本帖最后由 edadoc 于 2017-5-19 15:21 編輯 6 c. \, G$ z/ W# [9 U) e! [
: s" s) n8 Z' ^9 a3 x& l# J作者：一博科技3 `: Q$ a& I- Z2 m; F5 |5 P
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前不久，某客戶自行設(shè)計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，但是在成品測試時，發(fā)現(xiàn)有45%的不良，不是沒有信號就是就是信號失真。 經(jīng)過多天排查，最終發(fā)現(xiàn)不良的原因是因為在PCB制作時，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，因為受熱沖擊的影響，過孔孔銅斷裂，造成開路出現(xiàn)失效的不良。
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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，以往對過孔開路的討論與研究文章多局限在PCB 制板時板材的選用,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。 # T' A8 `6 v/ {$ r1 R( \
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- q4 g7 P& \2 d& i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，因為盲孔不易電鍍同時為了細線制作的問題，會適度的降低對孔銅厚度的要求，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，因為必須應(yīng)付特殊的組裝以及長時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里面對孔銅厚度是有明確的等級劃分，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。
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% a% {: u& O+ kIPC對產(chǎn)品等級通用的定義：
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7 }( v/ Z+ F; D9 O8 z' M我們還回到我們文章的開頭案例部分，怎么會出現(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8 K9 u. l! [) V, t. L; P
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下圖為常規(guī)PCB通用流程圖：: Y, z# v+ ]7 I6 [2 U6 b1 K9 T
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4 ]' Z7 k9 O# y. o. q) _. Q9 s從上兩個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。
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9 Y9 ]; N8 z8 b$ Z 我們常規(guī)成品1OZ成品銅厚，孔銅按IPC二級標準，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準。2 e( ^3 L& Z* T
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下圖是業(yè)界內(nèi)關(guān)于孔銅厚度的計算常用方法：
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" Q0 c. B# e/ I+ L/ s. F# L通孔電鍍是PCB制造流程中非常重要的一個環(huán)節(jié)，為實現(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)品的日趨激烈的競爭，勢必對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可靠性保證的項目之一。影響PCB孔銅厚度的一個重要原因就是PCB電鍍的深鍍能力。- b6 z6 u. j; g- q& E5 W# V2 {
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評估PCB鍍通孔效果的一個重要指標就是孔內(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：
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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。, R+ G6 S% W* X0 E+ Q) Z2 @ g* e. {
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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，電鍍過程中的電勢分布比較均勻，孔中離子擴散度比較好，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，孔壁會表現(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。
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' Z/ L% H# i, a4 d% P下表為某廠根據(jù)上述定義對PCB產(chǎn)品進行的分類及目前使用的電鍍銅工藝的主要性能指標。* I' r1 A3 q q
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PCB產(chǎn)品分類及電鍍銅深鍍能力指標
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; j# E, d7 q/ i: o9 Q5 S) ? 不考慮其它因素的影響，目前我司的最大厚徑比能做到18：1。高深鍍能力對電鍍是非常重要的。這也是目前很多線路板廠亟待解決的制程問題。
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高深鍍能力有如下的優(yōu)勢：) J9 h( R' I; o2 z( y1 }
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1.提高可靠性保證1 R3 a1 x# P! z( }+ x% a: U
孔壁電鍍銅層厚度的均勻性提升，為PCB在后續(xù)的表面貼裝及終端產(chǎn)品使用過程中的冷熱沖擊等提供了更好的保證，從而不會出現(xiàn)前期的失效問題，延長產(chǎn)品的使用壽命，提高產(chǎn)品的高可靠性。
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2.提升生產(chǎn)效率: H, M# t0 [: o
電鍍工序一般是制造流程中的“瓶頸”工序，深鍍能力的提升可縮短電鍍時間，提高產(chǎn)能和效率。
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3.降低制造成本
' ^5 G: ]; ]3 M9 n7 X! `0 |9 rPCB工廠普遍認為：如果深鍍能力在原來基礎(chǔ)上提升10%，則至少可以降低材料成本10%的消耗。 此一項的直接收益就在百萬元/年，更不包括提升產(chǎn)品品質(zhì)后帶來的一系列間接獲益。
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