HDI板大铜面BVH区域分层改善

张雪锋 彭晓华

（广东科翔电子科技股份有限公司，广东 惠州 516083）

1 背景描述

随着电子产品的不断更新换代，印制电路板（PCB）也在随之演变，主要体现在层数越来越高、线宽/线距越来越小、孔密集度越来越高。本文主要对HDI板大铜面盲孔、埋孔（BVH）区域在成品过红外线（IR）炉后分层起泡异常，通过不良实物微切片分析并拟定实验方案，根据试验方案测试得出相应条件下的不良数量，层别出HDI板大铜面BVH区域分层贡献度，找出造成分层起泡的真因，故针对分层起泡作为专题进行研究改善，并落实到过程控制，以防止异常再次发生。

2 不良现象分析

2.1 分层不良位置

将分层的位置剥开，发现分层问题主要集中在外层大铜面的BVH上方，从分层位置外观可以看到，分层处外层铜面上及BVH上方均有残留树脂，棕化面颜色正常（见图1）。

图1 分层不良图片

2.2 微切片分析

将分层位置进行微切片分析，分层既发生在L1、L2层之间的半固化片内部，又发生在L2、L3层之间的半固化片内部。棕化面上均有树脂，从该切片看出分层是发生在材料内部，跟棕化面无关（见图2）。

图2 分层位置微切片图

3 失效分析

3.1 要因分析

通过和客户沟通了解到，贴装条件为无铅要求，最低贴装温度在240℃，造成分层的要因分析（见图3）。通过以上分析，首先，材料作为导致分层的显著因子，其次，PCB受潮及设计原因也有一定贡献度。

3.2 材料分析

无BVH区域（见图4例1）在耐热性能测试受热膨胀时，在同一平面上各个位置的Z方向的膨胀量都是均匀的，因此不会存在由于结构的差异造成的应力集中区域。当设计有BVH钻在基面上（见图4例2）时，在BVH与BVH之间的A-A和C-C截面上，由于基材没有收到BVH在Z方向的约束，膨胀量较大，而在BVH和焊盘所在的B-B截面上，由于基材受到BVH在Z方向的约束，因而膨胀量较小，这3处的膨胀量的差异，在BVH焊盘与HDI介质和塞孔树脂交界处和附近区域造成应力集中。从而比较容易形成裂缝和分层。

图3 分层异常要因分析图

图4 Z轴膨胀分析

当设计有BVH且BVH钻在Cu面上时，也会在BVH焊盘与HDI介质和塞孔树脂交界处和附近区域造成应力集中，但是由于BVH与BVH之间的Cu是连接在一起的，A-A和C-C截面上也会有一定的约束，因此A-A和C-C截面和B-B截面在Z-方向的膨胀量的差异会较小一些，形成裂缝和分层相对也就小一些（见图4例3）。

3.3 PCB受潮分析

PCB中的水分主要存在于树脂分子中和PCB内部存在的宏观物理缺陷处，如空隙、微裂纹等，水的存在也对其性能有着异常重要的影响。

在PCB受热的同时，其中一部分自由体积的水可以通过微孔状的PCB基材散失出去，从而减少可能在空隙或微裂纹处聚集的水的摩尔体积分数，从而有利于PCB的分层改善。如果PCB表面有大面积的Cu图形覆盖，则在PCB受热时，BVH上方的大铜面挡住受热后向外逸出的水气，使微裂纹中水气浓度升高，发生分层的几率增加。

4 实验方案及试验结果

根据以上分析，拟定了不同材料试验（见表1）、HITACHI材料试验（见表2）、PCB受潮试验（见表3）试验计划进一步验证。

4.1 不同材料试验

采用不同基材和塞孔树脂，比较分层情况（见表1）。

不同材料试验结论：

（1）由以上试验可以看出，使用HITACHI均有分层，但通过使用较高树脂含量半固化片、改变塞孔油墨，对分层有一定程度的改善。

（2）S1170与RCC在试验板上测试结果可以满足IR3次无分层，在IR6次后较低比例的分层，说明材料的选用有明显的贡献度。

（3）统计公司目前的分层比例：在客户投诉分层的型号中，统计外层半固化片使用的含胶量，其中含胶量为62%比例占91，含胶量为65%比例仅占9%，说明树脂含量过低存在分层的风险。

4.2 HITACHI材料试验内容及结果

采用Hitachi基材，不同的加工条件，比较分层情况（见表2）。

HITACHI材料试验结论：

HITACHI材料通过调整不同的试验参数，测试结果均有分层，但通过在棕化后加烘板、树脂塞孔分段烘有一定改善，层压参数2为较优化的层压参数。

表1 不同材料试验

表2 HITACHI材料参数确认试验

表3 板材受潮试验

4.3 PCB受潮试验

板材受潮试验结论：在包装前烘板，并使用铝箔真空包装可以明显改善PCB完成后至贴装期间因受潮导致的分层。

5 结论及建议

综合以上试验结果，对HDI板大铜面BVH（盲孔、埋孔）区域分层通过不同材料对比试验、HITACHI材料不同条件试验以及PCB板受潮试验分析，导致出现此类分层的主要原因是此类HDI设计使得内层埋孔上方受热时应力非常集中。当材料的抗曲张应力的能力不足，会产生分层，而假使产品受潮会加剧此类品质问题，对此SME现阶段改善如下。

（1）选用测试中材料耐应力方面优于HITACHI的S1170材料，替代HITACHI材料应用于无铅贴装；

（2）改善包装条件以控制PCB完成后的受潮；

（3）内部设计提高树脂含量（RCC为100%树脂）改善分层；

（4）建议客户设计时综合考虑含胶量及介质厚度，BVH上方避免设计大铜面区域。根据以前的试验结果，如设计时，在密集BVH上方的大铜面上开窗，可以降低分层的风险。