微切片制作及缺陷分析.ppt

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1、多层板可靠性缺陷分析及接受标准,共127页,2,电路板微切法,电路板解剖式的破坏性微切法(常用)：,1、 微 切 片 指印制板上的通孔区或其它区域，经截取切样灌胶后，对垂直于板面方向所做的垂直剖面的切片(Vertical Section)，或对通孔做横剖面的水平切片(Horizontal section），都是一般常见的微切片。,左图为通孔垂直显微切片图，右图为通孔水平显微切片图。若以孔与 环之对准度而言，垂直面上只能看到一点，水平面却可看到全貌。,共127页,3,孔铜,孔铜壁是经正统PTH与化学铜，或各种直接电镀使原本不导电的孔壁完成金属化（Metallization)导通后，再进行电镀铜，

2、使孔壁铜层厚度达到规范的要求。IPC-6012A在其表3-2中对孔铜厚度规定如下：,共127页,4,孔壁铜厚的测定,镀层厚度和质量的评估可通过微切片进行。 IPC-TM-650 2.1.1对此有专门的章节说明。其要求主要如下： 切片必须至少包含3个孔径最小的镀通孔； 放大倍数至少100X; 至少测量3个孔的镀层厚度或铜壁厚度； 计算其平均值作为评估值。,作为内部质量监测，通过切片，还应该测量及记录其孔壁镀层、孔壁厚度的最小值、钻孔平滑度等。,测量镀层厚度作为评估值时，不可在节瘤、空洞、裂缝地方测量。 评估镀层质量的项目包括：气泡、压合空洞、裂缝、树脂缩陷、镀层粗糙情况、毛刺、节瘤、镀层空洞等。

3、,共127页,5,孔壁铜厚的测定,IPC-6012 3.6.1热应力试验,热应力后, 附连测试板或成品板应作显微切片。显微切片应按 IPC-TM650方法法 2.1.l 或 2.1.1.2 在附连测试板或成品板上进行。应在垂直切面上至少检验兰个孔 或导通孔。显微剖切的研磨与抛光的准确度应使三个孔的每个孔的观察区域是在孔的钻孔直径的土 10% 范围内。,镀覆孔应在100倍土 5% 的放大倍率下检验铜箔与镀层的完整性。仲裁检验应在 200 倍土 5% 的放大倍率下进行。孔的各边应分别检验。层压板厚度、铜箔厚度、铜层厚度、叠合方向、层压板及镀层空洞等等 , 均应按上述规定放大倍率下进行。镀层厚度低于

4、lm0.00004者不应采用显微剖切技术来检测。 注 : 经供需双方商定 ,可采用其他技术作为显微剖切评价的补充.,共127页,6,孔壁铜厚的测定,IPC-6012 3.6.2.10镀层/涂层厚度,依据显微剖切检验, 或使用适当的电子测量设备, 镀涂层应符合表 3-2 的要求, 或按采购文件的规定。镀覆孔的测定值应报告孔每边测定值的平均值。孤立的厚或薄截面不应用于平均。 由于玻璃纤维突出引起孤立的铜厚度减薄 ,从突出末端量至孔壁时, 应符合表 3-2 最小厚度要求。,如在孤立区域发现铜厚度小于表3-2 规定的最小厚度要求 , 应作为一个空洞并从同一检查批中按表 4-2重新抽样 , 以判定此缺陷

5、是否属偶然发生的。若增补的附连测试板或成品板没有孤立的铜厚度减薄区 , 此附连测试板或成品板所代表的产品认为可接收；但是 ,在显微剖切中出现铜厚度减薄, 此产品应认为不合格。,共127页,7,孔壁铜厚的测定,IPC-A-600F 3.3 引言,显微切片 : 镀层厚度测量 A. 灌封的显微切片检验 (IPC TM-650 方法 2.2.1): 镀铜的平均厚度须从三个测量值来确定 , 在镀通孔每侧壁上大约等距离选取三个测试点。不同的裂缝按以下所示确定。不能选用有孤立缺陷的区域 , 如空洞、裂缝;结瘤等来测量镀铜厚度。很小的局部区域镀层厚度低于最小要求的 , 作为空洞来评定。,共127页,8,孔壁铜

6、厚的测定,示意图：,Side 1 = M1+M3+M5 3 Side 2 = M2+M4+M6 3,测量最薄区域时，应在孔壁上任何地方寻找最薄的区域，包括节瘤、空洞、裂缝的地方。,共127页,9,分散能力（Throwing power)计算,共127页,10,孔壁铜镀层厚度,IPC-A-600F规定：,允收-1、2、3级： 镀层厚度有变化，但能满足最低平均厚度要求和最低区域厚度要求。,拒收-1、2、3级： 镀层厚度低于平均厚度要求或最低区域厚度要求。,共127页,11,孔铜,线路电镀负片法之孔铜是由化学铜、一铜与二铜所共组成。上三图分别为化学铜、一铜与二铜之不同画面。由于化学电铜层太薄（20-

7、30in),故无法计算其厚度。,共127页,12,图电前后判读标准,共127页,13,孔无铜,特点：孔口边缘断铜，断铜面较整齐； 原因：基本可断定为干膜入孔，干膜由于贴膜压力过大或贴膜到显影存放时间较长。,共127页,14,孔无铜,特点：平板层没有包住图形层，主要为抗蚀层（铅锡层、锡层或镍层）深镀能力不足。 原因：厚径比AR值大，孔内药液交换困难： 反冲涡流增强，以致靠压力(如：摇摆、震荡等)驱动达到孔内流动的因素被削弱； 表面张力增大； 气泡难以逸出。 措施：提高抗蚀层深镀能力，加强摇摆或震荡等。,共127页,15,通孔无铜,造成原因： 板件未进行沉铜就直接进行平板电镀及图形电镀； 平板电镀

8、层在图形电镀前处理（微蚀时）被蚀掉（可见孔内图形电镀层进孔的深度及是否见到平板电镀层）。,共127页,16,孔壁粗糙,“孔壁粗糙”当然是来自钻孔的不良，其中又以钻嘴不良为主因。说的更详细一点，就是钻嘴尖上两个切削刃（Cutting Lips)出现崩破（Chipping)，无法顺利切削玻璃束所造成的；或钻嘴尖外侧刃崩损磨圆，失去原来直角修整孔壁的功能。在破损刀具的又劈又撞情形下，经常会把迎面而来的纵向玻织束撞裂形成凹陷的坑洞，不过横向撞折时玻织束仍可维持平坦。,共127页,17,IPC-A-600F对孔壁粗糙的要求,允收-1、2、3级 粗糙或节瘤没有使镀层厚度或孔径减少到低于最小的规定要求。,拒

9、收-1、2、3级 粗糙或节瘤已使镀层厚度或孔径减少到低于最小的规定要求。,共127页,18,孔壁粗糙,过度去钻污造成的孔壁粗糙。,轻微的撞破。,钻孔的机械挖破（Gouging)与过度除钻污（De-smear)所造成的孔壁粗糙，两者从不清楚的切片上有时是很难分辨的 。,共127页,19,孔壁粗糙,以上显示的孔壁粗糙，是由于砂束中原本就有空洞，然后被钻嘴尖的切削刃（Cutting Lips)所顺势剖开，不是钻嘴不利所挖破的。,共127页,20,孔壁粗糙,孔壁粗糙 ，严格说应是“挖破” 。,共127页,21,吹孔 Blow Hole,孔壁铜层存在的空洞处所储藏的湿气等在高温下会胀大吹出，把尚未固化的

10、锡赶开而形成空洞，这种不良的通孔称之为“吹孔” 。,共127页,22,树脂缩陷压合空洞,通孔高温漂锡时，（288十秒钟之热应力试验），大量液锡涌入孔腔并焊在镀铜孔壁上，多余的热量对通孔附近的基材结构（从每个连接盘外侧延伸80m。称为受热区A,（Zone A）)造成巨大的膨胀，产生可观的热应力（Thermo-Stress),这种热应力可对通孔在结构方面产生数种不同的缺点: 一、使孔壁与孔环之“互连”被拉开，称为 “后分离” （ Post-Separation ）。 二、其他无内环处的铜壁自基材上小部份被拉开称为“弹开”(Blip),全部或大部份自基材上被拉开称为拉离（Pull Away). 三、

11、铜孔壁原封不动，部份树脂却向后出现收缩现象，称为树脂缩陷（Resin Recession)多呈半圆形后退。,共127页,23,树脂缩陷压合空洞,IPC-6012B附图3（见下页）之Notes 2中，指出：经过热应力或模拟返工后的试样， A区的层压板缺陷不做评价。,“压合空洞”（Laminate Voids,改称基材空洞似乎更为正确）指多层板的高热Zone A区以外的板材中，所发生的不良空洞，或称之为“基材空洞”。这种缺陷的原因可能是树脂聚合度不够，或挥发物没有挥发干净，在后续高热中又再发生变化而形成。,IPC-A-600G 3.1.8规定：热应力测试（Thermal stress）之后发生树脂

12、缩陷是可以接受的。没有经过热应力的常规切片发现树脂缩陷，视为不合格。,没有经过热应力试验的切片，不允许出现树脂缩陷的现象。,共127页,24,树脂缩陷压合空洞,IPC-6012B和IPC-A-600G中典型显微剖切评价试样(三个镀覆孔),共127页,25,树 脂 缩 陷(Resin Recession),在高温漂锡下（288，10秒），部份原本与各内层铜环处在同一平面的树脂已出现了“树脂缩陷”（Resin Recession) 。,共127页,26,树 脂 缩 陷(Resin Recession),左图之孔环铜箔光面上，出现典型弧状的“树脂缩陷”，右图的孔环上出现弧状的树脂缩陷与内环微裂。同时

13、在孔壁上也出现弹开的不良。,共127页,27,树 脂 缩 陷(Resin Recession),左图可清楚见到漂锡后发生两个半圆形的“树脂缩陷”。右图画面上更出现了“弹开”、“后分离”、“树脂缩陷”等漂锡后的缺点。缩陷虽不致带来太大的烦恼，但硬化不够，挥发物没有挥发干净，多少会影响到板弯板翘曲与尺寸稳定性等。,共127页,28,压合空洞（Laminate Voids ）,IPC-6012B对于层压板完整性和层压板裂缝规定如下：,3.6.2.3 层压板完整性对 2 级或 3 级板 ,B 区( 图 3-5) 不应有超过 80 m 0.00315in 的层压板空洞。 对 l 级板 ,B 区 ( 图

14、3 - 5) 允许的空洞不应超过 l 50 m0.00591 in 。两相邻镀覆孔间同一平面上的多个空洞的综合长度不应超过上述限度。两个非连通的导线 间的裂缝 , 不论垂直或水平方向 , 均不应减少最小绝缘间距。,3.6.2.4 层压板裂缝 A 区 ( 图 3-5) 层压板裂缝是可接收的。对 2 级或 3 级板 , 裂缝从 A 区伸入 B 区 , 或整 个在 B 区 , 均不应超过 80 m0.00315in 。对 1 级 板 , 均不应超过 l50 m0.00591 in 。两相邻镀覆 孔间同一平面上的多个裂缝的综合长度不应超过上述 限度。,共127页,29,压合空洞（Laminate Vo

15、ids ）,左为明视图，为通孔受热区A以外 B区所呈现的树脂空洞，特称为基材空洞。右为基材中 B区暗视所见到基材空洞。,共127页,30,分层/起泡（Delamination/Blister),IPC-A-600G对分层/起泡的定义：,分层：出现在基材内任两层之间或一块印制板内基材与覆金箔之间，或其他层内的分离现象。,起泡：一种局部膨胀形式的分离，表现为层压基材的任意层间或者基材与导电箔或保护性涂层间的分离。,共127页,31,分层/起泡（Delamination/Blister),IPC-A-600G对分层/起泡的要求：,允收-2、3级： 无分层或起泡。,拒收-2、3级： 有分层或起泡。,共

16、127页,32,互连后分离,多层板各内层孔环与后来之铜孔壁完成互连后，大功即告成一半，但这些介面的“互连”（Interconnecting)还要耐得住后续各种高温考验而不分离才算合格。通常模拟方法即“288十秒钟之漂锡”，称为热应力试验或漂锡试验（Thermo-Stress Test or Solder Floating Test)。经过此严苛试验而不出现分离的板件才能允收。IPC-6012只要求一次漂锡，但部分日本客户却要求连做五次才行 。,按IPC-6012B 3.6.2.1节“镀层完整性”规定，镀覆层的镀层完整性应符合表3-6所列述的要求。对于2级和3级产品，不应有镀层分离(除表3-6中

17、注明外）或镀层裂缝，且内层互连处不应有镀覆孔孔壁与内层间的分离或污染。,共127页,33,内层间分离,IPC-A-600G规定：,允收-1、2、3级： 没有分离。,拒收 -2、3级： 层面之间产生分离或存在夹杂物 。,共127页,34,互连后分离,产生后分离的原因主要是内层孔环之侧面，在化学铜或直接电镀之前，就可能存在氧化物或钝化物皮膜，两者附著力不够牢靠所造成。因此镀前活化处理一定不可疏忽，其可靠度（Reliability)才会让人放心。,铜壁自铜环上强力拉开但还没有完全分离开的画面。,微蚀不够彻底，但可看出丝连的铜钉效果。,共127页,35,互连后分离,热应力后铜壁与孔环之间并未完全拉开，

18、而局部拉开所隆起的部分还造成整体铜壁的轻微突出,漂锡孔在强大热应力的拉扯下，使一铜与二铜之间发生轻微的分离。,IPC-6012表3-6中指出Class 2与Class 3板类，不能允收此种分离。,共127页,36,互连后分离,漂锡试验后环壁之间产生分离的沟痕，而且连内环黑化皮膜处与铜孔壁上均出现树脂缩陷，热应力之大可见一斑。,环壁分离， 中间已经隔空，但并不表示全壁整环已空，也不表示已电气开路， 只是切片正好逮到此处。,共127页,37,DESMEAR 造成的互连分离,由于FR-4环氧树脂的Tg约在130左右（高Tg 除外），钻孔时钻嘴与板材强力摩擦所产生的温度甚高，再加上玻纤树脂与碳化钨（T

19、ungsten Carbide）均为不良导体，故所累积的热量常使得孔壁瞬间温度高达200以上，使得部份树脂被软化而成为胶糊，随着钻嘴的旋转而涂满孔壁，各内孔环的侧铜面也自不能幸免，冷却后变成钻污(Smear)，形成了后来孔环与铜壁在“互连”(Interconnection)方面的障碍，这就是业内人尽皆知，由钻污Smear所造成的分离“Separation”。 钻污必须在在镀通孔(PTH)之前除尽，才能让多层板在电性能上拥有最起码的导通品质。不过IPC-6012在3.6.2.6节中对此制程也明文规定：去钻污应充分满足镀层分离的可接受准则。去钻污不应使凹蚀大于25m；分散的钻孔撕伤或划槽造成小区域

20、深度超过25m时，不应作为不合格的去钻污。,共127页,38,DESMEAR 造成的互连分离,左二图为以低光率较长时间曝光所得到的照相，可见到左图内层孔环与孔壁之间，确有未除尽的残余钻污存在。右图的微蚀效果甚好，其环与壁之间呈现一种“分离空洞”的情形，很可能两铜之间原本是相互连接的，但因其附着力不够强，在孔壁镀铜层的内应力影响下又被拉开了。这应属于“后分离”(Post-Separation)最早出现的一类，至少是局部分离。,共127页,39,DESMEAR 造成的互连分离,通孔垂直切片上看到的互连分离画面，原因可能是钻污(Smear)造成分离，或是后续高温中才发生的分离，甚至互连处存在夹杂物离

21、等。IPC-6012A在表3-6中对Class2的板类规定对此分离一律不能允收。上左图面之分离与右图之明视与暗视以及再次放大的画面均可判断该板不可允收。,共127页,40,裂缝 （Corner Crack),完工后的电路板须做热应力漂锡试验（288，十秒钟），以模拟板子在后续的多种高温作业。一般FR-4板材的Tg只在125-130左右，经历高温大热量的冲击下，势必出现X、Y与Z等三方向的剧烈膨胀，其中Z膨胀对通孔镀铜孔壁影响最大，对高纵横比（Aspect Ratio）的深孔尤其容易发生裂缝（Corner Crack)的故障。,裂缝的原因当然是电镀铜层的高温延伸率(High Temp. Z lo

22、ngation)低于Z膨胀的实际状态，而在应力集中的外环转角处发生断裂。,IPC-6012图3-3中，将孔壁镀铜层的断裂分成六种，事实上常见者也只有B或C类之裂缝而已。,共127页,41,IPC-6012裂缝的定义,共127页,42,IPC-6012B对裂缝的规定,共127页,43,内环裂缝,对于Class 2板类，IPC-6012对多层板漂锡试验所发生的内环破裂或微裂是不能允收的。“内环”破裂大多发生在漂锡那一面的次内层。发生的原因是由于该内层铜箔（Grade 1 电镀铜箔）耐不住高温热应力的拉扯,不过正常出货的喷锡板很少会发生裂环的，只有刻意做的热应力漂锡试验才会发生此种故障。,共127页

23、,44,内层铜箔镀层裂缝,IPC-A-6000G规定：,允收-1、2、3级： 铜箔上无裂缝。,拒收-2、3级： 铜箔上有裂缝。,共127页,45,内环裂缝,左图为裂环画面，右图为轻微内环破裂情形。,共127页,46,内环裂缝,左图不但各内环拉裂，甚至拉到移位，而且互连延伸性能很好的电镀孔铜壁也拉断了。含湿气的样板只要一进锡锅就会劈哩叭啦的作响。右画面也是热胀强力猛拉后又不正常的迅速收缩，结果使内环被拉裂后又再缩回而造成错位，因而出现了裂环处断裂分离错位的怪异情形。,共127页,47,孔壁镀层裂缝,IPC-A-600G规定：,允收-1、2、3级： 镀层无裂缝。,拒收-2、3级： 孔壁镀铜层出现破

24、裂 。,共127页,48,拐角裂缝 （Corner Crack),IPC-A-600G规定：,允收-1、2、3级： 孔角镀层未发生破裂 。,拒收-2、3级： 孔角镀层破裂 。,共127页,49,拐角裂缝 （Corner Crack),上两图均为裂缝之图。右图显示，一次焦磷酸铜已被拉断，而二次硫酸铜仍未拉裂。这种情况属IPC的A破裂。,共127页,50,拐角裂缝 （Corner Crack),刻意将裂缝处以1000X之明视与暗视放大详细观察，似乎可隐约体会到外环被Z膨胀猛力垂直掀起，斜向活生生拗断的过程 。,这种裂缝可能有两种原因，其一是树脂Tg不足，以致Z膨胀太大；其二是电镀铜层的物理性能不良

25、，尤其是“延伸率”太低，可从添加剂的上进行改善，才能彻底解决问题。,共127页,51,拐角裂缝 （Corner Crack),左图出现一铜断裂而二铜全断，且孔壁已被弹开的情形。右图也出现裂缝及弹开的双重故障。,共127页,52,外环起翘,IPC-6012G在规定：成品板目检时不应有任何连接盘起翘(3.3.4)，但在经过热应力处理的显微切片中起翘是允许的（3.6.2.9)。,漂锡时通孔的上下位置与形象，通常上端孔口温度稍低且会先冷，故剖面呈现稍为下凹，而下端孔口不但温度高热量大而且固化的时间也较晚，因而出现凸弧形下垂。,共127页,53,外环起翘,已出现严重的孔环起翘，连基材也被拉开 。,共12

26、7页,54,外环起翘,左图焊锡面孔口翘起处可见到一铜被拉裂，右图可见到外环一铜断裂，二铜尚好，且一铜与外环铜箔侧面也被拉开等情景，内环上还看到很标准的树脂缩陷。,共127页,55,焊盘起翘,焊盘已经严重起翘。切片抛光不是很好，图像不够清晰。,共127页,56,芯吸,“芯吸 ”（Wicking)是指通孔切片的孔壁上，玻璃束断面之单丝间有化学铜层渗镀其中，出现如扫把刷子般的画面，原文称为“Wicking”，为灯芯之意。其成因就向古时候油灯所用的灯芯草一般，在毛细作用下会将液体引入存有微隙的玻璃丝束中，传统化学铜的通孔，不管怎么小心去做一定会有灯芯出现，只是深浅而已。直接电镀法则多半不会产生灯芯效应

27、，即使发生也不很明显 。,过度的Wicking多半是出自钻孔动作的粗鲁，或钻嘴破损不利下拉松拉大玻织纱束所致 ， IPC-6012对芯吸规定：热应力后 CLASS1板类不可超过5mil(125m),CLASS2不可超过4mil (100 m ), CLASS3不可超过3.15mil(80 m)。,过度的灯芯加上孔与孔相距太近时，可能会使得其间板材的绝缘品质变差，或使得“玻织束阳极性漏电”（CAF：Conductive Anodic Filament)情况变得严重。不过常见商用板在这方面无需过虑，即使热应力漂锡试验后也不会变得太厉害。,共127页,57,芯吸,左图可见到玻织横向纱束中已出现渗铜，

28、但并不严重也不致造成绝缘的问题。此种轻微渗铜反而可让孔镀铜更好更牢抓住孔壁。,右图为玻织束渗入化学铜层 。,共127页,58,三种原因造成的芯吸,玻织布突出以及渗铜，孔口磨刷过度 引起 。,玻织纱束的树脂被溶掉造成渗铜 ，过度除钻污 引起。,断纱而造成的渗铜。,共127页,59,铜瘤,常见的铜瘤约可分两大类，其一是来自电镀铜制程，其二是来自PTH流程。前者多为实心瘤且板面与孔壁都会出现；后者通常是空心瘤或内藏有机物之瘤，一般出现在孔壁上，板面上几乎不会发生 。,IPC-6012A和IPC-A-600F对热应力后毛刺和节瘤的要求为：若符合最小铜层厚度要求，并符合最小孔径要求，则可以允收。,共12

29、7页,60,电镀铜制程造成的结瘤,1、固体粒子造成 的结瘤,造成的原因有： 浮游的固体粒子带有微正电荷被阴极吸附造成。固体粒子多为外来的沙粒或固体粒子，或阳极袋破损而有阳极黑膜(一价铜粒子)脱落游出 。 局部电流密度太大超过“极限电流密度”（Limited Current Density)而结瘤。多因整流器异常,电流过大，或未挂板子只镀挂架的夹点，致使电流太大而在阴极板上形成瘤状组织，这种瘤体非常大并呈膨胀状。,共127页,61,电镀铜制程造成的结瘤,2、 磨刷孔口所造成,钻孔后以机械磨刷法消除孔口之铜层毛头时，时常只将毛头压入孔中，毛头并未被真正剥除。位于高电流区的毛头，经电镀铜的额外增厚，

30、形成孔口的塞孔铜瘤。在非插装用途的孔口，只要不断落造成短路时，并不算是太严重的问题。但对用于插孔装配的通孔而言，较大的孔塞将会造成困扰。,共127页,62,PTH造成的铜瘤,造成的原因为：,PTH除油剂(conditioner)槽液出了问题，产生了如同果冻般的浮游粒子，并以静电吸附的方式附著在孔壁上(在玻璃束处渗入时抓得更紧)。之后经过钯活化与化学铜的沉积，在孔壁形成众多的导电表面，经电镀铜后成为不规则的铜膜空心肿囊。,共127页,63,PTH造成的铜瘤的特点,1、只长在孔壁基材上，铜面上不会有 钻过孔的板子经PTH流程之整孔处理时，全板都吸满了表面润湿剂的偶极（Bipolar)分子层，这些分

31、子以其带负电的疏水基 吸附在孔壁与板面铜箔上。经过微蚀、预浸处理后，在孔壁与板边侧面等基材上形成正电性，以便让带负钯胶体附着活化进而完成化学镀铜。因此这种空心铜瘤不会发生在板面与孔壁铜环上，而只牢挂在孔壁与板边侧缘的底材上。,2、一律为空心铜瘤 因瘤内只有果冻状之有机物，因此干固后的铜瘤都是空心胞，并非实体的铜瘤，与前述源自镀铜槽液的粒子并不相同。,改善方法 更换除油剂缸液；调整除油剂缸。,共127页,64,毛刺（BURRS),允收1、2、3级 有毛刺但孔径仍满足最低要求。,拒收1、2、3级 毛刺使孔径低于最小要求。,共127页,65,钉头,钉头的起因是出于钻嘴的过度损耗，或钻孔作业管理不良，

32、使得钻嘴在钻孔过程中，不能对铜箔做正常的切削，而是用不利的钻嘴在强迫切削穿过之际，同时也对铜箔产生侧向推挤的动作，致使所形成的孔环侧壁，于瞬间高温及强压下被挤扁变宽而成为钉头。,（MIL-P-55110E中即规定，多层板内环之钉头宽度不可超过该铜箔厚度的1.5倍。供参考）,过度的钉头，仍然是钻孔不良的一种表徵，也一定是出自钻嘴切削前缘的不利，崩刃、刃角变圆等问题，而这些问题也一定会引起孔壁其他品质的不良。钻孔动作中高速旋转的钻嘴最后与孔壁接触者为“刃角”（Corner),当其呈现90度时切削效果最好，一旦变圆后即容易出现钉头。,IPC-6012B “3.6.2.16钉头” 指出： 没有证据表明

33、钉头影响功能。钉头的存在可以认为是过程或设计变异的反应，但不作为拒收的原因。,共127页,66,钉头,IPC-A-600G规定： 允收-1、2、3级： 有轻微的钉头； 钉头属中等程度，但没有分离。,共127页,67,钉头,当钻嘴情况最好时，其所切削过的孔环侧缘没有受到不当的挤压，因而铜箔截面宽度应如上左画面一般，不应有任何增宽才对。上右图即为受到高温推挤变形而造成的钉头。,共127页,68,钉头,内环有钉头，附近孔壁几乎一定会受到负面影响。上二图可见到玻织束的不齐与棕化层压合处被拉开拉松的情形。,共127页,69,钉头,铜箔内环已明显出现钉头（Nail Heading),并有玻织束被挖破 。,

34、孔壁上虽已出现一个挖破之凹陷，不过铜箔内环并无明显的钉头。,共127页,70,钉头,产生钉头的劣质钻嘴，其额外的发热与粗鲁的拉扯动作，会减弱黑化层与树脂的附著力，进而使细缝吸入空气，在毛细作用下促使含稀硫酸的酸性镀铜槽液不断微渗其中，于是逐渐扩散深入吃掉黑化层而发生粉红圈（Pink Ring)，并几乎造成楔形空洞（Wedge Void） 。,共127页,71,钉头,钉头已远超过允收规格（钉头宽度不可超过铜箔厚度的1.5倍）。,过度钉头几乎一定会出现较大的挖破，出自钻孔的纵向玻璃纱束之挖破，除与钻嘴尖部的刃角损耗有密切关系外，也与钻嘴的偏转（Run Out)或摇摆（Wobble)有关。,共127

35、页,72,钉头,凡钻嘴刃角尚未过度磨圆时其钉头必然很小，多层板的孔壁也一定不错（见左六层板之孔）。钉头大的四层板孔壁不一定太粗糙（见中图），钉头大的高层板（八层板）必定造成粗糙挖破（见右八层板），而且破口常出现在B-Stage的胶片处，故有的厂家在压合后也另做后烘烤，使B-Stage更为熟化。,共127页,73,铜壁折叠与夹杂物（Plating Folds/Inclusions),一次铜的孔壁折叠,互连处的折叠,IPC-6012A对经过热应力后折叠与夹杂物要求必须封闭，包括CLASS1、2、3的板件。,共127页,74,铜壁折叠与夹杂物,全壁画面上的附著物是一铜开始不久就附上，再被后续包围而成

36、的夹杂物。,浮游物夹杂物容易在孔中出现，但薄膜状外来物或未除尽之不良皮膜等，也会在板面铜层上被后来镀层所包围。,共127页,75,铜壁折叠与夹杂物,孔壁上两个看似折叠的瘤状物，其实是钻孔挖陷，在很厚的镀铜孔壁相互挤紧之下而成的一种异常，在热应力拉抻之下还可能再分分合合。,中间空虚鸿沟并非夹杂所造成，原因是出自铜面钝化膜被清除干净，致使附著力不敌热应力而出现的缺失 。,共127页,76,凹蚀(Etch back),IPC-A-600G 3.1.5.1规定：,理想状况： 均匀地凹蚀到最佳的深度0.013mm。,允收1、2、3级： 凹蚀深度介于0.005mm与0.08mm之间，孔环单边上允许出现过蚀

37、不足的残角（凹蚀阴影）。,共127页,77,凹蚀(Etch back),拒收1、2、3级： 凹蚀深度小于0.005mm或大于0.08mm，孔环上下两边都出现残角（凹蚀阴影）。,共127页,78,负凹蚀(Negative Etchback ),美军规范MIL-P-55110E明文规定“负凹蚀”深度不可超过0.5mil。IPC-6012对 Class 1 2板子要求不可超过1mil,对Class 3的板子要求不可超过0.5mil，也都认为是通孔品质上的缺点，但斜口处一律不许超过3.5mil. 如下图所示：,共127页,79,负凹蚀(Negative Etchback ),PTH一旦微蚀过度即会造成

38、负凹蚀，且对黑化层攻击还会造成楔形缺口，右图由于有化学铜强力导通才使电镀铜有机会去补平缺口。,共127页,80,负凹蚀(Negative Etchback ),上三图均为负凹蚀画面，左图情况较轻微，铜箔退缩甚少，中图退缩已增大，右图环面退缩已达1mil，且上下两侧退缩很深，其中下侧之光面黑化层处更为深入，此等斜角在MIL-P-55001E中称为Shadow。,共127页,81,负凹蚀(Negative Etchback ),左二图为负凹蚀较严重之画面，尤其是黑化面斜口之渗蚀深度更为明显，是造成孔壁Wedge Void的原始病灶。右图画面中可见到严重负凹蚀，但已被化学铜与电镀铜所填平。但左侧空心

39、缺口却未填平。,共127页,82,孔壁镀铜层空洞( Plating Void),IPC-6012B对镀铜层空洞目检规定如下： CLASS3: 不允许有空洞。,CLASS2: 任何一个孔最多只能有一个空洞； 有空洞的孔不能超过总数的5%； 空洞不可大于孔长度的10； 空洞小于孔圆周的90度。,CLASS1: 任何一个孔最多只能有三个空洞； 有空洞的孔不能超过总数的10%； 空洞不可大于孔长度的10； 空洞小于孔圆周的90度。,共127页,83,孔壁镀铜层空洞( Plating Void),Class 2和CLASS3的板类，在每个试样切片中只允许出现一个空洞，且还须符合规定，即： 一、不管镀层空

40、洞的长度或大小，每个切样上只许出现一个. 二、所出现的空洞不可大于板厚的5。 三、孔壁与各内环交接处不可出现镀层空洞。 四、不许出现环状镀层空洞。,当杯状的孔铜壁有空洞时，可能会对插焊的填锡喷气，而推开液锡造成吹孔（Blow Hole)。但这种孔破对通孔另一种功能互连导通影响并不大。,IPC-6012A对经过热应力后（浮锡后）镀层空洞的评价标准为：,CLASS1的版类：每孔允许3个。空洞不允许在同一平面。任何空洞不应长于板厚的5%。不允许有环状空洞。,共127页,84,孔壁镀铜层空洞( Plating Void),孔壁铜层发生见底之“空洞原因很多，如： 一、钻孔粗糙挖破玻织布，以致深陷处不易完

41、成金属化及电镀铜层。 二、PTH前处理不良，以致局部化学铜层或直接电镀层等，无法有效建立导电的基地，电镀铜自然也不易进入。 三、直接电镀处理不良，或事后又出现脱落，此时通孔中间常出现环状孔破。 四、楔形孔破（Wedge Void)或称连续点状孔破。 五、镀铜孔壁原本良好，但事后又被其他制程（如锡铅层不良）所弄破甚至咬断造成。,共127页,85,孔壁镀铜层空洞( Plating Void),IPC-A-600F对度铜层空洞的允收标准如下：,CLASS3: 不允许有空洞。,CLASS2: 任何一个孔最多只能有一个空洞； 有空洞的孔不能超过总数的5%； 空洞不可大于孔长度的5； 空洞小于孔圆周的90

42、度。,CLASS1: 任何一个孔最多只能有三个空洞； 有空洞的孔不能超过总数的10%； 空洞不可大于孔长度的10； 空洞小于孔圆周的90度。,共127页,86,孔壁镀铜层空洞( Plating Void),图左与图中之画面其见底空洞是被不良钻嘴所挖破造成，右图亦出现很深的空洞，但已被镀铜渗入。,共127页,87,孔壁镀铜层空洞( Plating Void),上二图为环状破孔之明显与暗视对比图，左明视图只能见到表面两条中断的铜孔壁，右暗视图却可深入透明封胶而见到所剩半个孔的断壁全景。,读切片时，除了观察正平面的状态外，还需调节物镜的焦距来观察透明切片中孔壁的情况。,共127页,88,孔壁镀铜层空

43、洞( Plating Void),负片法二次铜后需再镀金属阻剂（如锡铅、纯锡或镍金等），经剥干膜后即进入蚀刻制程。一旦因某些原因造成金属阻剂在孔内之镀层不良时，将会在蚀刻中无法抵挡住药水的攻击，造成孔壁被咬破咬断，且经常不定点出现在各PTH上。,共127页,89,孔壁镀铜层空洞( Plating Void),从明视与暗视对比图中的斜坡断孔，一看就知道是来自“金属阻剂”（指锡铅或纯锡之镀层）不良，可能是在孔中央处镀不上去或镀层太薄，致使蚀刻过程中挡不住药水的攻击而造成咬断。其斜坡式的断口与板面线路的侧壁完全相同，故可判断出是后来被咬断的。,共127页,90,孔壁镀铜层空洞( Plating Vo

44、id),孔口被咬断的放大图。,共127页,91,楔形空洞(Wedge Void),纯钯直接电镀与镀铜后所发现的粉红圈与楔形孔破 。,粉红圈尚未恶化为楔形孔破。,共127页,92,层 间 对 准、内层环宽,IPC-A-600F对环宽规定如下：,理想状况： 所有的孔准确地对准在焊盘的中心处。,接受状况3级 最小的环宽不小于25m。,接受状况2级 破坏不大于90度. 接受状况1级 破坏不大于180度,对此类情形需进行水平切片评估或采用x光进行读样。,共127页,93,层 间 对 准、内层环宽,尚可接受,已严重偏离,L4几乎已经破环(Break Out),共127页,94,插指镀金,插指镀金的堵层的厚度要求，按IPC-6012A规定如下：,共127页,95,金属层间的介质空距,IPC-A-600F规定：,允收-1、2、3级： 金属层对通孔所让出的空距0.1mm。,拒收-1、2、3级： 金属层对通孔所让出的空距0.1mm。,共127页,96,介质层厚度（Layer-to-Layer Spacing),IPC-A-600F规定：,允收-1、2、3级： 介质层厚度0.1mm.,拒收-1、2、3级： 介质层厚度0.1mm.,共127页,97,THE END THANK YOU!,