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HDI验证程序繁复 掌握细节提升产品质量

  • 魏淑芳
HDI PCB用量渐增,复杂度、多层结构已不同以往常规PCB制作难度。SHENZHEN FLYGOLD CIRCUIT CO.

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随著3C电子设备功能提升,HDI高密度互连技术制成之PCB用量越来越多,HDI电路板线路复杂、缺省线宽∕孔径都比常规PCB精密,若无法在精度达到要求,也会导致终端产品耐用度、性能甚至功能失效问题…

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HDI PCB连通孔结构繁复,需进行多次热处理进行产品验证,确保制品质量与稳定度。Polar Instruments

HDI(High Density Interconnect)高密度互连技术已经是印刷电路板(Printed circuit board)相当成熟的进阶技术之一,举凡智能手机、平板计算机、笔记本电脑都看得到HDI PCB的踪影,使用高密度PCB的优点相当多,除了可让终端产品体积大幅缩小、薄化外,搭配高度集成的芯片、紧凑型的机构设计,HDI PCB都可以达到缩小产品体积的关键效用。

HDI PCB优点多检测繁复

虽说HDI PCB优点多多,但实际上HDI PCB也跟常规PCB一样,必经PCB的蚀刻、打孔、叠积等繁复制程,透过这些繁复手法、又需要达到HDI要求的高密度线路、孔径规格,成品的制作难度数倍于常规PCB外,制程精度更直接影响产品良率,因此HDI PCB制成品后端的品管检测要点不仅重要,还可在料件进入SMT制程前挑拣出不良品,避免影响后续产品问题影响。

一般HDI PCB检测其实也跟常规PCB使用方法近似,通常是用PCB检验标准针对HDI产品特性增加项目或加强精度确认,从HDI PCB的外观、结构完整度、可靠性、功能性等各方面进行细部确认,不同的制造厂或是需求方的要求规格可能会与本文介绍略有出入,此处仅就常规HDI PCB检测重点进行讨论与分享。

高标准测试流程  确保载板特性满足产品需求

有别于常规PCB检测,HDI PCB势必会在检测项目范围、标准要求更广更精细,在检测范围一般会涵盖如IPC-6016/6011/6012/4104针对性能规范、通用性规范、微孔材料规范等,搭配IPC-TM-650测试方法进行,尤其需针对积层材料、微孔、线宽等要求进行相关检测确认。

HDI(High Density Interconnect)高密度互连也称为BUM(Build-up Multilayer,或Build-up PCB),从字面上的意义理解,即是积层法制成的多层PCB电路板,积层部分的互联通常是采行微孔技术进行,所谓的微孔指的是接点密度≥130点/in2;布线密度为117in(lin=2.54mm)/in2

检视HDI PCB结构,主要会由核心层(PCB用来作核心线路的PCB层;Core)、RCC(Resin Coated Copper)背胶铜箔、LDP(Laser Drillable Prepreg)雷射成孔半固化片、Build-up Layer(积层)叠积在核心层表面之高密互联层,通常使用微孔技术、Microvias(微孔)孔径≤0.15mm之埋孔∕盲孔、Target Pad(微孔底部的对应Pad)、Capture Pad(微孔顶部对应Pad)、Buried Hole(埋孔)没有延伸到PCB表面层的线路导通孔等所构成。

各种检测程序当产生冲突时,一般会以PCB设计档为优先,其次会分别以已签发的HDI PCB采购合约或技术文件、HDI PCB检验标准、已签发之常规PCB采购合约或技术文件为主。

HDI材料的基本要求

在材料要求方面,主要会针对板材、铜箔、尺寸要求、导线∕孔径公差、微孔孔位、结构完整性、电气性能等要求进行检视。在板材上,缺省核心层材料为FR-4(Woven glass),缺省之积层材料若无特殊要求多为RCC。

若在产品性能要求优先时,积层材料亦可采行106(FR-4)、1080(FR-4)/LDP材料。铜箔部分包含如RCC铜箔与核心层板的铜箔,主要性能缺省指标包含厚度(1/2 Oz、1/3Oz…)、抗张强度、延展率、材料硬度、耐折度、弹性系数、电阻系数、表面粗糙度Ra。在金属镀层部分对HDI微孔的镀铜厚度要求性能指标微孔最薄处铜厚≥12.5um。

尺寸要求部分,HDI PCB需在尺寸精度量测特别要求,包含板材部分、导线部分、孔的尺寸等,量测需采行尺度特性在带刻度≥30倍之放大系统进行精确检验。板材在厚度要求与公差部分,核心层厚度缺省板材为FR-4之覆铜处理板材,厚度、公差要求可依循PCB检验标准处理。

在HDI PCB的积层厚度要求与公差部分,缺省积层的介质多在65~80um之RCC材料,在HDI PCB进行压合后处理之平均厚度≥40um,在最薄处需达到≥30um,其余细节也可以参照PCB检验标准处理。

设置制程合理公差  在成本、良率、产速取得平衡

在HDI PCB孔径公差部分,若是微孔会以微孔孔径为金属化前之直径±0.025mm;机械钻孔式埋孔之孔径公差或设在±0.1mm为基准。基本上微孔可允许和Target Pad、Capture Pad相切,但不允许出现破盘状况。

另在结构完整性要求部分,结构完整性要求必需在Thermal stress(热应力)试验后进行确认,而热应力的试验方法若要求更为缜密,可以先经过至少5次热应力处理后再进行结构完整性之金相切片进行确认。

垂直切片必须检查最少3个孔。金相切片之观察方法,必须要求于100倍(±5%)的放大条件下进行,在进行材料评判需在200倍(±5%)放大进行检视,镀层之厚度若小于1um,则不能采行金相切片方法进行检测。

HDI PCB的镀层完整性需检视金属镀层必须无裂纹、分离或空洞、污染物等现象;微孔的底部与Target Pad间不允许未除尽之胶渣、杂质。介质完整性部分,需在经过反复测试后,无剥离∕气泡∕分层或软化现象产生,才能达到要求标准。

微孔标准提高  确保HDI PCB质量

微孔外观部分,需针对微孔直径满足其要求,微孔形貌需针对顶部的电镀前直径、微孔底部电镀前直径检视,不能有封口现象。埋孔塞孔的要求部分,埋孔不能产生可见之空洞,凹∕凸现象等,均不能影响原有合约之介质厚度要求。

在HDI PCB最重要的电气性能检测部分,电路在线间线间之绝缘性可透过电阻值确认,线间之电阻值需大于10MΩ,测试所用之电压需能供应足够电流、亦不可引发线路间的间飞弧,进行测试的最小检测电压需≥40V。在介质耐电压部分可以在要求耐压1000VDC、导体间需没有出现闪光∕火花或电流凿击现象。

对于HDI PCB的使用环境要求部分,基本上可在进行湿度、温度与绝缘电阻试验进行验证,可将HDI PCB检测板经过潮湿与热源加压环境后,再进行绝缘电阻检测,绝缘电阻需达到≥500MΩ。Thermal shock(热冲击)试验部分可将测试环境设在-55~+125℃温度循环,HDI PCB测试样片之电气性能需能满足设计需求,测试电路样片需在进行测试前后之导体电阻变化≤10%变异量才能满足要求。

另HDI PCB除上述测试项目,一般也会列入如附著力测试,主要是针对制作过程的金属∕介质∕油墨等附著能力检测,另也必须针对PCB常规之抗振动(Vibration)、机械冲击、有机污染(Organic contamination)、抗菌(Fungus resistance)等要求进行测试确认。

 

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