你从哪里来，PCB成品铜厚和孔铜的由来

2017-10-16 by:CAE仿真在线来源:互联网

前不久,某客户自行设计和制造的一款小批量的PCB,在我司的PCBA工厂贴装,贴装过程很顺利,但是在成品测试时,发现有45%的不良,不是没有信号就是就是信号失真。经过多天排查,最终发现不良的原因是因为在PCB制作时,过孔孔铜厚度不均匀,PCB过孔局部孔铜过薄,导致在回流焊接时,因为受热冲击的影响,过孔孔铜断裂,造成开路出现失效的不良。过孔局部铜厚过薄和过孔开路是PCB 制造行业共同面临的重大技术课题之一,以往对过孔开路的讨论与研究文章多局限在PCB 制板时板材的选用,因板材的CTE热膨胀系数较大,在后期装配冷热冲击导致孔铜开裂等失效案例的分析,而没有从PCB本身加工,孔铜电镀方面去分析解决问题。本文从PCB的电镀方面去分析过孔局部铜薄起因,告诉大家怎样从电镀方面避免因过孔铜薄而出现开路导致PCB失效。

客供OK及不良图片:

一般而言,传统电路板的孔铜厚度大多数都要求在0.8-1mil之间。至于某些高密度电路板,比如HDI,因为盲孔不易电镀同时为了细线制作的问题,会适度的降低对孔铜厚度的要求,因此也有最低成品孔铜厚度0.4mil以上的规格出现。但是也有一些特殊的例子,例如:系统用的大型电路板,因为必须应付特殊的组装以及长时间使用的可靠性保证,因此要求孔内铜厚度高于0.8mil以上或更高。IPC-6012里面对孔铜厚度是有明确的等级划分,因此需要什么样的孔铜规格,根据产品的需要,最终还是由客户指定的。

IPC对产品等级通用的定义:

我们还回到我们文章的开头案例部分,怎么会出现孔铜开裂的失效情况呢,首先我们先要了解PCB的制作流程

下图为常规PCB通用流程图:

从上两个图中我们可以清楚看到,我们的PCB完成铜厚是由PCB的基铜厚度加上板电和图电最终厚度,也就是说完成铜厚大于PCB的基铜,而我们的PCB全部孔铜厚度,是在两流程中电镀完成,即全板电镀孔铜的厚度和图形电镀的铜厚度。

我们常规成品1OZ成品铜厚,孔铜按IPC二级标准,我们通常一铜(全板电镀)的厚度为5-7um,二铜(图形电镀)厚度为13-15um,所以我们的孔铜厚度在18-22um之间,加上蚀刻和其它原因导致的损耗, 我们的最终孔铜就在20UM左右。下图为关于孔铜的几种常用标准。

下图是业界内关于孔铜厚度的计算常用方法:

通孔电镀是PCB制造流程中非常重要的一个环节,为实现不同层次的导电金属提供电器连接,需要在通孔的孔壁上镀上导电性良好的金属铜。随着终端产品的日趋激烈的竞争,势必对PCB产品的可靠性提出更高的要求,而通孔电镀层的厚度的厚度大小则成了衡量PCB可靠性保证的项目之一。影响PCB孔铜厚度的一个重要原因就是PCB电镀的深镀能力。

评估PCB镀通孔效果的一个重要指标就是孔内铜镀层厚度的均匀性。在PCB的行业中,深镀能力定义为孔铜中心镀层厚度与孔口铜镀层厚度的比值。如下图所示:深镀能力(TP)可表示为: