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1、 HDI 关键过程品质控制 2010.1.18 Six Sigma BB 孙洪华前言 HDI定义： High Density Interconnection，意即高密度互连板。技术特点：1). 具非机械钻孔之微导孔(micro-via)一般设计上，采用激光钻孔方式制作，不采用机械钻孔，原因如下：现阶段钻针制作工艺上，已经能够制作出0.15mm的机械钻嘴。但是，在将其用于PCB板钻孔时，要求较高的旋转速度，垂直下钻速度与之相反，速度要求不可过快，整个钻轴稳定性要求也很高，以防止因为钻针太细而断针。但是，即使如此，断针率也很高；同时，特殊的参数设置，在钻孔速度上效率低下,难以让人满意。而且，当在同
2、一层上同时有上下两个方向的钻孔时，是无法用机械钻孔来加工，因为无法精确控制下钻深度。基于以上原因，厂家在制作HDI板时，通常会选择激光钻孔来制作。这也是为什么谈到HDI板，总是说“激光盲孔板”，“激光钻孔板”的原因。2). 孔径在6 mil以下，孔环(A/R) 10 mil 以下 一件产品升级，要在外形设计已经固定或者要求缩小的基础上去增加其他元器件，以增加更多的功能，其空间从何而来？缩小过孔via hole是一个优先考虑的解决方式。因为缩小了过孔，其PAD就也会缩小。例如，钻孔原设计为0.30mm，PAD单边0.15mm，则PAD大小整体为0.6mm，当钻孔缩小到0.10mm（激光钻孔常设孔
3、径）时，以盲孔方式设计，PAD单边设计为0.125mm，则PAD整体为0.25mm，修改后，将比原来增加50%的空余面积。如果将孔直接设计在焊盘上，如SMD，BGA上时，面积将增加更多。 3). 接点密度大于 130点/in2 焊接点的增加，是增加组件的基础，密度越大，组件越多，功能越强大。4). 布线密度大于117/ in2 要增加组件数，必然要求相对应的线路增加，因此，布线密度的加大将不可避免。5). Line/Space 不大于 3 mil/ 3mil。75um/75um 要增加布线密度，必然要求将原来的线宽线路缩小，在HDI的严格定义上要求是3/3mil(0.075/0.075mm),
4、但在实际上，常见的是4/4mil线路。为什么会这样呢？这是由制造工艺能力决定的。线越细，间距越小，制作越困难，成本也越高。制作3/3mil线路,要求的技术实在是太高，没有良好而稳定的制程能力，实在无法制作。以致客户能够选择的厂家不但少，而且报价也高。因此，许多客户常常选择4/4mil的设计方案，即增加了选择面，也降低了成本。对于制造上而言，难度不太高，良率也能够保证。技术优点： 重量轻 介层薄 传输路径短 布线密度高体积小 噪声少,信赖性高!背景: 随着HDI生产技术的革新,因此,在PCB设计制造过程中,按照一般PCB制造过程的品质控制手段与方法,在SMT组装和市场使用过程问题日益暴露严重的质
5、量事故,例如: HDI PCB在焊接过程中的基板爆板; HDI PCB 在市场客户使用过程中的白屏; HDI 手机PCB市场使用过程中烧机等质量事故. 这些质量事故若不加以改进,将导致一些HDI产品市场的重大不良投诉,以及影响到PCB制造工厂的生存发展.因此作为PCB制造企业,必须从HDI产品的设计,HDI材料质量控制,HDI产品制造过程,HDI产品出货前可靠性检测等方面科学统计,仔细检测来确保HDI产品质量.品质风险与控制 一般PCB产品的检验一般50%是可以检验的开短路,而另外50%离子污染度,耐离子迁移,EMC,介电质损耗,耐热性是不可以检验的,而HDI产品的不可检测性能则上升到70%除
6、了以上不可检测项目外还增加激光孔的可连接性,电流损耗 .因此,我们必须从制造过程仔细的工作才能控制以上不可检测项目.1.我们可根据以下一般HDI1级生产流程进行说明: 客户提供资料MI制作 CAM工具制作 内层芯板裁切毛边处理烤板内层线路前处理内层线路贴膜涂膜干燥曝光显影蚀刻AIO检查棕化黑化处理PP预叠融合自动排版压合X-RAY定位钻孔棕化减铜激光钻孔NC钻孔MHI检查除胶渣化学沉铜板电铜高速电镀铜外层线路前处理外层贴干膜曝光显影二次电铜蚀刻外层AOI阻焊印刷前处理阻焊印刷半固化曝光显影全固化字符印刷表面处理非OSP处理外型加工E-TESTFQC包装. 从以上流程上HDI容易出现的问题点:
7、A. HDI PCB在成品板出货客户SMT组装回流焊后出现分层. B. 在激光孔受热后与内层接触性不良断裂客户使用是白屏,假死机现象 C. 表面处理离子污染.2.原因分析与过程控制: 2.1 HDI PCB在SMT回流焊接过程分层: (1) 从流程分析分层主要原因之一: 底铜厚度不足蚀刻去掉的10um 在激光钻孔前,棕化层减铜后表面铜厚度不足,使铜薄毛面咬合层偏薄,在SMT层回流焊接受热出现分层.如下图说明:压合后的铜箔厚度18um减薄12um减薄6-8um激光孔能力要求,而在PTH工序又将微蚀刻1-2um,因此部分面铜将蚀刻掉,出现分层,如下实物不良缺陷图片:底铜厚度只剩下:2-3um 底铜
8、厚度只剩下:4-5um底铜厚度只剩下:4-5um 问题改善: 将棕化减铜厚度工艺控制到8-9.5um ,并对每一批板的铜厚度的首尾件必须进行18点铜厚检测,保证在经过PTH后底铜厚度大于6um以上,使铜箔层不出现分层问题. 2.2 从工艺工程设计角度分析之一是: 压合铜箔厚度的选择和底材料类别,压合厚度铜箔的和底材料厚度与附着力的关系也必须是考量的重要因素之一.例如:下面使用不同铜箔厚度相同产品的铜与基材结合拉力试验分析:MOTOROLA P/N #1MOTOROLA P/N #2NO.备注:外层底铜为18um备注:外层底铜为12umFR4 CAF(18um)HF(18um)FR4 CAF(1
9、2um)HF(12um)11.65 1.23 1.27 1.25 21.90 1.34 1.36 1.12 31.59 1.25 1.46 1.22 41.69 1.35 1.40 1.12 51.63 1.42 1.31 1.24 61.61 1.29 1.39 1.14 71.52 1.22 1.36 1.12 81.71 1.34 1.28 1.15 91.68 1.19 1.42 1.14 101.73 1.28 1.38 1.26 111.66 1.17 1.40 1.31 121.70 1.22 1.33 1.15 131.65 1.58 1.43 1.19 141.69 1.27
10、 1.36 1.25 151.73 1.37 1.28 1.24 161.68 1.59 1.44 1.23 171.71 1.14 1.33 1.20 181.70 1.22 1.36 1.12 191.59 1.20 1.42 1.19 201.73 1.41 1.43 1.22 211.48 1.25 1.40 1.35 221.73 1.10 1.47 1.25 231.62 1.16 1.47 1.17 241.69 1.30 1.34 1.25 251.55 1.20 1.43 1.23 MOTOROLA P/N #16513-0015 FR4 CAF(18um), HF(18um
11、)对比分析 Two-Sample T-Test and CI: MOTOROLA P/N #1 FR4 CAF(18um), HF(18um) Two-sample T for FR4 CAF(18um) vs HF(18um) N Mean StDev SE MeanFR4 CAF(18um) 25 1.6604 0.0728 0.015HF(18um) 25 1.2768 0.0898 0.018Difference = mu (FR4 CAF(18um) - mu (HF(18um)Estimate for difference: 0.38360095% CI for differenc
12、e: (0.337091, 0.430109)T-Test of difference = 0 (vs not =): T-Value = 16.58 P-Value = 0.000 DF = 48Both use Pooled StDev = 0.0818Individual Value Plot of FR4 CAF(18um), HF(18um) Boxplot of FR4 CAF(18um), HF(18um) 从以上输出结果及图形输出对比均可以看出FR4 CAF材料与HF材料在使用18um铜箔时剥离强度有明显差别,HF材料比FR4 CAF材料的剥离强度偏低.MOTOROLA P/N
13、 #26513-0016 FR4 CAF(12um), HF(12um)对比分析Two-Sample T-Test and CI: 6513-0016 FR4 CAF(12um), HF(12um) Two-sample T for FR4 CAF(12um) vs HF(12um) N Mean StDev SE MeanFR4 CAF(12um) 25 1.3808 0.0589 0.012HF(12um) 25 1.2044 0.0621 0.012Difference = mu (FR4 CAF(12um) - mu (HF(12um)Estimate for difference:
14、0.17640095% CI for difference: (0.141983, 0.210817)T-Test of difference = 0 (vs not =): T-Value = 10.31 P-Value = 0.000 DF = 48Both use Pooled StDev = 0.0605Individual Value Plot of FR4 CAF(12um), HF(12um) 从以上输出结果及图形输出对比均可以看出FR4 CAF材料与HF材料在使用12um铜箔时剥离强度有明显差别,HF材料比FR4 CAF材料的剥离强度偏低.等方差检验: FR4 18um, FR
15、4 12um 95% 标准差 Bonferroni 置信区间 N 下限 标准差 上限FR4 18um 25 0.0630444 0.0835225 0.122256FR4 12um 25 0.0444917 0.0589435 0.086278F 检验（正态分布）检验统计量 = 2.01, p 值 = 0.094Levene 检验（任何连续分布）检验统计量 = 0.62, p 值 = 0.434 等方差检验: HF 18um, HF 12um 95% 标准差 Bonferroni 置信区间 N 下限 标准差 上限HF 18um 25 0.0921345 0.122061 0.178667HF
16、12um 25 0.0468394 0.062054 0.090831F 检验（正态分布）检验统计量 = 3.87, p 值 = 0.002Levene 检验（任何连续分布）检验统计量 = 4.12, p 值 = 0.048分析结论:从以上输出结果及图形输出对比均可以看出无论是FR4 CAF材料,还是HF材料在使用18um铜箔时剥离强度比使用12um的铜箔附着力强调均好: RF4 18um铜箔厚度比FR4 12um铜箔剥离强调大: 平均值1.6648-1.3808=0.284kg/cmHF 18um铜箔厚度比HF 12um铜箔剥离强调大: 平均值1.2836-1.2044=0.079kg/cm
17、(3) 从过程生产时间停留角度分析: 取PN: 8层HDI 手机主板BE80167A0 30Sheet成品板分别作以下存放环境试验.A 存放条件:空调温度:20-25度, 湿度70%, 时间:48HNO试验前试验后260328031回2回3回4回1回2回3回4回0118.270217.950318.120417.990518.170618.000717.880817.920917.911018.05B 存放条件:空调温度:20-25度, 湿度70%, 时间:96HNO试验前试验后260328031回2回3回4回1回2回3回4回01020304050607080910C 存放条件:空调温度:20-25度, 湿度70%, 时间:96HNO试验前试验后260328031回2回3回4回1回2回3回4回01020304050607080910结论
