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:互聯網

前不久,某客戶自行設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,發現有45%的不良,不是沒有信號就是就是信號失真。經過多天排查,最終發現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,造成開路出現失效的不良。過孔局部銅厚過薄和過孔開路是PCB 制造行業共同面臨的重大技術課題之一,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熱膨脹系數較大,在后期裝配冷熱沖擊導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開路導致PCB失效。

客供OK及不良圖片:

一般而言,傳統電路板的孔銅厚度大多數都要求在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以上的規格出現。但是也有一些特殊的例子,例如:系統用的大型電路板,因為必須應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格,根據產品的需要,最終還是由客戶指定的。

IPC對產品等級通用的定義:

我們還回到我們文章的開頭案例部分,怎么會出現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PCB通用流程圖:

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。

我們常規成品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導致的損耗, 我們的最終孔銅就在20UM左右。下圖為關于孔銅的幾種常用標準。

下圖是業界內關于孔銅厚度的計算常用方法:

通孔電鍍是PCB制造流程中非常重要的一個環節,為實現不同層次的導電金屬提供電器連接,需要在通孔的孔壁上鍍上導電性良好的金屬銅。隨著終端產品的日趨激烈的競爭,勢必對PCB產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。

評估PCB鍍通孔效果的一個重要指標就是孔內銅鍍層厚度的均勻性。在PCB的行業中,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: