HDI板內層開路的凹凸假象

鄒儒彬 彭衛紅 歐植夫 榮孝強 劉 東 葉應才 鄒禮兵

深圳市崇達電路技術股份有限公司

1 引言

對于普通的凹凸開路，由于其特征明顯（見表1），比較容易判別；但HDI板內層線路的凹凸開路，由于其具有一定的隱晦性，判定時具有一些難度，往往容易“魚目混珠”。筆者即有此經歷，

并由此糾正了HDI板工藝流程和工程設計上的系統問題。此問題對于從事HDI生產，特別是盲孔制作采取“銅面開窗+激光燒孔”工藝流程的公司，有很好的借鑒效果。

2 案件回放

2.1 HDI開路現狀表象

2010年底，我公司生產某型號HDI板063xxxC10A3（該板的疊層設計如圖1），在制作L2/L9內層次外層圖形時，激光盲孔處（HDI板盲孔制作有“銅面開窗+激光燒孔”和“激光直接燒孔” 兩種工藝,具體見表2注釋，此板為填孔電鍍工藝流程）線路發生“斷脖子”開路，如圖2所示。根據此開路的表象和以往的經驗，筆者認為該“斷脖子”開路為激光盲孔填孔電鍍后砂帶打磨不平整，導致內層線路圖形制作時貼膜不良，進而引發孔口處線路斷頸，屬于典型的“凸開路”。

表1 普通凹凸開路的區分

圖1 063xxxC10A3的疊層設計

表2 HDI板盲孔制作工藝

圖2 “斷脖子”開路

2.2 返工過程和結果

而后工藝對此板進行砂帶返磨，以保證填孔點銅面平整。

2.2.1 返工流程

褪膜→砂帶返磨銅面→內層前處理→內層圖形制作→DES→AOI掃描檢修。

2.2.2 返工結果

非常出人意料，AOI掃描結果顯示，返工后仍然有“斷脖子”開路，如圖3所示。取問題板詳細觀察分析，發現了更為嚴重的問題：填孔點附近有銅面凹陷，填孔點與線路之間“似斷非斷”，但AOI漏波，未能完全檢測出來，如圖4所示。

圖3 “斷脖子”開路

圖4 AOI漏波之銅面凹陷

2.3 原因分析

這到底是怎么回事？“斷脖子”開路是不是因為填孔點凸起引起的？為了揭開這個謎團，筆者和其他工程師一起，對問題板做了更深入的分析。

2.3.1 切片分析

通過對“斷脖子”開路和AOI漏波位置的切片分析（詳見表3），結果昭然：蝕刻前斷頸處銅面已經存在凹陷，深度為20 μm～27 μm、寬度為25微米左右，此處“斷脖子”開路為銅面凹陷所致。

表3 “斷脖子”開路和AOI漏波位置的切片分析

2.3.2 整板面分析

在放大鏡下連續觀察多塊板的板面，發現填孔處均呈現規律性的月牙狀銅面凹陷（詳見表4），蝕刻后箭頭所指的位置或呈現“斷脖子”開路、或呈現月牙狀銅面凹陷（此類缺陷，后續統一稱之為“月牙狀開路”），抽測的A、B、C三PAL板均呈現相同規律。

表4 整板面分析結果

2.4 小結

通過切片分析和整板面分析，確定HDI板063xxxC10A3的L2/L9層“斷脖子”開路實質為銅面凹陷引起的“月牙狀開路”，屬于“凹開路”，并非填孔點打磨不平整引起的“凸開路”。

3 “月牙狀開路”產生的根源

上述案件的HDI板063xxxC10A3，其盲孔制作流程為盲孔開窗→激光燒孔→沉銅、板電→填孔圖形開窗→填孔電鍍→填孔打磨→次外層圖形；通過核查工程資料和現場分析，確認L2/L9層出現“月牙狀開路”為盲孔開窗與填孔開窗錯位引起規律性銅面凹陷導致，其根源為盲孔開窗與填孔開窗設計錯誤：盲孔開窗與填孔開窗等大。由于盲孔開窗蝕刻存在側蝕（銅厚34.3 μm單邊側蝕量為15 μm左右）并且兩次對位也存在偏差（50 μm），兩者共同作用導致銅面形成（15 μm ～ 65 μm）的月牙狀凹陷?！霸卵罓铋_路”形成的詳細過程見表5：

表5 “月牙狀開路”形成的詳細過程

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4 “月牙狀開路”AOI漏波

對于圖5所示的銅面凹陷，由于凹陷處還有殘銅，在普通光源照射下，其銅面對光的反射強度相近，使得某些品牌的AOI掃描機（國外有兩種品牌的AOI掃描機有此問題）無法準確識別銅面凹陷，造成AOI漏掃。而凹陷的銅面經過棕化（或黑化）、微蝕之后，部分位置將形成“月牙狀開路”。此種現象筆者剝板分析時亦有發現。

根據筆者的經驗，AOI采用特種光源（非普通白光）掃描，或更換性能更好的AOI掃描機，可以改善“月牙狀開路”漏波。

圖5 次外層圖形制作蝕刻后

圖6 成品板剝板分析結果

5 HDI板凹凸開路的比較

此處“凹開路 ”指的是HDI“月牙狀開路”，“凸開路 ”指的是HDI鍍孔/填孔后漏打磨或打磨不平整導致的“斷脖子”開路。乍一看，兩者很像，都可能被當成“斷脖子”類型的“凸開路 ”；筆者通過總結，對兩者進行了比較，以厘清此種HDI板內層開路的凹凸假象。

5.1 凹凸開路的表象比較

普通目測表象類似，都可能被當成“斷脖子”開路，容易混淆。

表6 凹凸開路的表象比較

5.2 凹凸開路的蝕刻前板面狀況比較

“凹開路 ”(月牙狀開路)蝕刻前的銅面呈現凹陷狀況，而“凸開路 ”(斷脖子開路)蝕刻前的銅面呈現凸起狀況，兩者容易分辨。

表7 凹凸開路的蝕刻前板面狀況

5.3 凹凸開路的規律性比較

由于是設計問題，所以“凹開路 ”(月牙狀開路)具有普遍的規律性：一是銅面凹陷和開路呈月牙狀，二是銅面凹陷和開路都朝向板子的同一方向，如表8所示；而“凸開路 ”(斷脖子開路)則無此規律，兩者容易分辨。

表8 “凹開路 ”(月牙狀開路)板面整體表象的規律性

6 設計和工藝上如何規避“月牙狀開路”的產生

為規避“月牙狀開路”的產生，工程資料必須遵循一些設計原則，同時工藝生產也要對關鍵指標進行管控，詳見表9。

表9 設計和工藝上如何規避“月牙狀開路”的產生

7 生產流程中認識誤區

7.1 盲孔開窗蝕刻方面

由于盲孔開窗沒有任何線路，只蝕刻需要激光鉆孔的位置，所以員工往往沒有嚴格管控盲孔開窗蝕刻，認為只要蝕刻干凈即可而不必管控過蝕問題。其實，如果盲孔開窗蝕刻過度，則相當于加大了盲孔開窗的直徑φ2；在鍍孔圖形開窗直徑φ3不變的情況下，｜φ3-φ2｜的絕對值變小，增加了后續鍍孔圖形難度，有可能造成“月牙狀開路”。

7.2 盲孔開窗圖形對位

為了減少激光鉆孔生產難度，實際生產過程中可能會臨時修改盲孔開窗資料，加大盲孔開窗的直徑φ2，因為員工可能認為盲孔開窗僅僅是蝕刻銅，為激光鉆孔做準備，所以盲孔開窗的直徑φ2只要大于激光孔徑φ1則可隨意加大。和前面的道理相同，盲孔開窗必須考慮鍍孔圖形開窗直徑φ3的大小，盲孔開窗的直徑φ2不僅要小于鍍孔圖形開窗直徑φ3，還要保證｜φ3-φ2｜的安全值以確保后續不會出現“月牙狀開路”。

7.3 鍍孔圖形對位

“鍍孔圖形對位只要不破孔即可”、“鍍孔圖形只要使激光孔鍍上銅即可”，相信很多人都曾經這樣想過。鍍孔圖形對位如果與激光孔相切、與盲孔開窗相交、或與盲孔開窗相切（具體見表10），都會造成“月牙狀開路”，所以鍍孔圖形對位也必須保證兩次對位的重復精度，確保每個激光孔的鍍孔圖形的對準度。

表10 鍍孔圖形對位時不可接受的三種情況

8 效果驗證

充分認識“月牙狀開路”后，工藝通過修改工程設計和對生產工藝進行管控，HDI板063xxxC10A3補料生產時未再次出現“月牙狀開路”，也沒有發現“月牙狀開路”AOI漏波問題，達到了預期效果，證明對此問題的改善措施是行之有效的。

9 結語

表面看到的未必就是事情的真相，如本文中的“凹凸開路”；只有深入現場、深入分析，時時處處做有心人，才能還原問題的原貌，不要因為思想和行為上的稍稍懶惰而讓問題的假象欺騙了我們。

本文首次對“月牙狀開路”（Crescent-shaped open）進行了定義，并對其產生的根源和工藝流程上的認識誤區進行了深入探討。希望“月牙狀開路”能成為此類問題的標準稱謂并在PCB從業人員中普及，因為只有深入認識問題才能從根本上解決問題。

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