1 背景描述

電子設計在不斷提高整機性能的同時，也在努力縮小其尺寸。從手機到智能武器的小型便攜式產品中，"輕、薄、小"是永遠不變的追求。而PCB制造工藝中的高密度集成（HDI）技術可以使終端產品設計更加小型化，同時滿足電子性能和效率的更高標準。HDI技術目前廣泛應用于手機、數(shù)碼(攝)像機、筆記本電腦、汽車電子和其他數(shù)碼產品等，其中以手機的應用最為廣泛。

采用激光盲孔作為主要的微導通孔是HDI關鍵技術之一。激光盲孔孔徑小而孔數(shù)多的特點是實現(xiàn)HDI板高布線密度的有效途徑，因此，激光盲孔的可靠性直接決定到產品的可靠性。從業(yè)內現(xiàn)有的研究成果來看，激光盲孔的可靠性主要取決于制程工藝流程和介質層材料。一般來說，引起盲孔失效的主要原因包括：（1）由于盲孔孔銅與底銅的結合力不良，產品在使用過程中盲孔孔銅與底銅出現(xiàn)分離；（2）由于盲孔腳部孔銅較薄，產品在使用過程中盲孔腳部孔銅斷裂。本文以一例HDI產品激光盲孔底部裂紋失效案例為切入點，討論了盲孔與底銅結合力不良的失效機理。

2 盲孔底部裂紋案例

分析

2.1 化銅層針孔導致盲孔底部裂紋

2.1.1 案例背景

某型號的光電通訊設備在可靠性測試過程中的高溫和低溫狀態(tài)時，均發(fā)現(xiàn)整機不能穩(wěn)定工作。經(jīng)最終排查確認，是PCBA的激光盲孔電阻值出現(xiàn)異常，失效現(xiàn)象為：常溫下，故障網(wǎng)絡上測得的阻值為367.68mΩ；將PCBA放入125℃恒溫條件下的高溫試驗箱內部一段時間后，阻值逐漸增大至882.65mΩ，最終發(fā)生開路故障。再從125℃的恒溫條件冷卻至室溫后，故障網(wǎng)絡上的阻值為395.41mΩ。

2.1.2故障定位

對故障網(wǎng)絡施加一個大小為0.4A的直流恒定電流，根據(jù)焦耳定律Q = I2*R*t可知，阻值偏大的區(qū)域發(fā)熱量也越大。使用紅外熱成像儀對故障網(wǎng)絡進行發(fā)熱量探測，根據(jù)PCBA上發(fā)熱量高低的分布情況，來定位出阻值偏大的點，分析結果如下圖2所示：

從上圖2中可知，隨著恒電流通電時間越長，故障網(wǎng)絡上焊接點A處發(fā)熱量最大，表觀溫度最高，而且隨通電時間延長，熱量逐漸上升，并擴散至全板，說明A點處阻值偏大，且有可能是導致故障網(wǎng)絡電阻值不穩(wěn)定的主要原因。

2.1.3切片分析

通過微切片法對A點位置進行分析，經(jīng)離子研磨拋光處理后，使用掃描電鏡SEM對其金相觀察，分析結果如下圖3所示：

通過上述切片圖3可以明顯的觀察到，A點盲孔底部存在微裂縫，裂縫發(fā)生在化學沉銅層界面，微裂縫的存在導致盲孔與底部的機械埋孔之間接觸不良。當PCBA在高溫下受熱時，基材膨脹，使得裂紋逐漸擴大，從而導致電阻值逐漸增大，直至開路的現(xiàn)象。激光盲孔的制作流程為：激光鉆孔→等離子→化學清洗→AOI掃描→沉銅→電鍍填孔，盲孔底部的裂縫發(fā)生在沉銅層與內部機械埋孔的結合界面。

2.1.4機械拔孔試驗及盲孔底部觀察

將盲孔中的孔銅直接拉拔出來，使用掃描電鏡觀察盲孔底部和孔銅底部的情況，分析結果如下圖4所示：

由圖4中對盲孔孔銅底部的SEM觀察可知，拔孔過程所造成的斷裂界面為盲孔孔銅與內層銅的結合界面，這說明盲孔的孔銅與內層銅之間結合力較弱。另外，盲孔底部的化學沉銅層表面存在有大量針孔，導致盲孔孔銅與內層銅面之間的有效結合面積減小，影響結合力。因此，在后期的熱處理過程中，PCB基材受熱膨脹產生內應力，而盲孔孔銅與內層銅面的結合力較弱，盲孔被拉扯導致出現(xiàn)裂縫的失效現(xiàn)象。

2.1.5小結

激光盲孔與內層銅之間產生裂紋的原因主要是由于孔底化銅層存在針孔缺陷，導致盲孔孔銅和內層銅結合強度減弱，不能抵抗多次回流高溫所帶來的沖擊，從而造成盲孔孔銅與內層銅之間被拉裂。

2.2 孔底余膠導致盲孔底部裂紋

盲孔在制備過程中需經(jīng)過激光鉆孔、等離子等關鍵處理過程，其中激光鉆孔的主要作用是將盲孔內的樹脂燒蝕，但在此過程中可能由于激光鉆孔能量不足或樹脂的返沉積作用，盲孔底部有少量的樹脂殘留，在后續(xù)的等離子除膠或化學除膠處理過程中，處理不充分，會導致盲孔底部基銅上有余膠，造成盲孔與內層銅層之間結合力不足。

2.2.1切片分析

對激光盲孔位置進行切片分析，分析結果如圖5所示，可見盲孔底部存在裂縫。

2.2.2盲孔底部分析

將盲孔拉拔出來，對其底部進一步分析，發(fā)現(xiàn)存在黑色的物質，類似樹脂膠渣，如圖6。對黑色物質進行元素分析，其含有C、O、Si、Ca和Br元素，為樹脂成分。因此，盲孔底部存在樹脂膠渣，導致盲孔與基銅的結合力較弱，在后期的熱處理過程中，基材受熱發(fā)生膨脹，盲孔被拉扯從而出現(xiàn)底部裂紋的現(xiàn)象。

2.2.3小結

在電鍍填孔流程前，盲孔底部存在有少量余膠，導致盲孔孔銅與底部銅面之間的結合力較弱，在后期的熱處理過程中，基材受熱發(fā)生膨脹，盲孔孔銅與底部銅面的結合力較弱，盲孔被拉扯導致出現(xiàn)裂縫

3 結論

（1）HDI板激光盲孔可靠性失效的現(xiàn)象常表現(xiàn)為線路網(wǎng)絡中阻值不穩(wěn)定或導通不良，且阻值受溫變的影響較大，因此，在常規(guī)的電測試工序，很難進行有效檢測和攔截；

（2）激光盲孔底部化銅針孔缺陷或孔底余膠等品質不良均會造成盲孔底部產生裂紋開路，導致產品出現(xiàn)可靠性失效。