CN110763699B - 线路板的内层互连缺陷的分析方法及线路板 - Google Patents

线路板的内层互连缺陷的分析方法及线路板 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种线路板的内层互连缺陷的分析方法及线路板，线路板的内层互连缺陷的分析方法包括以下步骤：对线路板进行老化处理、并得到分析板；对分析板上的金属化孔进行取样处理、并得到至少一个取样单元；对取样单元进行切片分析、并确定出线路板产生内层互连缺陷的原因。该线路板的内层互连缺陷的分析方法，在分析前，先对线路板进行老化处理，以使内部的内层互连缺陷能够提前暴露出，以保证后续的取样和检测能够有效检测出潜在缺陷，以经过分析能够确定出内层互连缺陷产生的真实原因。

Description

线路板的内层互连缺陷的分析方法及线路板
技术领域
本发明涉及线路板加工技术领域，特别是涉及一种线路板的内层互连缺陷的分析方法及线路板。
背景技术
在线路板(PCB或电路板)行业，ICD失效，即Inner Connection Defects，也称内层互连缺陷，指PCB板内的内层互连铜与PTH孔(Plating Through Hole，金属化孔)的孔内壁铜层之间出现连接裂纹，从而在电气功能上表现为开路失效的一种现象。
对于PCB生产厂家，ICD问题在电测工序较难有效拦截，往往会流入生产下游甚至流入客户端。然而，若流入生产下游或流入客户端，不仅对厂家造成口碑影响，而且还会给后续产品带来品质隐患。
发明内容
基于此，有必要提供一种线路板的内层互连缺陷的分析方法及线路板；该线路板的内层互连缺陷的分析方法能够真实分析得到内侧互连缺陷产生的原因，以改善生产工序，提高产品质量；该线路板的生产基于前述改善后的生产方法生产得到。
其技术方案如下：
一方面，提供了一种线路板的内层互连缺陷的分析方法，包括以下步骤：
对线路板进行老化处理、并得到分析板；
对分析板上的金属化孔进行取样处理、并得到至少一个取样单元；
对取样单元进行切片分析、并确定出线路板产生内层互连缺陷的原因；
对所述取样单元进行切片分析、并确定出所述线路板产生内层互连缺陷的原因的步骤包括：
对所述取样单元进行垂直切片分析、并确定出内层互连缺陷的位置；
基于确定出的所述内层互连缺陷的位置，沿水平方向将所述取样单元研磨至所述内层互连缺陷的位置、并得到研磨切片；
对所述研磨切片进行老化处理、并分析得到第一分析结果；
基于所述第一分析结果确定出所述线路板产生内层互连缺陷的原因；
在沿水平方向将所述取样单元研磨至所述内层互连缺陷的位置、并得到研磨切片的步骤之后，在对所述研磨切片进行老化处理、并分析得到所述第一分析结果的步骤之前，还包括：
对所述研磨切片进行拍照、并得到第一图像信息；
在对所述研磨切片进行老化处理、并分析得到所述第一分析结果的步骤包括：
对所述研磨切片进行老化处理；
对老化处理后的所述研磨切片进行拍照、并得到第二图像信息；
基于所述第一图像信息和所述第二图像信息的比对，得到所述第一分析结果。
上述线路板的内层互连缺陷的分析方法，在分析前，先对线路板进行老化处理，以使内部的内层互连缺陷能够提前暴露出，以保证后续的取样和检测能够有效检测出潜在缺陷，以经过分析能够确定出内层互连缺陷产生的真实原因。
下面进一步对技术方案进行说明：
在其中一个实施例中，对所述线路板进行老化处理的方式为无铅回流或波峰焊或温度冲击或热应力冲击。
在其中一个实施例中，对所述研磨切片进行老化处理的方式为高温烘箱烘烤。
在其中一个实施例中，对所述研磨切片进行老化处理时，在150℃的温度下对所述研磨切换烘烤30分钟。
在其中一个实施例中，对取样单元进行垂直切片分析、并确定出内层互连缺陷的过程中，对取样单元进行垂直切片分析的步骤包括：对取样单元进行灌胶、研磨、抛光和微蚀。
在其中一个实施例中，对取样单元进行切片分析、并确定出线路板产生内层互连缺陷的原因的步骤中，在对取样单元进行垂直切片分析、并确定出内层互连缺陷的位置的步骤之后，还包括以下步骤：
对取样单元上的金属化孔的孔铜作拔除处理、并得到孔铜；
对拔除孔铜后取样单元的金属化孔的孔壁进行第一元素观察、并得到第二分析结果；
基于第一分析结果确定出线路板产生内层互连缺陷的原因的过程中，基于第一分析结果和第二分析结果确定出线路板产生内层互连缺陷的原因。
在其中一个实施例中，对取样单元上的金属化孔的孔铜作拔除处理、并得到孔铜的步骤之后，还包括：
对拔除孔铜后取样单元的金属化孔的孔壁进行第二元素观察、并得到第三分析结果；
基于第一分析结果确定出线路板产生内层互连缺陷的原因的过程中，基于第一分析结果、第二分析结果和第三分析结果确定出线路板产生内层互连缺陷的原因。
在其中一个实施例中，基于第一分析结果、第二分析结果和第三分析结果确定出线路板产生内层互连缺陷的原因的过程中，采用元素分析的方法、并基于第一分析结果、第二分析结果和第三分析结果确定出线路板产生内层互连缺陷的原因。
另一方面，还提供了一种线路板，通过如上述任一个技术方案所述的线路板的内层互连缺陷的分析方法分析内层互连缺陷的原因，并基于产生内层互连缺陷的原因形成线路板的生产方法，采用线路板的生产方法生产得到线路板。
上述线路板，采用前述的线路板的内层互连缺陷的分析方法得到内层互连缺陷的原因，并基于该原因改进线路板的生产方法，得到新的线路板的生产方法，从而基于该新的线路板的生产方法得到该线路板，从而提升了线路板的加工品质。
附图说明
图1为实施例中线路板的内层互连缺陷的分析方法的流程图；
图2为图1实施例中孔铜被拔除后的取样单元的内层互连缺陷的缺陷位置形貌及元素分析图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：
需要说明的是，文中所称元件与另一个元件“固定”时，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是与另一个元件“连接”时，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参照图1，一种线路板的内层互连缺陷的分析方法，包括以下步骤：
对线路板进行老化处理、并得到分析板；
对分析板上的金属化孔进行取样处理、并得到至少一个取样单元；
对取样单元进行切片分析、并确定出线路板产生内层互连缺陷的原因。
线路板的内层互连缺陷的分析方法，在分析前，先对线路板进行老化处理，以使内部的内层互连缺陷能够提前暴露出，保证后续的取样和检测能够有效检测出潜在缺陷，以经过分析确定出内层互连缺陷产生的真实原因。
线路板上的金属化孔(即PTH孔)具备导通、测试、导热和焊接等功能，金属化孔是确保线路板能够实现功能、确保产品能够正常运行的关键结构。然而，当PTH孔的孔壁电镀铜层与内层互连铜层之间存在互连不良失效时，就会导致PCB板出现开路等导通异常的情况。目前，ICD失效(内层互连缺陷)现象在各大PCB生产厂家的产品中普遍存在，对于PCB的品质而言，这种异常是不允许出现的，如果出现，将会给产品带来极大的品质风险。
另外，对于PCB生产厂家而言，ICD问题(内层互连缺陷)在电测工序较难有效拦截，产品通常会流到生产下游甚至客户端，在进行后续的SMT贴装过程中，PCB板经历无铅回流焊IR(PCB的板面峰值温度在245-255℃左右)、波峰焊接以及手工焊或返修等高温制程的冲击下，容易发生内层互联失效开路。由于此时PCB板已经完成了组装，从而给后续生产和出货带来极大的品质风险。
对于ICD失效的PCB板，通常存在以下几个方面的问题：
一、由于ICD失效发生的位置通常在PCB板的内层互连铜与孔壁镀铜层之间，因此，仅通过目测、显微镜、放大镜等外观检测方法无法准确观察到，无法进行劣质产品的甄别；
二、ICD失效通常发生在PCB板的内层，往往是内层互连铜与PTH孔的孔壁镀铜层之间存在轻微裂缝。在传统的电测试工序，通常以四线法测电阻，而无法检测出其阻值异常，也就不能将残次品进行有效地拦截和筛选。因而，等产品进行后续的高低温冲击、回流焊测试、热应力测试等高温处理阶段之后，内层互连裂纹才进一步扩大，发生阻值异常和开路的品质问题。因此，在PCB生产制造厂的内部，很难对有ICD缺陷的PCB产品进行有效拦截，导致风险产品流出到客户端，造成客户投诉和经济赔偿等，不但影响到PCB制造厂商的产品口碑，还容易给PCB制造厂商带来大量的经济赔偿损失；
三、ICD问题通常由钻孔余胶、孔粗过大、板材膨胀量大等原因导致，在每个内层互连位置具有一定的分散性。
本申请所提供的线路板的内层互连缺陷的分析方法，在进行分析之前，先对线路板进行老化处理，从而得到用于后续进行分析处理的分析板；之后，再在分析板上对应有金属化孔的区域进行取样，并得到取样单元，为提升分析效果，处理得到至少一个取样单元，以为后续的分析提供足够的取样样本；当获得取样单元之后，通过对样本单元进行切片分析，并根据切片分析得到的缺陷类型和种类，来基于现有的理论反推产生内层互连缺陷的原因，从而分析得到线路板上产生内层互连缺陷的深层次原因，以进一步改善现有的生产工艺，避免产生后续无法有效检测出缺陷的问题。
在进行对内层互连缺陷的分析之前，对线路板进行老化处理，从而能够将存在潜在缺陷的金属化孔(PTH孔)的缺陷提前暴露出来，以在后续的观察和分析过程中能够得到有效的分析，得到真实可靠全面的缺陷结果，从而提升后续分析结果的可靠性。相比传统直接进行切片分析的方式，更容易检测到前期无法检测到的内层互连缺陷，从而能够全面分析所有出现的内层互连缺陷的情况，以进行全面分析，得到更加真实可靠的分析结果。
需要说明的是，在进行切片分析并确定出线路板产生内层互连缺陷的原因的过程中，通过观察切片后出现内层互连缺陷的断层等，基于结果反推产生的原因，或通过实验论证产生这种缺陷的原因，来最终判断产生这种缺陷的原因，以进一步改善现有的线路板的生产流程或对潜在的品质缺陷进行分析和评估，避免生产后线路板产生内层互连缺陷的问题，提升线路板的生产品质。
另外，切片分析是用于检查PCB的内部走线厚度、层数、通孔孔径大小、及内部缺陷常用的现有分析方法，通过质量观察，对线路板的加工品质进行评估或对产生缺陷的原因进行分析，切片分析的方法包括垂直切片和水平切片。
垂直切片也称纵切片(Vertical Section)，是指沿垂直于板面方向切开的切片；水平切片(Horizontal Section)，是指沿平行于板面方向切开的切片，这里不再赘述。
进一步地，老化处理的方式可以模拟对应的后续生产流程，如无铅回流、波峰焊、温度冲击或热应力等高温冲击，以模拟实际的后续生产流程，将存在潜在缺陷的PTH孔的缺陷暴露出来，以能够被观察和分析。
请参照图1，对取样单元进行切片分析、并确定出线路板产生内层互连缺陷的原因的步骤包括：
对取样单元进行水平切片分析、并得到第一分析结果；
基于第一分析结果确定出线路板产生内层互连缺陷的原因。
对取样单元进行水平切片分析，并得到第一分析结果，第一分析结果为根据水平切片后基于该切片是否存在ICD进行分析得到结论；之后，基于该分析结果(该结论)、并基于经验或理论来反推分析得到内层互连缺陷产生的原因，该情况下，通过水平切片进一步分析产生ICD缺陷的情况并反推产生的原因。
请参照图1，对取样单元进行切片分析、并确定出线路板产生内层互连缺陷的原因的步骤中，在对取样单元进行水平切片分析、并得到第一分析结果的步骤之前，还包括以下步骤：
对取样单元进行垂直切片分析、并确定出内层互连缺陷的位置；
在对取样单元进行水平切片分析、并得到第一分析结果的步骤中，基于确定出的内层互连缺陷的位置进行取样单元的水平切片分析。
在进行水平切片分析之前，还进行垂直切片分析，垂直切片分析的目的是为了进一步提前分析和确认是否存在内层互连缺陷及存在内层互连缺陷的所在层位置，以基于该内层互连缺陷的分层位置(即内层互连缺陷的所在层位置)来判断后续进行水平切片分析的位置。
而后续进行的第一分析结果中，基于垂直切片分析和水平切片分析共同基于经验和理论给出是否存在ICD缺陷及存在的位置等结论，并基于该结论反推产生该ICD缺陷的原因，不再赘述。
请参照图1，对取样单元进行水平切片分析、并得到第一分析结果的步骤包括：
沿水平方向将取样单元研磨至内层互连缺陷的位置、并得到研磨切片；
对研磨切片进行老化处理、并分析得到第一分析结果。
沿PCB板的水平方向研磨至ICD失效的位置，然后进行老化处理，以确认是否出现新的ICD失效情况。如采用高温烘箱，在150℃的高温下对研磨切片烘烤30分钟，以确认烘烤后的研磨切片的水平界面是否有ICD失效的裂纹出现，以进一步分析并反推可能产生的原因，得到第一分析结果，进而用来反推存在的工艺缺陷、并改善原有的生产工序，不再赘述。
请参照图1，在沿水平方向将取样单元研磨至内层互连缺陷的位置、并得到研磨切片的步骤之后，在对研磨切片进行老化处理、并分析得到第一分析结果的步骤之前，还包括：
对研磨切片进行拍照、并得到第一图像信息；
在对研磨切片进行老化处理、并分析得到第一分析结果的步骤包括：
对研磨切片进行老化处理；
对老化处理后的研磨切片进行拍照、并得到第二图像信息；
基于第一图像信息和第二图像信息的比对，得到第一分析结果。
在沿PCB的水平方面研磨至ICD失效界面之后，可以采用显微镜拍照，以记录烘烤前的切片裂纹情况，在使用高温烘箱烘烤处理后，再次拍照，通过两次拍照对比，来确定新出现的ICD裂纹的位置或数量等，以分析得出第一分析结果，并进一步确认发生的原因。
请参照图1，对取样单元进行垂直切片分析、并确定出内层互连缺陷的过程中，对取样单元进行垂直切片分析的步骤包括：对取样单元进行灌胶、研磨、抛光和微蚀。
垂直切片分析的过程包括但不限于灌胶、研磨、抛光和微蚀的四个步骤，本领域技术人员可根据实际情况进行，这里不再赘述。
请参照图1，对取样单元进行切片分析、并确定出线路板产生内层互连缺陷的原因的步骤中，在对取样单元进行垂直切片分析、并确定出内层互连缺陷的位置的步骤之后，还包括以下步骤：
对取样单元上的金属化孔的孔铜作拔除处理、并得到孔铜；
对拔除孔铜后取样单元的金属化孔的孔壁进行第一元素观察、并得到第二分析结果；
基于第一分析结果确定出线路板产生内层互连缺陷的原因的过程中，基于第一分析结果和第二分析结果确定出线路板产生内层互连缺陷的原因。
进行拔孔实验，将垂直切片上的孔铜拔除，并观察拔除孔铜后金属化孔的孔内壁，如采用扫描电镜SEM观察金属化孔的内壁的ICD失效的裂纹位置的形貌及元素，并进一步结合第一分析结果和第二分析结果等结论进行综合分析、以反推确定出线路板产生内层互连缺陷的原因。
需要说明的是，这里的第一元素指根据需要进行观察的元素，如可以是观察金属化孔的孔内壁上ICD失效的裂纹位置信息，如第一元素还可以是互联铜面的微观形貌、孔壁树脂和玻纤等的形貌、孔壁钻孔质量形貌等的其中至少一种，这些信息可以通过观察，以得到现有生产制程的异常点，以用于分析并确认ICD失效的原因，这里不再赘述。
请参照图1，对取样单元上的金属化孔的孔铜作拔除处理、并得到孔铜的步骤之后，还包括：
对拔除孔铜后取样单元的金属化孔的孔壁进行第二元素观察、并得到第三分析结果；
基于第一分析结果确定出线路板产生内层互连缺陷的原因的过程中，基于第一分析结果、第二分析结果和第三分析结果确定出线路板产生内层互连缺陷的原因。
在观察金属化孔的孔内壁的第一元素之后，再次通过扫描电镜SEM观察金属化孔的孔内壁的裂纹处的内存铜环的整个结合界面是否有胶渣残留，以进一步分析产生该问题的原因，得到第三分析结果。
需要说明的是，第二元素与第一元素同理，可以是为了确认是否具有胶渣残留，此时，第二元素观察即是观察是否具有残胶，当然，在观察和分析需要的前提下，也可以是其他为分析需要进行观察的元素或特征，这里不再赘述。
请参照图1和图2，基于第一分析结果、第二分析结果和第三分析结果确定出线路板产生内层互连缺陷的原因的过程中，采用元素分析的方法、并基于第一分析结果、第二分析结果和第三分析结果确定出线路板产生内层互连缺陷的原因。
元素分析是一种分析方法，如可以采用扫描电子显微镜的EDS能谱分析等，本领域技术人员可根据实际需要选用能够满足要求的方法，不再赘述。
具体地，如图2所示，采用扫描电镜EDS元素分析的方式进行分析的谱图，该分析结果说明此处含有C、O、Cu、Br等元素。在未出现ICD失效的位置应该仅含有有C、O、Cu，不会含有Br。Br是胶渣、PCB基板树脂等的主要成分，属于异物的特征元素，含有Br元素则可以说明失效位置含有胶渣、树脂残留等异物。
基于该元素分析得到的一些特征元素，来反向推断出导致ICD失效的根本原因，从而对后续生产流程进行改进，以对产品进行改善，提升产品品质。
通过第一分析结果、第二分析结果和第三分析结果，并基于元素分析方法，定性和定量的得到产生ICD失效的根本原因，以作为改善现有生产工序的依据。
本申请所提供的线路板的内层互连缺陷(或ICD失效)的分析方法，在垂直切片和水平切片的基础上，加入烘烤前后对比、拔孔前后的电镜分析和元素分析，对线路板产生ICD失效的原因进行了整体分析，从而定性的找出失效的根本原因；该分析方法相比现有采用电测试和垂直切片观察的方式更加有效，逻辑更加严密，能够清楚得到ICD失效的原因，并定性失效的原因，有效拦截残次批次产品，一方面避免流入下道工序，另一方面，又可以有效改进现有生产工艺，确保产品的品质。
本实施例还提供了一种线路板，通过上述任一个实施例所述的线路板的内层互连缺陷的分析方法分析现有线路板产生内层互连缺陷的原因，并基于产生内层互连缺陷的原因改进现有的生产方法，并形成新的线路板的生产方法，从而采用该新的线路板的生产方法生产得到本实施例所提供的线路板。
由于采用改进后的线路板的生产方法进行生产、并得到该线路板，从而降低了产生ICD失效的几率或避免了产生ICD失效的问题，进而提升了线路板的加工品质。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种线路板的内层互连缺陷的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
对线路板进行老化处理、并得到分析板；
对所述分析板上的金属化孔进行取样处理、并得到至少一个取样单元；
对所述取样单元进行切片分析、并确定出所述线路板产生内层互连缺陷的原因；
对所述取样单元进行切片分析、并确定出所述线路板产生内层互连缺陷的原因的步骤包括：
对所述取样单元进行垂直切片分析、并确定出内层互连缺陷的位置；
基于确定出的所述内层互连缺陷的位置，沿水平方向将所述取样单元研磨至所述内层互连缺陷的位置、并得到研磨切片；
对所述研磨切片进行老化处理、并分析得到第一分析结果；
基于所述第一分析结果确定出所述线路板产生内层互连缺陷的原因；
在沿水平方向将所述取样单元研磨至所述内层互连缺陷的位置、并得到研磨切片的步骤之后，在对所述研磨切片进行老化处理、并分析得到所述第一分析结果的步骤之前，还包括：
对所述研磨切片进行拍照、并得到第一图像信息；
在对所述研磨切片进行老化处理、并分析得到所述第一分析结果的步骤包括：
对所述研磨切片进行老化处理；
对老化处理后的所述研磨切片进行拍照、并得到第二图像信息；
基于所述第一图像信息和所述第二图像信息的比对，得到所述第一分析结果。
2.根据权利要求1所述的线路板的内层互连缺陷的分析方法，其特征在于，对所述线路板进行老化处理的方式为无铅回流或波峰焊或温度冲击或热应力冲击。
3.根据权利要求1所述的线路板的内层互连缺陷的分析方法，其特征在于，对所述研磨切片进行老化处理的方式为高温烘箱烘烤。
4.根据权利要求3所述的线路板的内层互连缺陷的分析方法，其特征在于，对所述研磨切片进行老化处理时，在150℃的温度下对所述研磨切换烘烤30分钟。
5.根据权利要求1所述的线路板的内层互连缺陷的分析方法，其特征在于，对所述取样单元进行垂直切片分析、并确定出内层互连缺陷的过程中，对所述取样单元进行垂直切片分析的步骤包括：对所述取样单元进行灌胶、研磨、抛光和微蚀。
6.根据权利要求1所述的线路板的内层互连缺陷的分析方法，其特征在于，对所述取样单元进行切片分析、并确定出所述线路板产生内层互连缺陷的原因的步骤中，在对所述取样单元进行垂直切片分析、并确定出内层互连缺陷的位置的步骤之后，还包括以下步骤：
对所述取样单元上的金属化孔的孔铜作拔除处理、并得到孔铜；
对拔除所述孔铜后所述取样单元的金属化孔的孔壁进行第一元素观察、并得到第二分析结果；
基于所述第一分析结果确定出所述线路板产生内层互连缺陷的原因的过程中，基于所述第一分析结果和所述第二分析结果确定出所述线路板产生内层互连缺陷的原因。
7.根据权利要求6所述的线路板的内层互连缺陷的分析方法，其特征在于，对所述取样单元上的金属化孔的孔铜作拔除处理、并得到孔铜的步骤之后，还包括：
对拔除所述孔铜后所述取样单元的金属化孔的孔壁进行第二元素观察、并得到第三分析结果；
基于所述第一分析结果确定出所述线路板产生内层互连缺陷的原因的过程中，基于所述第一分析结果、所述第二分析结果和所述第三分析结果确定出所述线路板产生内层互连缺陷的原因。
8.根据权利要求7所述的线路板的内层互连缺陷的分析方法，其特征在于，基于所述第一分析结果、所述第二分析结果和所述第三分析结果确定出所述线路板产生内层互连缺陷的原因的过程中，采用元素分析的方法、并基于所述第一分析结果、所述第二分析结果和所述第三分析结果确定出所述线路板产生内层互连缺陷的原因。
9.一种线路板，其特征在于，通过如权利要求1-8任一项所述的线路板的内层互连缺陷的分析方法分析内层互连缺陷的原因，并基于产生所述内层互连缺陷的原因形成线路板的生产方法，采用所述线路板的生产方法生产得到所述线路板。
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