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HDI的盲孔设计,你注意到这个细节了吗?

一博科技2022-06-23 17:47发文

作者:一博科技高速先生成员 王辉东

饶萧萧说:吾爱有三,太阳、月亮、线路板。
       阿毛说:我就看看。
       刚到车间转悠的阿毛,远远就看到PMC的美女饶萧萧那倾国倾城的脸上,秀美的娥眉,淡淡的蹙着,精致的脸蛋上映出浅浅的忧虑,多了一份我见犹怜的心动,更多的是那种专注的平静之美。
       让人在这一瞬间感叹:红尘嚣浮华,一世转瞬空。红颜如梦,黯然一世芳华。
       阿毛悄悄的走到萧萧的背后,看到她正盯着显示器前的那一块PCB看,放大了的PCB板。
       阿毛感觉这片PCB有点眼熟,再一看,哎呀!这不是自己在外面复投加工的那块HDI板吗?对,就是马上要上线的那块板。
       只见这屏幕上显示了一张图片,焊盘的表面坑坑洼洼。
       阿毛轻声的问萧萧,这批焊盘怎么成这个样子了。

萧萧说:阿毛,你要问下你的PCB加工厂,这批次加工的盲孔上的凹陷度(dimple)明显超标了,和上次的相比一个是天上一个是地下。

上批次做过的图片存档

什么是HDI

HDI(High Density Interconnection)高密度互连PCB的英文缩写,是在传统多层线路板制造技术基础上,通过高密度微细布线和微小导通孔技术来实现,辅以激光钻孔,水平/直立式PTH湿法流程等工艺生产的多层埋/盲孔PCB的简称。

根据IPC-2226里面的定义:
       盲孔或埋孔直径≤0.15mm[0.00591 in],盘直径≤0.35mm[0.0138 in],通过激光或机械钻孔,干/湿蚀刻,图形转移,通过电镀形成导电包覆。
       备注:孔径>0.15mm[0.00591 in]参考本标准中导通孔。
       HDI常用钻孔尺寸范围:
       3-5mil,一般取中间值4mil进行设计生产的比较多。
       HDI常用的IPC标准
       1)IPC/JPCA-2315-高密度互连结构与微孔设计指南
       2)IPC-2226-高密度互连(HDI)印刷电路板设计准则之部
       3)IPC/JPCA-4104-高密度互连(HDI)结构之介电质材料验证与性能表现规范
       4)IPC-6016,高密度互连(HDI)结构的验证与性能表现规范


       HDI盲孔的加工原理:
       非机械钻孔,孔径在0.15mm(6mil)以下盲孔,盲孔底部Pad在0.25mm(10mil)以下者,特称为Microvia微导孔或微孔。
       微孔通常采用激光方式加工,光类型主要包括红外光和紫外光两种。


       常见的LASER激发方式通常有两种:
       一种是UV光,一种是密封CO2气体

利用红外线的热能,当温度升高或能量增加到一定程度后,如有机物的熔点、燃点或沸点时,则有机物分子的相互作用力或束缚力将大为减小到使有机物分子相互脱离成自由态或游离态,由于激光的不断提供能量,而使有机分子逸出或者与空气中的氧气燃烧而成为二氧化碳或水气体而散离去,由于激光是以一定直径的红外光束来加工的,因而形成微小孔。

固态Nd:YAG紫外激光器发射的是高能量的紫外光光束,利用其光学能(高能量光子),破坏了有机物的分子键(如共价键),金属晶体(如金属键)等,形成悬浮颗粒或原子团、分子团或原子、分子而逸散离出,最后形成盲孔。

激光孔的填孔方式:

电镀填孔的优点:
       1.有利于设计叠孔(Stacked)和盘上孔(via on Pad)
       2.改善电气性能,有助于高频设计
       3.有助于散热和增加载流
       4.塞孔和电气互连一步完成
       5.盲孔内用电镀铜填满,可靠性更高

由于镭射孔的孔径较小为0.075-0.2mm,采用电镀的方式,增加孔内铜厚度,从而达到塞孔的目的。

填孔电镀的板厚孔径比(厚径比)极限在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。下图是一个典型的HDI板的叠层图,可以看出来,所有盲孔层的介厚没有超过1:1的厚径比。

盲孔凹陷度对焊接的影响:
       由于盲孔孔径或通孔厚径比电镀填孔(孔结构)原因,以及电镀添加剂的基本原理限制,不可避免的出现Dimple值。由于盲孔涉及后续焊接流程,通常对Dimple值都有不同规格的要求,一般要求Dimple≤15um。

第一批次的dimple,是满足生产要求的。

第二批次的dimple明显超标。

如果盲孔盘上的dimlpe超标,按下图所示,BGA的焊球在焊接时,会产生一个空洞。

下图为盘中孔和盲孔焊盘上的凹陷度比较大,焊接时容易产生空洞和气泡。

如果焊盘不在焊点的正中间,就会导致焊点的一侧开裂,不良就这产生了,特别是在老化和震动测试以后,这种不良会更加突出。

听了萧萧的分析,阿毛惊的张大了嘴巴,这这这……美女不可怕,可怕的是美女有文化,还是很专业很专业的那种。
阿毛呆了半天,就问了一句:“萧萧,你说我今后再做HDI板,这个凹陷度,要怎么处理。”
萧萧霸气的说道:
       1.设计时,盲孔的厚径比不要超标,控制在0.8:1左右。
       2.激光盲孔用专用的VCP填孔电镀处理,凹陷度控制在15um以下。
       3.此批次我们来想办法解决,因为你是我们的上帝。
       最后终究还是PCBA工厂扛下了所有。
       问题来了

       大家在设计激光盲孔时, 是否有考虑到这个盲孔厚径比的问题,填孔电镀大家是否有关注这个凹陷度超标的异常,PCBA工厂是否有提出来改善建议,来吧,乌苏一开,越聊越嗨……

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