床铰1.13 孔壁怎粗糙
这是业界非常流行的一种说法,笔者时常被问到国际规范对孔壁粗糙是如何检验及允收的。甚至有很多人以话传话,认为规范中允收的上限是1mil,事实上这全是子虚乌有的传说。著名的各国际规范中均从未提到过Hole Roughness一词,只有孔铜破洞(Voids)或孔铜厚度不足等。当然某些供需双方所自行订定的规范则不在此限,且其优先程度也高过国际规范。
"孔壁粗糙"当然是来自钻孔的不良,其中又以钻针情况不佳为主因。说的更仔细一点,那就是针尖上两个第一面(First Facet)的切削前缘(Cutting Lips)出现崩破(Chipping),无法顺利切削玻璃束所致。或针尖外侧两刃角(Corner)崩损磨圆,失去原来直角修整孔壁的功能。于是在破烂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成破裂陷落的坑洞,不过横向撞折断者则尚可维持平坦。下附各图中读者可清楚的看到其孔壁放大的细部情形。 图1 迎面而来纵向纱束被劈散成坑的详情(注意:此切片在采样切板时,剪裁落点太靠近孔体,以致造
成内层孔环铜箔被严重拉扯弯曲变形的画面,此样已完成PTH与一次铜,故起伏落差情形更为夸张明显)。
图2 此为六层板之全层通孔,各铜箔内环已明显出现钉头(Nail Heading),并有玻织束被挖破的画面,但这种孔壁钻破与钉头之间似乎并无必然的关系。注意:切片制作时的灌胶一定要小心,不但一定要填满而且烘烤硬化时也不可太急,以防胶内产生空洞。如此不但画面不美且还会影响到孔铜厚度的观察与细部真相。 图3 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。
图4 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,除与钻针尖部的"刃角"损耗有密切关系外,也与钻针的偏转(Run Out)或摇摆(Wobble)有关。此图可清楚见到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)。
图5 有时钻孔的机械挖破(Gouging)与过度除胶渣(De-smear)的化学蚀溶之间,虽很不容易分辨,其二者从不清楚的切片上确是很难厘清的,此处左图500X看见的粗糙很显然是出自过度除胶。右图则是轻微的撞破。
图6 微切片检查必须仔细制做,只有在最清楚效果之下才能做出最正确的判断。一般孔壁粗糙、壁面高低不平,一定会怪罪到钻孔不良,认为是钻针破损所造成的。然而笔者有一张已珍藏了十五年的切片图,看似钻孔粗糙,实际上不仔细端详还真的被冤了大枉呢。请看本画面三束"立式"纵向玻织纱束中间的黑洞,这很明显的说明了是由于纱束中原本就有破洞,然后才被钻尖的切削前缘(Cutting Lips)
打包流水线>压铸机料筒的设计所顺势剖开的,根本不是钻针不利所挖破的。
请特别注意,画面右边的黑洞及中央的断层,由于落差太大连化学铜与一次铜都镀不上,可见粗糙之严重性。这种由于玻织布中断纱太多而不良的基材板,进而又造成孔壁的粗糙,当然不能怪罪钻孔。但在向基板商索赔之际,没有如山的钻证又如何能开得了口?
飞羽辅助图7 正如前图1所说明的,不够锐利的钻针多半会撞断"某一"画面上"立式"纵向的玻织纱束,由此处三个清楚的切片更可进一步证明。
图8 事实上这种钻孔不良孔壁粗糙(严格说应是"挖破"才对)的真相,要纵切孔的半个孔壁上才更能看清全貌。为了减少这种老问题,PCB 正厂对钻针与钻孔的管理原则是:一,"0.062"厚的板子一般叠三片高;二,全新钻针经1500击(Hits)后重磨;三,后续每1500H 重磨一次,共红豆杉提取物
两次,连新针共重磨三次即报废。至于代工厂或全程外包的板子就很难说了。
图9 左上亦为珍藏十八年以上的八层板精采图片,此图不但可看出"直立"的纱束被挖破,而且还可看出在高温漂锡下(2880C,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 Receission),而且共出现了六个地方。可见当年环氧树脂之Tg不高(115-才有此种现象,目前Tg已进步到1301200C)0C想要再发现已经不容易了。中图为钻孔粗糙镀过一铜的孔壁。右图则只有化学铜层,但仍可看见明显的粗糙。
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,但此等介面"互连"处(Interconnecti
ng)还要耐得住后续各种高温考验而不分离才能算数。通常模拟方法即"2880C十秒钟之漂锡",特称为热应力试验或漂锡试验(Thermo-Stress Test or Solder Floating Test).经此严苛试验而不出现Separation者才能允收。美式规范(如IPC-6012或MIL-P-5511OE)都只要求一次漂锡,但部分日商客户却要连做五次才行,想要过关必须丝毫不能马虎才不致功亏一篑。
挤爆胶囊
按IPC-6012表4-3的规定,通孔热应力漂锡后待检查的项目共有11项,此种"后分离"系属3.6.2.1节"镀层完整性"所管辖,其中明文规定"各内环与孔壁之互连处不可分离",且在表3-7中对Class2板类之镀层也规定"不可分离"。不过即使发现"后分离"也不表示通孔性不良,只是制程不够可靠而已。
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,使得二者附著力不够牢靠所致。是故镀前活化处理一定不可疏忽,其可靠度(Reliability)才会让人放心。以下即选附一些"后分离"的故障画面,
以供读者参考。(注意:此处后分离只谈环壁之间的拉开,未涉及其他)。
图1 左为500X 经漂锡后之"互连"分离,右为1000X 见到的漂锡后分离,两者均为化学铜制程,故因粉红圈而引起的楔形缺口,都由于化学铜良好的导电度而得使铜层镀入