁去除鉆污反應后,殘余錳的溶解性高價化合物發(fā)生中和反應,形成溶解性最好的二價錳,將其清洗干凈。溶脹、高錳酸鉀去鉆污和中和均為化學反應,其效果都受反應時間、溫度和濃度影響。去除孔壁殘膠的干凈程度直接關系后續(xù)出現(xiàn)ICD的概率。
PCB 材料經過改良和創(chuàng)新,高頻高速等高分子材料應運而生。傳統(tǒng)的化學除膠法除膠力不足,極易產生除膠不凈,因此出現(xiàn)了新的等離子體(plasma)除膠。等離子體除膠是利用射頻激發(fā)的離子和自由基,與膠渣反應生成具有揮發(fā)性的碳氫化合物,由抽真空系統(tǒng)抽離,達到孔內除膠效果。
當蝕刻氣體進入反應腔后,在一定溫度和壓力的環(huán)境下,經高頻電極作用,激發(fā)成等離子體狀態(tài),與PCB 基材反應,生成各種易揮發(fā)氣態(tài)物質并進行清洗。等離子體除膠的主要影響因素為氣體(常用O2/CF4體系)腔體壓力、流速、溫度和除膠時間,分為升溫、除膠和降溫3個階段。
將測試板放入等離子體設備,如圖2所示。依據(jù)實際水平設置除膠線生產參數(shù)和等離子除膠設備參數(shù),正常生產測量除膠速率,見表2。在表2中,樣本均使用標準片(A 材料,尺寸100 mm×100 mm),除膠量要求為0.1~0.3 mg/cm2,測試結果均在要求范圍內。如孔內需要制作成正凹蝕,可調整咬噬時間及除玻纖制程。
表2 等離子體除膠速率測試
圖2 等離子體測試
除膠時間與除膠數(shù)量成正比,即隨著除膠時間推移,除膠量不斷增加。除膠量應適中,確保產品無ICD即可,如圖3所示。
圖3 等離子除膠效果
目前在PCB 生產中,對于化學除膠能力不足的情況,孔內除膠主要依靠等離子體除膠。針對厚徑比為16∶1 的高厚徑比訂單,等離子體難以進入厚板中心,導致孔中心除膠不足。因此采用2次除膠作業(yè),即水平線化學除膠加等離子體除膠方式,以達到更好的除膠效果。對除膠進行模擬驗證試驗(design of experiment,DOE),確定最佳生產制作條件。按正??景濉⑼字辈迨皆╬lating through hole,PTH)和板電流程操作,結果見表3。
表3 不同的除膠方式組合結果
續(xù)表3
對化學除膠、等離子體除膠等除膠方式展開對比測試,同時監(jiān)控除膠量,最終確定條件1、條件2和條件3均可滿足除膠需求。
本文通過分析ICD 產生的原因,利用EDS 元素分析鎖定為殘膠引起。通過對化學除膠、等離子體除膠等不同除膠組合展開測試驗證,最終確定化學除膠1 次+等離子除膠1 次+烤板175 ℃或190 ℃烘烤2 h為改善ICD的最佳方式。