高電流測(cè)試對(duì)激光孔可靠性確認(rèn)的應(yīng)用研究

金立奎 嚴(yán)志豪 謝家星

（珠海方正科技高密電子有限公司，廣東 珠海 519090）

0 引言

隨著電子產(chǎn)品向輕薄化及多功能化發(fā)展，高密度互連（high density interconnector，HDI）板已全面應(yīng)用于手機(jī)、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信、云計(jì)算、云存儲(chǔ)技術(shù)以及更高端的云服務(wù)器等產(chǎn)品。高階HDI印制電路板（printed circuit board，PCB）增加了數(shù)量眾多的激光成型微導(dǎo)通孔，孔數(shù)越來(lái)越多，孔徑越來(lái)越小。HDI PCB 使用激光孔經(jīng)過(guò)電鍍鍍銅后導(dǎo)通不同的線路層，由于銅與樹(shù)脂在受熱時(shí)的膨脹系數(shù)不同，當(dāng)激光孔的鍍銅與底部銅的結(jié)合力較差時(shí)，存在拉裂的風(fēng)險(xiǎn)。HDI PCB在板廠通過(guò)電流及電阻的方式測(cè)試時(shí)，只能保證在常溫時(shí)的狀態(tài)，不能監(jiān)控到使用時(shí)的異常，若在電子產(chǎn)品使用時(shí)發(fā)生失效會(huì)造成巨大的損失。為了更早地對(duì)激光孔底部開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行監(jiān)控，在HDI PCB 的在制板上設(shè)計(jì)一個(gè)高電流測(cè)試（high current test，HCT）模塊（附連測(cè)試板），與交付的產(chǎn)品同樣經(jīng)過(guò)工序生產(chǎn)。在板子生產(chǎn)到防焊后，對(duì)HCT 模塊進(jìn)行測(cè)試；通過(guò)對(duì)模塊模擬升溫，對(duì)盲孔的導(dǎo)電可靠性進(jìn)行檢測(cè)，可及時(shí)高效地發(fā)現(xiàn)因制程變異造成的激光孔問(wèn)題，保證出貨產(chǎn)品的可靠性。

目前，HCT 測(cè)試按HDI PCB 的階數(shù)采用統(tǒng)一模版，使用的附連測(cè)試板盲孔孔徑及介厚與板內(nèi)一致，盲孔節(jié)距固定為1.0 mm，與板內(nèi)盲孔的球柵陣列（ball grid array，BGA）封裝最密集區(qū)域不同步，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 導(dǎo)通孔附連測(cè)試板

由圖1 可見(jiàn)，存在部分HCT 無(wú)法檢出孔底部開(kāi)裂等異常，導(dǎo)致不良品流出的風(fēng)險(xiǎn)。為了解決該異常，本文主要針對(duì)盲孔孔徑、盲孔節(jié)距及盲孔數(shù)3 種因子設(shè)計(jì)不同類型的HCT 附連測(cè)試板進(jìn)行測(cè)試，分析在經(jīng)高電流測(cè)試時(shí)的差異情況，得出最佳的HCT附連測(cè)試板設(shè)計(jì)及測(cè)試條件。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)HCT資料設(shè)計(jì)

為了驗(yàn)證盲孔孔徑、盲孔節(jié)距及盲孔數(shù)對(duì)HCT 測(cè)試結(jié)果的影響，以廠商原設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，模擬板內(nèi)BGA 密集區(qū)域盲孔質(zhì)量的情況，設(shè)計(jì)了8種方案進(jìn)行優(yōu)化測(cè)試，見(jiàn)表1。

表1 HCT 附連測(cè)試板設(shè)計(jì)參數(shù)

1.2 試驗(yàn)板流程設(shè)計(jì)

選取10 層2 階板進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，具體流程及疊構(gòu)如圖2 所示。為了驗(yàn)證HCT 對(duì)激光孔底部開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)的檢測(cè)效果，L2 層電鍍填孔閃鍍時(shí)，降低微蝕段流量。因流量變?nèi)?，?dǎo)致水刀噴流壓力不足，減少了盲孔孔底藥水的交換量，影響了盲孔結(jié)合力，增加了出現(xiàn)盲孔開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 實(shí)驗(yàn)板設(shè)計(jì)流程及疊構(gòu)

2 試驗(yàn)過(guò)程分析與討論

使用相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行HCT 關(guān)鍵因子驗(yàn)證測(cè)試，見(jiàn)表2。

表2 HCT測(cè)試條件參數(shù)

2.1 常規(guī)HCT測(cè)試

參考設(shè)備廠商提供的信息，對(duì)8 種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行常規(guī)參數(shù)測(cè)試。測(cè)試后對(duì)附連測(cè)試板進(jìn)行切片及掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）觀察，確認(rèn)盲孔的品質(zhì)。常規(guī)參數(shù)測(cè)試條件：先絕緣電阻（insulation resistance，IR）測(cè)試1 次，設(shè)定溫度220～260 ℃，設(shè)定時(shí)間60 s，設(shè)定電壓15 V。HCT 測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3，盲孔切片如圖3所示，判定全部合格。

表3 HCT 附連測(cè)試板關(guān)鍵因子試驗(yàn)常規(guī)參數(shù)測(cè)試結(jié)果

圖3 附連測(cè)試板盲孔底部裂紋異常

結(jié)論：切片確認(rèn)存在盲孔底部裂紋，1 次IR測(cè)試＋1次常規(guī)HCT測(cè)試參數(shù)8種附連測(cè)試板設(shè)計(jì)均未檢測(cè)出異常，即不滿足監(jiān)控要求。

2.2 加嚴(yán)參數(shù)驗(yàn)證

參考設(shè)備廠商提供的信息，對(duì)8 種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行加嚴(yán)參數(shù)測(cè)試。測(cè)試后對(duì)附連測(cè)試板進(jìn)行切片及SEM觀察確認(rèn)盲孔品質(zhì)。

加嚴(yán)參數(shù)測(cè)試條件：先IR 測(cè)試3 次，設(shè)定溫度260～300 ℃，設(shè)定時(shí)間120 s，設(shè)定電壓15 V，測(cè)試次數(shù)1次。HCT測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 HCT附連測(cè)試板關(guān)鍵因子試驗(yàn)加嚴(yán)參數(shù)測(cè)試結(jié)果

結(jié)論：切片確認(rèn)存在盲孔底部裂紋，加嚴(yán)參數(shù)測(cè)試中方案4、5 測(cè)試NG，即方案4、5 設(shè)計(jì)能滿足監(jiān)控要求。

3 驗(yàn)證試驗(yàn)

3.1 驗(yàn)證試驗(yàn)樣板的選擇

為了驗(yàn)證此參數(shù)結(jié)果在實(shí)際生產(chǎn)中的可行性。選擇一款10 層3 階的HDI PCB 導(dǎo)入節(jié)距0.5 mm、孔徑0.075 mm、孔數(shù)648 個(gè)的方案4 設(shè)計(jì)進(jìn)行生產(chǎn)，成型分板后對(duì)HCT附連測(cè)試板進(jìn)行HCT加嚴(yán)參數(shù)測(cè)試及對(duì)成品板進(jìn)行可靠性測(cè)試。

3.2 驗(yàn)證試驗(yàn)測(cè)試

根據(jù)PCB產(chǎn)品終端客戶品質(zhì)要求，需要測(cè)試、驗(yàn)證相關(guān)信賴性，測(cè)試項(xiàng)目見(jiàn)表5。

表5 測(cè)試、驗(yàn)證項(xiàng)目

3.3 驗(yàn)證試驗(yàn)的結(jié)果分析與討論

3.3.1 HCT測(cè)試數(shù)據(jù)

測(cè)試按方案4 的設(shè)計(jì)生產(chǎn)的148 組HCT 附連測(cè)試板，數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 HCT測(cè)試前后阻值變化

結(jié)論：阻值前后變化最小為-1.17%，最大為0.54%，平均為0.64%，峰值溫度穩(wěn)定，R值＜30 ℃，峰值阻抗值變化小，峰值電壓穩(wěn)定。

3.3.2 漂錫及IR測(cè)試

對(duì)成品板進(jìn)行漂錫及IR 測(cè)試，IR 測(cè)試條件：峰值（250±5）℃，217 ℃以上，60 s；230 ℃以上，50 s。漂錫及IR測(cè)試板切片結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 漂錫及IR測(cè)試板切片結(jié)果

由表6 可知，經(jīng)過(guò)回流焊測(cè)試、熱沖擊測(cè)試后，孔壁未發(fā)生分離，未發(fā)生爆板分層現(xiàn)象，說(shuō)明使用此生產(chǎn)板無(wú)盲孔底部開(kāi)裂異常。HCT 測(cè)試也未檢測(cè)到異常，參數(shù)適用范圍廣、誤殺率低，可滿足監(jiān)控盲孔品質(zhì)的需求，減少了不良品流出的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)及驗(yàn)證測(cè)試結(jié)果表明，使用適合的參數(shù)設(shè)計(jì)HCT 附連測(cè)試板作為激光孔底部開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)測(cè)手段是可行的。對(duì)于節(jié)距≤1.0 mm 且盲孔密集的HDI PCB，單純減小節(jié)距無(wú)法模擬板內(nèi)BGA密集區(qū)域進(jìn)行有效監(jiān)控。對(duì)于存在盲孔底部細(xì)小裂紋的品質(zhì)異常，使用增加盲孔孔數(shù)、對(duì)應(yīng)減少節(jié)距和加嚴(yán)測(cè)試參數(shù)（IR 3 次，溫度260～300 ℃，時(shí)間120 s，電壓15 V，測(cè)試次數(shù)1 次）組合工藝參數(shù)可滿足實(shí)際的監(jiān)控需求。