你從哪里來，PCB成品銅厚和孔銅的由來

2017-10-16 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

前不久,某客戶自行設(shè)計(jì)和制造的一款小批量的PCB,在我司的PCBA工廠貼裝,貼裝過程很順利,但是在成品測(cè)試時(shí),發(fā)現(xiàn)有45%的不良,不是沒有信號(hào)就是就是信號(hào)失真。經(jīng)過多天排查,最終發(fā)現(xiàn)不良的原因是因?yàn)樵赑CB制作時(shí),過孔孔銅厚度不均勻,PCB過孔局部孔銅過薄,導(dǎo)致在回流焊接時(shí),因?yàn)槭軣釠_擊的影響,過孔孔銅斷裂,造成開路出現(xiàn)失效的不良。過孔局部銅厚過薄和過孔開路是PCB 制造行業(yè)共同面臨的重大技術(shù)課題之一,以往對(duì)過孔開路的討論與研究文章多局限在PCB 制板時(shí)板材的選用,因板材的CTE熱膨脹系數(shù)較大,在后期裝配冷熱沖擊導(dǎo)致孔銅開裂等失效案例的分析,而沒有從PCB本身加工,孔銅電鍍方面去分析解決問題。本文從PCB的電鍍方面去分析過孔局部銅薄起因,告訴大家怎樣從電鍍方面避免因過孔銅薄而出現(xiàn)開路導(dǎo)致PCB失效。

客供OK及不良圖片:

一般而言,傳統(tǒng)電路板的孔銅厚度大多數(shù)都要求在0.8-1mil之間。至于某些高密度電路板,比如HDI,因?yàn)槊た撞灰纂婂兺瑫r(shí)為了細(xì)線制作的問題,會(huì)適度的降低對(duì)孔銅厚度的要求,因此也有最低成品孔銅厚度0.4mil以上的規(guī)格出現(xiàn)。但是也有一些特殊的例子,例如:系統(tǒng)用的大型電路板,因?yàn)楸仨殤?yīng)付特殊的組裝以及長(zhǎng)時(shí)間使用的可靠性保證,因此要求孔內(nèi)銅厚度高于0.8mil以上或更高。IPC-6012里面對(duì)孔銅厚度是有明確的等級(jí)劃分,因此需要什么樣的孔銅規(guī)格,根據(jù)產(chǎn)品的需要,最終還是由客戶指定的。

IPC對(duì)產(chǎn)品等級(jí)通用的定義:

我們還回到我們文章的開頭案例部分,怎么會(huì)出現(xiàn)孔銅開裂的失效情況呢,首先我們先要了解PCB的制作流程

下圖為常規(guī)PCB通用流程圖:

從上兩個(gè)圖中我們可以清楚看到,我們的PCB完成銅厚是由PCB的基銅厚度加上板電和圖電最終厚度,也就是說完成銅厚大于PCB的基銅,而我們的PCB全部孔銅厚度,是在兩流程中電鍍完成,即全板電鍍孔銅的厚度和圖形電鍍的銅厚度。

我們常規(guī)成品1OZ成品銅厚,孔銅按IPC二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),我們通常一銅(全板電鍍)的厚度為5-7um,二銅(圖形電鍍)厚度為13-15um,所以我們的孔銅厚度在18-22um之間,加上蝕刻和其它原因?qū)е碌膿p耗, 我們的最終孔銅就在20UM左右。下圖為關(guān)于孔銅的幾種常用標(biāo)準(zhǔn)。

下圖是業(yè)界內(nèi)關(guān)于孔銅厚度的計(jì)算常用方法:

通孔電鍍是PCB制造流程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié),為實(shí)現(xiàn)不同層次的導(dǎo)電金屬提供電器連接,需要在通孔的孔壁上鍍上導(dǎo)電性良好的金屬銅。隨著終端產(chǎn)品的日趨激烈的競(jìng)爭(zhēng),勢(shì)必對(duì)PCB產(chǎn)品的可靠性提出更高的要求,而通孔電鍍層的厚度的厚度大小則成了衡量PCB可靠性保證的項(xiàng)目之一。影響PCB孔銅厚度的一個(gè)重要原因就是PCB電鍍的深鍍能力。

評(píng)估PCB鍍通孔效果的一個(gè)重要指標(biāo)就是孔內(nèi)銅鍍層厚度的均勻性。在PCB的行業(yè)中,深鍍能力定義為孔銅中心鍍層厚度與孔口銅鍍層厚度的比值。如下圖所示:深鍍能力(TP)可表示為:

為了更好的闡述深鍍能力,還經(jīng)常用到板厚孔徑比,即厚徑比。

從上圖中我們可以看出厚徑比小,就意味著PCB板不是太厚而孔徑較大,電鍍過程中的電勢(shì)分布比較均勻,孔中離子擴(kuò)散度比較好,所以電鍍液的深鍍能力值往往比較大;反之,厚徑比比較高時(shí),孔壁會(huì)表現(xiàn)為“狗骨”現(xiàn)象,(即上期文章中吳總提到孔口銅厚,孔中心銅薄的現(xiàn)象),鍍液的深鍍能力就較差。