PCB板微切片制作钉头问题分析
(2015-12-10 16:12:39)
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"Nail Heading钉头"在早期规范与品质观念中,被认为是一项必须检查的重点。例如MIL-P-55110E中即规定,多层板内环之钉头宽度不可超过该铜箔厚度的1.5倍。钉头的起因是出于钻针的过度损耗,或钻孔作业管理不良,使得钻针在穿孔过程中,并未对铜箔做正常的切削,而是用不利的钻针在强迫切削穿过之际,同时也对铜箔产生侧向推挤的动作,致使所形成孔环的侧壁,于瞬间高温及强压下被挤扁变宽而成为钉头。
看到钉头时几可立刻判断是钻孔制程管理不善所致,并成为容易被客户所发现与挑剔的缺失,表示钻孔的其他品质也颇有问题。但自从SMT与起后,大部份零件已改为板面贴装,只有少数仍采用通孔插焊。因而排除引脚焊脚而只用于导通互连的通孔,其品质已不如早期那么关键与受到重视。
虽然大环境已发生上述的变化,但许多客户对"钉头"仍然进行检验,尤其是过度的钉头,仍然是钻孔不良的一种表徵,也一定是出自钻针切削前缘的不利,崩刃、刃角变圆等问题,而这些问题也一定会引发出孔壁其他品质的不良。此等纰漏一旦被发现时自不免又要大伤脑筋,要面对应如何搪塞客户如何改善缺失的窘境了。
当钻针情况最好时,其所切削过的孔环侧缘并未受到不当的挤压,因而铜箔截面宽度应如上左画面一般,不应有任何增宽才对。上右图即为受到高温推挤变形而造成的钉头。
钻孔动作中高速旋转的钻针最后与孔壁接触者为"刃角"(Corner),当其呈现900时切削效果最好,一旦变圆后即容易出现钉头。
出现钉头的孔壁其他品质也好不到那里去,上左100X之八层板孔环已出现钉头,孔壁同时也有被挖破的创伤。左200X画面轻微的钉头也带来Wedge Void的明显趋势(幸亏被化学铜良好电度所罩住,若PTH是其他直接电镀施工时,八成逃不了成为楔形孔破的可能。注意:凡有玻织渗铜者多半是出自化学铜制程)。
钉头的形成多半是受到瞬间大量热能对铜箔的软化,再被推挤压延而成钉头模样,故谓之。当孔环宽度很窄时,其高热量较易传到环体的另一末端,进而造成该介面处的树脂缩陷。如上左图所示。而此毛病再经漂锡后其缩陷还会再次加剧,如上右图所示。
内环有钉头,附近孔壁几乎一定会受到负面影响。上二图可见到玻织束的不齐与黑化层压合处被拉开拉松的证据。
上左六层板经钻孔及化铜后立即切片,可看清各内层孔环出现严重钉头。若按早期钉头规范上限不可超过铜箔厚度1.5倍时,则此样已列柜收之林。由下图及上右之200X画面可知,当钻针情况很差时,孔口常会发生十分难看的单向钉头,连带也会出现过度的胶渣与其他问题。
产生钉头的劣质钻针,其额外的发热与粗鲁的拉扯动作,会减弱黑化层与树脂的接著力,进而出现细缝引入空气,又在毛细作用下促使含稀硫酸的酸性镀铜槽液不断微渗其中,于是逐渐扩散深入吃掉黑化层而发生粉红圈(Pink Ring),并几乎造成Wedge Void.此种情节由上左50X全域图与上右200X局部放大图中,可清楚了解与实地认知。
此三图为众多"钉头"孔切片中所选出的代表作,凡钻针刃角尚未过度磨圆时其钉头必然很小,多层板的孔壁也一定不错(见左100X六层板之孔)。钉头大的四层板孔壁不一定太粗糙(见中300X图),钉头大的高层板(八层板)必定造成粗糙挖破(见右50X八层板),而且破口常出现在B-Stage的胶片处,故有的业者在压合后也另做后烘烤,使B-Stage更为熟化。