HDI盲孔的加工原理 盲孔凹陷度對(duì)焊接的影響

作者：一博科技高速先生成員 王輝東

饒蕭蕭說：吾愛有三，太陽、月亮、線路板。

阿毛說：我就看看。

剛到車間轉(zhuǎn)悠的阿毛，遠(yuǎn)遠(yuǎn)就看到PMC的美女饒蕭蕭那傾國傾城的臉上，秀美的娥眉，淡淡的蹙著，精致的臉蛋上映出淺淺的憂慮，多了一份我見猶憐的心動(dòng)，更多的是那種專注的平靜之美。

讓人在這一瞬間感嘆：紅塵囂浮華，一世轉(zhuǎn)瞬空。紅顏如夢，黯然一世芳華。

阿毛悄悄的走到蕭蕭的背后，看到她正盯著顯示器前的那一塊PCB看，放大了的PCB板。

阿毛感覺這片PCB有點(diǎn)眼熟，再一看，哎呀！這不是自己在外面復(fù)投加工的那塊HDI板嗎？對(duì)，就是馬上要上線的那塊板。

只見這屏幕上顯示了一張圖片，焊盤的表面坑坑洼洼。

阿毛輕聲的問蕭蕭，這批焊盤怎么成這個(gè)樣子了。

蕭蕭說：阿毛，你要問下你的PCB加工廠，這批次加工的盲孔上的凹陷度（dimple）明顯超標(biāo)了，和上次的相比一個(gè)是天上一個(gè)是地下。

上批次做過的圖片存檔

什么是HDI

HDI（High Density Interconnection）高密度互連PCB的英文縮寫，是在傳統(tǒng)多層線路板制造技術(shù)基礎(chǔ)上，通過高密度微細(xì)布線和微小導(dǎo)通孔技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，輔以激光鉆孔，水平/直立式PTH濕法流程等工藝生產(chǎn)的多層埋/盲孔PCB的簡稱。

根據(jù)IPC-2226里面的定義：

盲孔或埋孔直徑≤0.15mm[0.00591 in]，盤直徑≤0.35mm[0.0138 in]，通過激光或機(jī)械鉆孔，干/濕蝕刻，圖形轉(zhuǎn)移，通過電鍍形成導(dǎo)電包覆。

備注：孔徑＞0.15mm[0.00591 in]參考本標(biāo)準(zhǔn)中導(dǎo)通孔。

HDI常用鉆孔尺寸范圍：

3-5mil，一般取中間值4mil進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)的比較多。

HDI常用的IPC標(biāo)準(zhǔn)

1）IPC/JPCA-2315-高密度互連結(jié)構(gòu)與微孔設(shè)計(jì)指南

2）IPC-2226-高密度互連（HDI）印刷電路板設(shè)計(jì)準(zhǔn)則之部

3）IPC/JPCA-4104-高密度互連（HDI）結(jié)構(gòu)之介電質(zhì)材料驗(yàn)證與性能表現(xiàn)規(guī)范

4）IPC-6016，高密度互連（HDI）結(jié)構(gòu)的驗(yàn)證與性能表現(xiàn)規(guī)范

HDI盲孔的加工原理：

非機(jī)械鉆孔，孔徑在0.15mm（6mil）以下盲孔，盲孔底部Pad在0.25mm（10mil）以下者，特稱為Microvia微導(dǎo)孔或微孔。

微孔通常采用激光方式加工，光類型主要包括紅外光和紫外光兩種。

常見的LASER激發(fā)方式通常有兩種：

一種是UV光，一種是密封CO2氣體

利用紅外線的熱能，當(dāng)溫度升高或能量增加到一定程度后，如有機(jī)物的熔點(diǎn)、燃點(diǎn)或沸點(diǎn)時(shí)，則有機(jī)物分子的相互作用力或束縛力將大為減小到使有機(jī)物分子相互脫離成自由態(tài)或游離態(tài)，由于激光的不斷提供能量，而使有機(jī)分子逸出或者與空氣中的氧氣燃燒而成為二氧化碳或水氣體而散離去，由于激光是以一定直徑的紅外光束來加工的，因而形成微小孔。

固態(tài)Nd：

YAG紫外激光器發(fā)射的是高能量的紫外光光束，利用其光學(xué)能(高能量光子)，破壞了有機(jī)物的分子鍵(如共價(jià)鍵)，金屬晶體(如金屬鍵)等，形成懸浮顆?；蛟訄F(tuán)、分子團(tuán)或原子、分子而逸散離出，最后形成盲孔。

激光孔的填孔方式：

電鍍填孔的優(yōu)點(diǎn)：

1.有利于設(shè)計(jì)疊孔(Stacked)和盤上孔(via on Pad)

2.改善電氣性能，有助于高頻設(shè)計(jì)

3.有助于散熱和增加載流

4.塞孔和電氣互連一步完成

5.盲孔內(nèi)用電鍍銅填滿，可靠性更高

由于鐳射孔的孔徑較小為0.075-0.2mm，采用電鍍的方式，增加孔內(nèi)銅厚度，從而達(dá)到塞孔的目的。

填孔電鍍的板厚孔徑比(厚徑比)極限在1:1，通常在0.8：1，也就是用4mil的激光孔，填孔最大深度在4mil，正常深度在3.2mil左右。下圖是一個(gè)典型的HDI板的疊層圖，可以看出來，所有盲孔層的介厚沒有超過1：1的厚徑比。

盲孔凹陷度對(duì)焊接的影響:

由于盲孔孔徑或通孔厚徑比電鍍填孔(孔結(jié)構(gòu))原因，以及電鍍添加劑的基本原理限制，不可避免的出現(xiàn)Dimple值。由于盲孔涉及后續(xù)焊接流程，通常對(duì)Dimple值都有不同規(guī)格的要求，一般要求Dimple≤15um。

第一批次的dimple，是滿足生產(chǎn)要求的。

第二批次的dimple明顯超標(biāo)。

如果盲孔盤上的dimlpe超標(biāo)，按下圖所示，BGA的焊球在焊接時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)空洞。

下圖為盤中孔和盲孔焊盤上的凹陷度比較大，焊接時(shí)容易產(chǎn)生空洞和氣泡。

如果焊盤不在焊點(diǎn)的正中間，就會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)的一側(cè)開裂，不良就這產(chǎn)生了，特別是在老化和震動(dòng)測試以后，這種不良會(huì)更加突出。

聽了蕭蕭的分析，阿毛驚的張大了嘴巴，這這這……美女不可怕，可怕的是美女有文化，還是很專業(yè)很專業(yè)的那種。

阿毛呆了半天，就問了一句：“蕭蕭，你說我今后再做HDI板，這個(gè)凹陷度，要怎么處理?！?/span>

蕭蕭霸氣的說道：

1.設(shè)計(jì)時(shí)，盲孔的厚徑比不要超標(biāo)，控制在0.8：1左右。

2.激光盲孔用專用的VCP填孔電鍍處理，凹陷度控制在15um以下。

3.此批次我們來想辦法解決，因?yàn)槟闶俏覀兊纳系邸?/span>

最后終究還是PCBA工廠扛下了所有。

問題來了

大家在設(shè)計(jì)激光盲孔時(shí)， 是否有考慮到這個(gè)盲孔厚徑比的問題，填孔電鍍大家是否有關(guān)注這個(gè)凹陷度超標(biāo)的異常，PCBA工廠是否有提出來改善建議，來吧，烏蘇一開，越聊越嗨……

審核編輯：湯梓紅