DE102006048034B4

DE102006048034B4 - Verfahren zur Kontrolle der Qualität der Metallisierung einer Leiterplatte

Info

Publication number: DE102006048034B4
Application number: DE102006048034A
Authority: DE
Inventors: Gilbert Poux; Jean-Luc Rebesco
Original assignee: Continental Automotive France SAS
Current assignee: Continental Automotive France SAS
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2006-10-09
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2026-10-10
Also published as: FR2892595A1; US20070090852A1; US7571399B2; DE102006048034A1; FR2892595B1

Abstract

Verfahren zur Kontrolle der Qualität der Metallisierung einer Leiterplatte (2; 4a–4d),
gekennzeichnet durch Verfahrensschritte:
• eine Kontrollschaltung (1) auszuführen, die n durchgehende Bohrungen (7-1...7-6, 8-1...11-6), so genannte Vias, umfasst, wobei n eine Zahl größer oder gleich eins ist, die zum einen mit einer Innenwandung versehen sind, die geeignet ist, bei der Metallisierung der Leiterplatte mit einer metallisierten Schicht (12) überzogen zu werden, und zum anderen zwischen zwei Stromklemmen (16–18, 20–22) elektrisch in Reihe geschaltet sind, so dass ein zwischen diesen Stromklemmen anliegender elektrischer Strom der Höhe (h) nach durch jedes der Vias (7-1...7-6, 8-1...11-6) fließt,
• einen Strom mit einer bestimmten Stärke zwischen den beiden Stromklemmen (16–18, 20–22) der Kontrollschaltung (1) anzulegen,
• die entsprechende Potentialdifferenz zu messen,
• und den gemessenen Wert mit einem repräsentativen Schwellenwert der Potentialdifferenz zu vergleichen, der für eine metallisierte Schicht mit einer vorgegebenen Mindestdicke auf der Wandung jedes Vias...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle der Qualität der Metallisierung einer Leiterplatte. Sie erstreckt sich auch auf die nach diesem Verfahren ausgeführten Leiterplatten.
Nach dem Stand der Technik bestehen übliche Prüfungen zur Kontrolle der Qualität der Metallisierung von Leiterplatten in Stromdurchgangsprüfungen, die es ermöglichen, etwaige Unterbrechungen der gebildeten Leiterbahnen festzustellen. Beispielhaft können die europäischen Patentanmeldung EP 0 248 521 A1 und die US-Patente 4,477,484 , 4,992,144 und 5,919,402 für diesen umfangreichen Stand der Technik angeführt werden.
Derartige Kontrollprüfungen ermöglichen es somit, „oberflächliche” Fehler der metallisierten Schichten wirksam festzustellen. Sie liefern dagegen keine Informationen über die Dicke der aufgebrachten metallisierten Schicht, obwohl dieser Fertigungsparameter von großer Bedeutung ist.
Gegenwärtig werden in der Tat nur zerstörende Prüfungen durchgeführt, die darin bestehen, durch Probenahme metallographische Schnitte vorzunehmen. Aufgrund ihres zerstörenden Charakters werden derartige Prüfungen stichprobenweise durchgeführt, mit der Willkürlichkeit, die eine solche Methode aufweist.
Diese Erfindung soll dieses Problem beseitigen. Ihre Hauptaufgabe ist es daher, ein Verfahren zur Kontrolle der Dicke der Metallisierung einer Leiterplatte bereitzustellen, das es ermöglicht, eine systematische und schnelle Kontrolle der ausgeführten Leiterplatten durchzuführen.
Dazu betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kontrolle der Qualität der Metallisierung einer Leiterplatte, das folgende Verfahrensschritte aufweist:

• eine Kontrollschaltung auszuführen, die n durchgehende Bohrungen, so genannte Vias, umfasst, wobei n eine Zahl größer oder gleich eins ist, die zum einen mit einer Innenwandung versehen sind, die geeignet ist, bei der Metallisierung der Leiterplatte mit einer metallisierten Schicht überzogen zu werden, und zum anderen zwischen zwei Stromklemmen elektrisch in Reihe geschaltet sind, so dass ein zwischen diesen Stromklemmen anliegender elektrischer Strom der Höhe nach durch jedes der Vias fließt,
• einen Strom mit einer bestimmten Stärke zwischen den beiden Stromklemmen der Kontrollschaltung anzulegen,
• die entsprechende Potentialdifferenz zu messen,
• und den gemessenen Wert mit einem repräsentativen Schwellenwert der Potentialdifferenz zu vergleichen, der für eine metallisierte Schicht mit einer vorgegebenen Mindestdicke auf der Wandung jeder Bohrung erhalten wurde, so dass die Leiterplatte validiert wird, wenn der Messwert unter dem Schwellenwert liegt.

Die Erfindung bestand somit darin:

• eine Kontrollschaltung zu entwickeln, die n metallisierte Vias umfasst, die ein „verkleinertes Bild” der Leiterplatte darstellen und es ermöglichen, eine repräsentative Information über die Dicke der auf dieser Leiterplatte gebildeten metallisierten Schicht zu liefern,
• und ein kalibrierten Strom in dieser Kontrollschaltung fließen zu lassen und aus dem Vergleich zwischen dem gemessenen Wert der entsprechenden Potentialdifferenz und einem vorgegebenen Standardwert die Konformität oder Nichtkonformität der Leiterplatte im Hinblick auf die Dicke der metallisierten Schicht abzuleiten.

Jede Kontrollprüfung besteht somit darin, eine so genannte „Vierpunktmessung” durchzuführen, die systematisch ausgeführt werden kann und nur sehr wenig Zeit, weniger als eine Sekunde, in Anspruch nimmt.
Im Übrigen können die erfindungsgemäßen Kontrollschaltungen mit funktionellen Vias der Leiterplatten aufgebaut werden. Zwecks Standardisierung dieser Kontrollschaltungen und des Kontrollverfahrens bestehen diese Kontrollschaltungen jedoch vorteilhafterweise aus nicht funktionellen Schaltungen, die speziell zur Kontrolle der Qualität der Metallisierung der Leiterplatten bestimmt sind.
Darüber hinaus umfasst die Kontrollschaltung zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Kontrollverfahrens vorteilhafterweise n Vias, wobei n größer oder gleich zwei ist, die über Brücken jeweils paarweise in Reihe geschaltet sind.
Zudem wird vorteilhafterweise eine Kontrollschaltung ausgeführt, deren n Vias jeweils einen Durchmesser aufweisen, der dem kleinsten Durchmesser der funktionellen Vias der Leiterplatte entspricht. Die Vias der Kontrollschaltungen bestehen daher in Nachbildungen derjenigen Elemente der Leiterplatte, die theoretisch am wahrscheinlichsten die Ursache von Metallisierungsfehlern sind.
Nach zwei vorteilhaften Ausführungsvarianten kann die Kontrollschaltung ausgeführt werden:

• entweder auf einem funktionellen Teil der Oberfläche der Leiterplatte,
• oder auf einem technischen Band zur mechanischen Verbindung der Leiterplatten bei ihrer Fertigung.

Die Erfindung erstreckt sich auf eine Leiterplatte, die eine Kontrollschaltung umfasst, welche n durchgehende Bohrungen, so genannte Vias, umfasst, wobei n eine Zahl größer oder gleich eins ist, die zum einen mit einer Innenwandung versehen sind, die mit einer metallisierten Schicht überzogen ist, und zum anderen zwischen zwei Stromklemmen elektrisch in Reihe geschaltet sind, so dass ein zwischen diesen Stromklemmen anliegender elektrischer Strom der Höhe nach durch jedes der Vias fließt.
Zudem beinhaltet die Leiterplatte vorteilhafterweise ein beliebiges der Merkmale, allein oder in einer Kombination, die in den Ansprüchen definiert und/oder in der folgenden Beschreibung erwähnt werden.
Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung unter Verweisung auf die Zeichnungen im Anhang, die beispielhaft und nicht abschließend zwei bevorzugte Ausführungsformen darstellen. In diesen Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Draufsicht eines ersten Leiterplattenmodells, das eine erfindungsgemäße Kontrollschaltung umfasst,
2 eine schematische Draufsicht von mit technischen Bändern verbundenen Leiterplatten, die erfindungsgemäße Kontrollschaltung umfassen,
3 eine vergrößerte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Kontrollschaltung und der Messeinrichtungen, die es ermöglichen, die Qualität der Metallisierung der Leiterplatten zu prüfen, und
4 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A von 3, die einen Teil der erfindungsgemäßen Kontrollschaltung darstellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll es ermöglichen, die Qualität der Metallisierung einer Leiterplatte zu kontrollieren (und dabei insbesondere zu überprüfen, dass die Metallisierungs schicht innerhalb der durchgehenden Bohrungen (Vias), die in einer Leiterplatte ausgeführt sind, eine Mindestdicke aufweist) und besteht in erster Linie darin, eine Kontrollschaltung 1 auf diesen Leiterplatten auszuführen.
Erfindungsgemäß kann diese Kontrollschaltung 1 ausgeführt werden:

• entweder, wie in 1 dargestellt, auf einem Teil der funktionellen Oberfläche 2a jeder gefertigten Leiterplatte 2, oder,
• wie in 2 dargestellt, auf technischen Bändern wie 6, die die mechanische Verbindung der Leiterplatten wie 4a, 4b, 4c, 4d bei deren Fertigung gewährleisten.

Nach dem Prinzip der Erfindung umfasst jede Kontrollschaltung 1 eine Vielzahl von durchgehenden Bohrungen 7-1 bis 7-6...11-6 oder Vias, von denen jedes mit einer Innenwandung (eine Höhe h aufweisend – 4) versehen ist, die mit einer metallisierten Schicht 12 überzogen ist, wobei die Vias zwischen zwei Stromklemmen elektrisch in Reihe geschaltet sind, so dass jedes der Vias der Höhe h nach von einem kalibrierten Strom durchflossen wird, der zwischen diesen elektrischen Klemmen anliegt.
Wie in 3 und 4 dargestellt, sind die einzelnen Vias auf fünf parallele Reihen 7, 8, 9, 10, 11 verteilt, die jeweils sechs Vias wie 7-1, 7-2, 7-3, 7-4, 7-5, 7-6, 8-1 bis 8-6, 9-1 bis 9-6, 10-1 bis 10-6 und 11-1 bis 11-6 umfassen. Zudem sind diese Vias paarweise elektrisch über Brücken wie 13, 14 (4) verbunden, die abwechselnd an der Oberseite 13 und an der Unterseite 14 der Leiterplatten verlaufen und die so angeordnet sind, dass ein kalibrierter elektrischer Strom, der zwischen den Stromklemmen der Kontrollschaltung 1 angelegt wird, der Höhe h nach durch jedes der Vias fließt.
Im Übrigen können gemäß der Erfindung die beiden Stromklemmen der Kontrollschaltung 1 an der Oberseite der Leiterplatte angeordnet werden und bestehen:

• in einer ersten Stromklemme, die aus zwei Kontakten 16, 18 besteht, die untereinander durch eine Leiterbahn 17 verbunden sind, wobei einer der Kontakte 16 über eine Leiterbahn 15 mit dem ersten Via 7-1 der Via-Reihe verbunden ist, und
• in einer zweiten Stromklemme, die aus zwei Kontakten 20, 22 besteht, die untereinander durch eine Leiterbahn 21 verbunden sind, wobei einer der Kontakte 20 über eine Leiterbahn 19 mit dem letzten Via 11-6 der Via-Reihe verbunden ist.

Wie in 3 dargestellt, werden die oben beschriebenen Kontrollprüfungen der Leiterplatten 1 erfindungsgemäß mit Hilfe eines „Vierpunktsystems” durchgeführt, das umfasst:

• ein Stromversorgungsmodul 23, das zwei Elektroden 24, 25 umfasst, die an einen Stromerzeuger 26 angeschlossen sind,
• und ein Messmodul 27, das zwei Elektroden 28, 29 umfasst, die an ein Voltmeter 30 angeschlossen sind.

Diese Kontrollprüfungen bestehen weiterhin darin:

• einen kalibrierten Strom in der Kontrollschaltung 1 fließen zu lassen, wobei die Elektroden 24, 25 des Stromversorgungsmoduls 23 in Kontakt mit den Kontakten 18, 22 der Kontrollschaltung positioniert werden,
• die Potentialdifferenz an den Klemmen der Kontrollschaltung 1 zu messen, wobei die Elektroden 28, 29 des Messmoduls 27 in Kontakt mit den Kontakten 16, 20 der Kontrollschaltung positioniert werden, und
• den gemessenen Wert mit einem repräsentativen Schwellenwert der Potentialdifferenz zu vergleichen, der für eine metallisierten Schicht 12 mit einer vorgegebenen Mindestdicke auf der Wandung jedes Vias erhalten wurde, so dass die Leiterplatte validiert wird, wenn der Messwert unter dem Schwellenwert liegt.

Ein solches Kontrollverfahren umfasst somit einen ersten Kalibrierungsschritt, der darin besteht, die verschiedenen Potentialdifferenzen zu erfassen, die für gegebene Dicken der in den Vias einer Prototyp-Leiterplatte 1 aufgebrachten Schichten 12 gemessen werden.
Nach Ausführung dieses Kalibrierungsschritts ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren es, direkt in der Produktionslinie systematisch und in sehr kurzer Zeit alle Leiterplatten zu kontrollieren und somit alle Teile mit Metallisierungsfehlern, d. h. die Teile, bei denen die Dicke der Metallisierungsschicht geringer als die geforderte Dicke ist, zu erkennen.
Es ist darauf hinzuweisen, dass der kalibrierte Strom, der in die Via-Reihe eingespeist wird, jedes Via über seine gesamte Höhe (h) durchfließt. Ein Metallisierungsfehler der Innenwand eines Vias bewirkt so eine Verringerung der gemessenen Spannung an den Klemmen der Via-Reihe. Dadurch wird jeder Metallisierungsfehler (nicht konforme Dicke) schnell erkannt.
Hinzuweisen ist auch darauf, dass die Platten der Leiterplatten homogen sind, was beinhaltet, dass ein Metallisierungsfehler in einem einzigen Via der Leiterplatte äußerst selten vorkommt. Wenn ein Metallisierungsfehler vorliegt, ist dieser Fehler in der Tat an jedem Via der Leiterplatte erkennbar. Indem an einer Kontrollschaltung (die auf einem Teil der Leiterplatte (oder ihres technischen Bandes) liegt) überprüft wird, dass die Metallisierung fehlerfrei ist, wird auch überprüft, dass die Metallisierung bei allen anderen Vias dieser Leiterplatte die geforderte Dicke aufweist.

Claims

Verfahren zur Kontrolle der Qualität der Metallisierung einer Leiterplatte (2; 4a–4d), gekennzeichnet durch Verfahrensschritte: • eine Kontrollschaltung (1) auszuführen, die n durchgehende Bohrungen (7-1...7-6, 8-1...11-6), so genannte Vias, umfasst, wobei n eine Zahl größer oder gleich eins ist, die zum einen mit einer Innenwandung versehen sind, die geeignet ist, bei der Metallisierung der Leiterplatte mit einer metallisierten Schicht (12) überzogen zu werden, und zum anderen zwischen zwei Stromklemmen (16–18, 20–22) elektrisch in Reihe geschaltet sind, so dass ein zwischen diesen Stromklemmen anliegender elektrischer Strom der Höhe (h) nach durch jedes der Vias (7-1...7-6, 8-1...11-6) fließt, • einen Strom mit einer bestimmten Stärke zwischen den beiden Stromklemmen (16–18, 20–22) der Kontrollschaltung (1) anzulegen, • die entsprechende Potentialdifferenz zu messen, • und den gemessenen Wert mit einem repräsentativen Schwellenwert der Potentialdifferenz zu vergleichen, der für eine metallisierte Schicht mit einer vorgegebenen Mindestdicke auf der Wandung jedes Vias (7-1...7-6, 8-1...11-6) erhalten wurde, so dass die Leiterplatte validiert wird, wenn der Messwert unter dem Schwellenwert liegt.
Kontrollverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, eine Kontrollschaltung (1) auszuführen, die n Vias (7-1...7.6, 8-1...11-6) umfasst, wobei n größer oder gleich zwei ist, die über Brücken (13, 14) jeweils paarweise in Reihe geschaltet sind.
Kontrollverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontrollschaltung (1) ausgeführt wird, deren n Vias (7-1...7.6, 8-1...11-6) jeweils einen Durchmesser aufweisen, der dem kleinsten Durchmesser der funktionellen Vias der Leiterplatte entspricht.
Kontrollverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontrollschaltung (1) auf einem Teil der funktionellen Oberfläche (2a) der Leiterplatte (2) ausgeführt wird.
Kontrollverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontrollschaltung (1) auf einem technischen Band (6) zur mechanischen Verbindung der Leiterplatten (4a–4d) bei ihrer Fertigung ausgeführt wird.