高电流测试对激光孔可靠性确认的应用研究

金立奎 严志豪 谢家星

（珠海方正科技高密电子有限公司，广东 珠海 519090）

0 引言

随着电子产品向轻薄化及多功能化发展，高密度互连（high density interconnector，HDI）板已全面应用于手机、消费类电子产品、通信、云计算、云存储技术以及更高端的云服务器等产品。高阶HDI印制电路板（printed circuit board，PCB）增加了数量众多的激光成型微导通孔，孔数越来越多，孔径越来越小。HDI PCB 使用激光孔经过电镀镀铜后导通不同的线路层，由于铜与树脂在受热时的膨胀系数不同，当激光孔的镀铜与底部铜的结合力较差时，存在拉裂的风险。HDI PCB在板厂通过电流及电阻的方式测试时，只能保证在常温时的状态，不能监控到使用时的异常，若在电子产品使用时发生失效会造成巨大的损失。为了更早地对激光孔底部开裂风险进行监控，在HDI PCB 的在制板上设计一个高电流测试（high current test，HCT）模块（附连测试板），与交付的产品同样经过工序生产。在板子生产到防焊后，对HCT 模块进行测试；通过对模块模拟升温，对盲孔的导电可靠性进行检测，可及时高效地发现因制程变异造成的激光孔问题，保证出货产品的可靠性。

目前，HCT 测试按HDI PCB 的阶数采用统一模版，使用的附连测试板盲孔孔径及介厚与板内一致，盲孔节距固定为1.0 mm，与板内盲孔的球栅阵列（ball grid array，BGA）封装最密集区域不同步，基本结构如图1所示。

图1 导通孔附连测试板

由图1 可见，存在部分HCT 无法检出孔底部开裂等异常，导致不良品流出的风险。为了解决该异常，本文主要针对盲孔孔径、盲孔节距及盲孔数3 种因子设计不同类型的HCT 附连测试板进行测试，分析在经高电流测试时的差异情况，得出最佳的HCT附连测试板设计及测试条件。

1 试验设计

1.1 试验HCT资料设计

为了验证盲孔孔径、盲孔节距及盲孔数对HCT 测试结果的影响，以厂商原设计为基础，模拟板内BGA 密集区域盲孔质量的情况，设计了8种方案进行优化测试，见表1。

表1 HCT 附连测试板设计参数

1.2 试验板流程设计

选取10 层2 阶板进行试验验证，具体流程及叠构如图2 所示。为了验证HCT 对激光孔底部开裂风险的检测效果，L2 层电镀填孔闪镀时，降低微蚀段流量。因流量变弱，导致水刀喷流压力不足，减少了盲孔孔底药水的交换量，影响了盲孔结合力，增加了出现盲孔开裂的风险。

图2 实验板设计流程及叠构

2 试验过程分析与讨论

使用相应设备进行HCT 关键因子验证测试，见表2。

表2 HCT测试条件参数

2.1 常规HCT测试

参考设备厂商提供的信息，对8 种设计方案进行常规参数测试。测试后对附连测试板进行切片及扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）观察，确认盲孔的品质。常规参数测试条件：先绝缘电阻（insulation resistance，IR）测试1 次，设定温度220～260 ℃，设定时间60 s，设定电压15 V。HCT 测试结果见表3，盲孔切片如图3所示，判定全部合格。

表3 HCT 附连测试板关键因子试验常规参数测试结果

图3 附连测试板盲孔底部裂纹异常

结论：切片确认存在盲孔底部裂纹，1 次IR测试＋1次常规HCT测试参数8种附连测试板设计均未检测出异常，即不满足监控要求。

2.2 加严参数验证

参考设备厂商提供的信息，对8 种设计方案进行加严参数测试。测试后对附连测试板进行切片及SEM观察确认盲孔品质。

加严参数测试条件：先IR 测试3 次，设定温度260～300 ℃，设定时间120 s，设定电压15 V，测试次数1次。HCT测试结果见表4。

表4 HCT附连测试板关键因子试验加严参数测试结果

结论：切片确认存在盲孔底部裂纹，加严参数测试中方案4、5 测试NG，即方案4、5 设计能满足监控要求。

3 验证试验

3.1 验证试验样板的选择

为了验证此参数结果在实际生产中的可行性。选择一款10 层3 阶的HDI PCB 导入节距0.5 mm、孔径0.075 mm、孔数648 个的方案4 设计进行生产，成型分板后对HCT附连测试板进行HCT加严参数测试及对成品板进行可靠性测试。

3.2 验证试验测试

根据PCB产品终端客户品质要求，需要测试、验证相关信赖性，测试项目见表5。

表5 测试、验证项目

3.3 验证试验的结果分析与讨论

3.3.1 HCT测试数据

测试按方案4 的设计生产的148 组HCT 附连测试板，数据如图4所示。

图4 HCT测试前后阻值变化

结论：阻值前后变化最小为-1.17%，最大为0.54%，平均为0.64%，峰值温度稳定，R值＜30 ℃，峰值阻抗值变化小，峰值电压稳定。

3.3.2 漂锡及IR测试

对成品板进行漂锡及IR 测试，IR 测试条件：峰值（250±5）℃，217 ℃以上，60 s；230 ℃以上，50 s。漂锡及IR测试板切片结果见表6。

表6 漂锡及IR测试板切片结果

由表6 可知，经过回流焊测试、热冲击测试后，孔壁未发生分离，未发生爆板分层现象，说明使用此生产板无盲孔底部开裂异常。HCT 测试也未检测到异常，参数适用范围广、误杀率低，可满足监控盲孔品质的需求，减少了不良品流出的风险。

4 结语

试验及验证测试结果表明，使用适合的参数设计HCT 附连测试板作为激光孔底部开裂风险的监测手段是可行的。对于节距≤1.0 mm 且盲孔密集的HDI PCB，单纯减小节距无法模拟板内BGA密集区域进行有效监控。对于存在盲孔底部细小裂纹的品质异常，使用增加盲孔孔数、对应减少节距和加严测试参数（IR 3 次，温度260～300 ℃，时间120 s，电压15 V，测试次数1 次）组合工艺参数可满足实际的监控需求。