Руководство цеховым технологам: дефекты межсоединения

(перевод статьи из журнала «The PCB Magazine», сентябрь 2020, автор статьи — Michael Carano, вице-президент по технологии и развитию бизнеса компании «RBP Chemical Technology»)

Рис. 1 D-SEP

Введение

Для тех, кто связан с производством печатных плат (ПП), ночным кошмаром является неизвестный дефект межсоединения (ICD).

По существу, ICD — это отделение металлизации от фольги межсоединения. В промышленности этот дефект классифицируется обычно по четырём категориям. Тип 1 описывает ситуацию, когда химическое меднение отделяется от торца меди внутреннего слоя. Конечно, есть и другие встречающиеся типы отделения.

Хорошо известно, что электролитическое меднение может отделяться от химического, но химическая медь остаётся на межсоединении. Эта ситуация рассматривается как Тип 2 ICD. Там, где Тип 1 адресуется к отделению химической меди от внутреннего контакта или внутреннего слоя, есть третий тип, где осадок химической меди расслаивается внутри себя. Это, наиболее вероятно, — нарушение однородности осадка. Тип 3 очень трудно выявить, требуя превосходного микрошлифа и технологии полировки, для обнаружения дефекта и путей его появления. Окончательно, ещё один дефект, с которым можно столкнуться — четвёртый тип ICD, D-SEP.

Тип 1

Тип 1 ICD существует благодаря ряду факторов. Первый, и наиболее известный, очень высокая скорость осаждения создаёт внутреннее напряжение в химическом осадке. Когда осадок в сильном напряжении, то тепловые воздействия вызовут отделение осаждённой меди от внутреннего слоя. Отделение может быть тоньше человеческого волоса вдоль вертикальной границы металлизации отверстия. Одно из решений для рассмотрения дефекта Тип 1 ICD — замедление скорости осаждения меднения. Также, это предотвращает избыточный катализ (избыток палладия на торце межсоединения) и снижает рабочую температуру.

D-SEP

D-SEP — также, отделение осадка химической меди от межсоединения. Однако, в отличие от Типа 1 ICD, появляющегося после тепловых нагрузок (тепловой удар припоя, сборка и т. д.), D-SEP существует без температурного стресса (рисунок 1). D-SEP появляется от избыточного напряжения в осадке, вызывая отделение в форме буквы D, как в названии. Другой возможный путь появления дефекта относится к нарушению механизма металлизации, который ведёт к нарушению ориентации зёрен в структуре медного осадка, где с Типом 1 ICD, требуется тепловое воздействие для отделения химической меди от цилиндра отверстия (рисунок 2).

Рис. 2 Тип 1 ICD

Каждый может легко предположить, что Тип 1 ICD и D-SEP являются результатом сильно напряжённого осадка меди. Однако, есть несколько и других потенциальных причин, которые должны быть рассмотрены. Напряжение в осадке может быть создано различными путями.

Так как D-SEP существует без теплового воздействия, опытный поисковик должен обратить внимание на следующие области. Этот пример включает и химические и механические параметры, относящиеся к процессу химического меднения. Основная причина D-SEP отслоения может быть подытожена как изменение в условиях осаждения медного осадка. Это не от оставшейся смолы после сверления на цилиндре межсоединения. Изменение в ключевых химических параметрах, включающих концентрацию гидроокиси, удельный вес и температуру раствора:

    1. Низкий уровень щёлочи. Убывание щёлочи останавливает реакцию металлизации.
    2. Высокий удельный вес. Появление побочных продуктов препятствуют химической металлизации, наиболее значительно — от сульфата и формата натрия.
    3. Вибрация. Вибрация удаляет пузырьки воздуха, которые могут задерживаться в отверстии при выходе в раствор. Во время металлизации образуется водород, который нужно удалять из отверстий.
    4. Температура химического процесса. Высокая температура увеличивает скорость осаждения. Если раствор не прокачивается достаточно быстро, то реакция прекращается.

Как показывает следующая реакция, раствор химического меднения стареет со временем, с накоплением форматов, карбонатов и хлоридов, как побочных продуктов. Эти продукты фиксируются по удельному весу, но не определяются индивидуально. Хлориды образуются линейно с потреблением хлорида меди. Карбонаты в виде двуокиси углерода из воздуха взаимодействуют с гидроокисью натрия в растворе. Потребляя постоянно воздух, карбонат образуется линейно. Формат также имеет тенденцию к линейному росту на низких уровнях по следующим реакциям:

    1. 2НСНО + ОН => СН3ОН + НСОО (реакция Канниццаро)
    2. 2Cu (II)(комплекс) + НСНО + 5ОН => Cu2O + HCOO + 3H2O + 2(комплекс)
    3. 2HCHO + OH =>HCOO + H2

Форматы и другие побочные продукты вносят вклад в увеличение удельного веса, снижая скорость реакций. При такой ситуации каждый может определить существование D-SEP дефекта.

Некоторые пути для предотвращения D-SEP:

  • Если обнаруживается D-SEP, повысьте уровень щёлочи в растворе химического меднения до 9.5 г/л.
  • Понижение рабочей температуры раствора меднения.
  • Снижение удельного веса раствора ванны.
  • Увеличение способности раствора к прокачке через отверстия:
    1. увеличение вибрации;
    2. усиление прокачки раствора;
    3. убеждённость в соответствующем покачивании штанги;
    4. увеличение расстояния между платами.

Другие полезные области могут помочь:

  • Усиление промывки отверстий.
  • Подъём температуры промывной воды.
  • Увеличенное рН промывки перед химической металлизацией.
  • Убеждённость в отсутствии загрязнения смолой отверстий и зашламления химикатами в линии.

Заключение

В качестве технолога каждый должен быть способным понять разницу между Типом 1 ICD и DSEP по простой причине того, что пути появления различны. Таким образом, пример дефектности потребует взгляда на различные области производдственного процесса для устранения ICD дефектов.

*************************

По возможному сотрудничеству в технологиях сборочно-монтажного производства и изготовления печатных плат просьба использовать следующий контакт:

Санкт-Петербург, Таллинское шоссе, 206

Электронная почта: office@bmptek.ru

Тел. +7 (921) 895−1422, (921) 994−9502

Управляющий проекта — Алексей Леонов

Подпишитесь на рассылку