刚挠结合板（FPC）孔铜缺失原因分析

Zjianeng

在PCB产品设计时，金属化导通孔（PTH）的作用之一是实现各层线路之间的互联，从而在有限的空间内的进行线路集成。当通孔出现了开路，就可能会导致原本连通的线路出现不导通的现象，因而无法实现特定的电气连接功能。本文分享了一例刚挠结合板通孔开路的失效分析过程。通过失效原因定位到了制程责任工序，并给出了改善建议，供业内同行参考。

关键词：刚挠结合板，通孔开路，失效分析

1 引言

     失效分析在提高产品质量、技术开发和改进、及时修复问题和仲裁失效事故等方面具有很强的实际意义。产品丧失规定的功能称为失效。根据失效现象，通过信息收集和相关测试来确定失效模式，然后再通过一定的分析手段和验证方法，挖掘出失效机理和查找失效原因，提出预防再失效的对策的技术活动和管理活动为失效分析。

本文通过对失效样品的通孔开路进行失效定位，经过一系列的验证和分析确定了失效原因，锁定了责任工序，并提出了改善建议，供业内同行参考。

2 失效样品概况

失效样品为1块已贴器件的PCB和1个切片，委托单位反馈在进行通断性测试时发现150pcs中有4pcs出现孔开路现象，失效孔位置不固定，不良率约为2.67%。

失效PCB外观如图1所示，其中箭头所指位置为开路孔，阻值超过200MΩ。

通过委托单位提供的信息可知，该失效样品为6层刚挠结合板，该板的生产流程中包含沉铜、板面电镀（铜厚要求为5μm~8μm）、外层干膜、图形电镀（最小孔壁铜厚要求为20μm）、碱性蚀刻和阻焊塞孔等。

对失效PCB的开路孔进行垂直切片分析，如图2所示：

开路孔内有3处断裂位置，其中1处位置在孔壁两侧几乎呈现对称缺口状态，另外2处位置仅在孔壁一侧出现缺口。该孔为阻焊塞孔设计，3处缺口位置阻焊均填塞至孔壁树脂处，说明孔铜的缺失发生在阻焊塞孔工序之前。

通过对孔铜微蚀，可以看到孔壁有明显的两层镀层，靠近树脂的一层铜厚约为7μm，为板面电镀层，靠近孔中心的一层铜厚约为22μm，为图形电镀层，两层镀层的铜厚均满足制程控制要求。在缺口处，部分位置的板面电镀层仍然存在，两层镀层几乎呈现平齐状态，缺口呈现蚀刻后形貌。

对委托单位提供的开路孔切片进行观察，如图3所示：

从委托单位提供的开路孔切片可以看到，孔壁两侧均出现缺口现象。孔壁有明显的两层镀层，即板面电镀层和图形电镀层。板面电镀铜厚约为6.5μm，图形电镀铜厚约为24μm，镀层厚度满足制程控制要求。在缺口处，已无孔铜存在，两层镀层呈现平齐状态，缺口呈现蚀刻后形貌。这与失效PCB的开路孔的现象一致。

对失效PCB的开路孔和委托单位提供的开路孔切片退阻焊后，采用扫描电子显微镜对缺口形貌进行微观形貌观察，如图4所示：

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从失效PCB的开路孔的放大图-1可以看到，缺口为半孔一圈，形状不规则，均无孔铜存在，箭头指示处板面电镀层和图形电镀层之间疑似有裂缝；从失效PCB开路孔放大图-2和图-3可以看到，孔壁和半孔内均有缺口，形状不规则，板面电镀层仍然存在。
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从切片孔的放大图可以看到，两侧孔壁的缺口处已无孔铜存在，而半孔底部仍可见铜层，中间出现不规则裂缝，整个缺口形状也呈现不规则形状。

从失效PCB开路孔和切片孔的靠近孔壁的缺口形貌来看，均呈现明显的蚀刻后形貌，且图形电镀层与板面电镀层平齐。而这两个切片中开路孔旁边位置的正常孔孔铜均完整均匀，无孔开和缺口现象。

对失效PCB的开路孔板面电镀层和图形电镀层之间的裂缝处进行观察和分析如下：

开路孔的板面电镀层和图形电镀层之间有明显的裂缝，且缝隙中存在杂物，含有C、O、Si、S、Cl、Ca和Cu元素。因为此板在元素分析前为除去孔内阻焊已进行过超声清洗，所以缝隙处的杂物为生产过程中夹杂，而非切片制作中引入。

如果在沉铜工序因为某种原因未沉上铜，后续的板面电镀和图形电镀均会受阻，那么缺口处会呈现图形电镀包覆板面电镀的状态，如图6左图。如果板面电镀正常，而图形电镀受阻，那么缺口处会出现无锡层保护，而呈现蚀刻形貌，即图形电镀层与板面电镀层呈现平齐状态，如图6右图。

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3 综合分析

通过对失效样品进行一系列的分析，结果表明：
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图形电镀包含电镀铜和电镀锡，锡层作为抗蚀层，可以保护孔铜在碱性蚀刻时不被蚀刻。从孔铜缺口处的镀层包覆状态和蚀刻形貌可知，此处图形电镀受阻，无锡层保护。

而从板面电镀层和图形电镀层之间存在缝隙和杂物可以进一步说明，板面电镀正常，是杂物阻挡了图形电镀，以致孔铜后续被蚀刻。

结合该板的生产流程（沉铜、板面电镀、外层干膜、图形电镀、碱性蚀刻、阻焊塞孔等），板面电镀之后图形电镀之前，该失效样品会经过外层干膜工序。据了解，干膜含有Cl、少量的S和Ca元素。这与板面电镀层和图形电镀层之间的杂物元素相似。因此，该杂物可能为干膜。即干膜入孔阻挡了图形电镀的镀铜和镀锡过程。

4 改善建议

综上所述，该失效样品孔开路的原因为板面电镀之后有干膜入孔阻挡了图形电镀的镀铜和镀锡过程，导致此处无锡层保护，在后续的蚀刻中孔铜被蚀刻。

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当通孔出现了开路，就可能会导致原本连通的线路出现不导通的现象，因而无法实现特定的电气连接功能