提高後信赖度之研究.doc

提高LLTS后信赖度之研究专题成员组长：陈建宏研发部成员：何东伦研发部欧阳志全研发部叶弘义研发部杨益彰品保部品检二课1.前言随着科技发展进步，通讯产品成长迅速，而其信赖度规定也日益严格而多样化，除了导通之外，更规定孔铜经多次冷热交替后质量无虑，LiquidtoLiquidThermalShock(LLTS)的测试便是孔铜信赖度测试的一项工具,重要为测试孔铜镀铜层与基材经连续冷热冲击后信赖度验证项目，此种测试重要应客户之规定，在通过500cycle之后，孔铜不得有Crack现象发生，阻值变化不得超过10%。自89年初以来，陆续受到客户回馈孔铜发生Crack问题，经长期追踪仍无解决方法。在本文中，我们针对全制程也许的因素进行研究，找出解决Crack问题的方案。2.简介2.1选题理由将近一年的时间，在这方面并无显着的进展，另一方面，除了特定客户之外，并没有其它客户有针对LLTS进行孔铜质量的规定，因此在这方面我们并没有太多经验，至于改善的方向有显得相称的模糊。在此同时，国内的另一家厂商并没有这样的问题，因此Unitech遂成为此客户的Secondsource，为彻底解决此一困境，乃运用DOE手法，将全制程也许因素一并分析研究，期开发KnowHow找出最佳生产条件，改善不良并提高制程能力，以因应更高层技术挑战。2.2现况分析经客户回馈FA料号经LLTS测试后，连续7次sample孔铜发生crack，将客户所送回之切片具体观测，发现在通孔部分，每一孔皆有Crack之现象，足见此问题之严重。由此我们可以得知，制程中必有某些条件并不适切，导致所有孔铜皆产生Crack之现象。必须找到最重要的因子，并且加以控制，才干使孔铜不会发生Crack。2.3特性要因图由于此客户回馈着重在逐次压合增层法的产品，因此改善的对象也以此产品作为目的，其生产流程如下:下料内层线路棕化压合钻孔一次铜线路棕化压合钻孔一次铜影像转移二次铜线路绿漆成形测试终检EntekBaking125/4HrIRReflow10次LLTS500cycleLLTSCondotion:本文将针对Crack形成的因素，及其相关原理进行探讨，同时提出改善的方法。一方面针对所有也许形成Crack问题的因素，将之归纳于特性要因图如下提高LLTS后信赖度之研究.tw3.第一阶段实验由于我们对于因素尚不明了，因此将所有也许之因子纳入，以多因子少水平方式配置，在特性要因图中,我们在各制程中选取12项因子做为我们实验所要研究的方向。以下是因子选择的理由:3.0.1一次铜正反电流强度:过强的反向电流也许会改变镀铜层的结晶状态，进而影响相关物性。3.0.2一次铜Additive浓度:Additive过低会影响镀铜的Elongation，但过高的浓度也会形成硫共镀的现象，两者都对镀铜之物性有所损害。3.0.3二压材料种类:Hi-Tg与NormalTg材料存在有不同的热膨账系数，因此在通过冷热冲击之后,两者的体积变化便会不同，一般p.p的热膨胀系数为65ppm/，而Hi-Tg材料则为51ppm/。3.0.4二压分离纸种类:目前所使用的杜邦分离纸，并没有阻胶的功能，因此在压合后会大量溢胶，此现象会使介电层缺胶导致铜与基材的键结力变差,但由于胶少反而在热膨胀方面业会较小。(Resin的CTE约为70ppm/,GlassFiber为5ppm/。3.0.5一次铜电流密度:电流密度改变铜沉积速率，会导致镀铜层不同的物性。3.0.6PTH后烘烤:会改变化学铜的晶格排列，增长其与孔壁的结合力，并去除水份。3.0.7Desmear次数:次数增长会导致更大的粗糙度，化学铜不容易沉积形成孔破，同时影响ThrowingPower，但若Desmear不良，则会导致smear残留,影响镀层Bonding。3.0.8钻孔转数:直接影响粗糙度。3.0.9钻孔后烘烤:可以释放应力，但烘烤过度容易导致smear残留。3.0.10压合前烘烤:可以去除内层板的水气，增长压合的信赖度。3.0.11化学铜次数:可增长化学铜的厚度，增长化学铜与基材之间的键结。3.0.12一次铜孔铜厚度:铜厚会影响Tensilestrength和Elongation。3.1因子水平对照表因子代号水平交互作用12一次铜正反电流强度AA1A2一次铜Additive浓度BB1B2二压材料种类CC1C2二压分离纸种类DD1D2一次铜电流密度FF1F2PTH后烘烤GG1G2Desmear次数HH1H2钻孔转数II1I2钻孔后烘烤JJ1J2压合前烘烤KK1K2化学铜次数MM1M2一次铜孔铜厚度NN1N2为使实验的结果可以进行数量化的分析，我们将Crack限度分为三级，为无Crack，半Crack与全Crack。无Crack不计分(分数为0)半Crack计0.5分，全Crack计1分。每样本切片10孔，观测其孔内Crack情形，加以计分进行记录。图例如下:全Crack，计1分半Crack，计0.5分记录每同样本孔内Crack总积分，进行比较。3.2直交配列表及实验数据CRACK电阻变化FACTORABABCFGHDIJKCDEMNDATADATAROWCOL12345678910111213141572.51.62111111111111111136.50.372111111122222222371.14311122221111222269.50.1941112222222211118.50.94512211221122112259.51.09612211222211221135.50.41712222111122221116.51.53812222112211112248.50.819212121212121212500.3710212121221212121560.321121221211212212114.50.251221221212121121245.50.471322112211221122135.50.72142211221211221129.50.2115221211212212112291.41162212112211212213.3平均值比较表我们将所得数据，整理成两水平平均值比较表如下，本实验两特性均为望小值，即孔铜无Crack，电阻值变化率越小越好，斜体字表达显着或非常显着因子之有利端电阻变化CRACKCOL因子SIAVE(L1)AVE(L2)SIAVE(L1)AVE(L2)1A0.4658060.911250.57138.062541.937536.06252B0.1827560.633750.84751314.062548.062529.93753AB0.0105060.766250.715132.250041.87536.1254C0.0540560.798750.6825495.062544.562533.43755F0.0203060.776250.705169.000035.7542.256G0.1620230.841250.6449.000037.2540.757H0.0138060.711250.770.062539.062538.93758D6.25E-060.740.741250.250039.12538.8759I0.2185560.85750.62375217.562535.312542.687510J1.8428061.080.40125451.562544.312533.687511K0.1425060.8350.6462512.250038.12539.87512CD0.4192560.90250.5787514.062538.062539.937513e0.0001560.73750.743759.000039.7538.2514M0.0976560.66250.81875272.250043.12534.87515N0.0005060.7350.746252782.562552.187525.8125St=3.63069460573.4ANOVA特性一:ThroughHoleCrack特性二:ResistanceValueChangeFactorSiDFVF(%)FactorSiDFVF(%)N2782.562012782.562089.811845.4281*J1.842811.84280645.19154049.633100*B1314.602011314.602042.413521.1834*A0.465810.46580611.42306011.706500*C495.06251495.062515.97907.6619*CD0.419310.41925610.28151010.424400*J451.56251451.562514.57496.9437*I0.218610.2185565.3597034.896540M272.25001272.25008.78733.9833*B0.182810.1827564.4817713.910500I217.56251217.56257.02223.0804*G0.162010.1620233.9729143.338990F169.00001169.00005.45482.2787C0.054110.0540561.3256330.365730A138.06251138.06254.45621.7679D0.00000610.0000060.0001531.122960e216.8750730.98217.6726e0.285470.04077814.601100St=6057t=92.3273St=3.630693t=85.39883.5CrossTable因子ABCDFGHIJKMNABCD特性质孔铜CrackA2B2C2I1J2M2N2显着性*奉献率%21.187.663.086.943.9845.43电阻变化率A2C2D1J2C2D1显着性*奉献率%11.7149.6310.42结论A2B2C2D1F2G1H1I1J2K1M2N2C2D1电阻变化率CD:C1D1=(1.62+0.94+0.81+0.47)/4=0.96C1D2=(0.37+1.09+0.37+0.72)/4=0.6375C2D1=(1.14+0.41+0.32+0.21)/4=0.52C2D2=(0.19+1.53+0.25+1.41)/4=0.845结论:1. A2，B2，C2，D1，F2，G1，H1，I1，J2，K1，M2，N2为经CrossTable分析后之较佳条件,其中遇多特性质有冲突时以其奉献度%来取舍2. 本次实验之两个多特性质经分析后,第二阶段实验中取,C2，D1，F2，G1，H1，I2，K1，M2为常数项,保存A,B,J,N三因子继续作第二阶段实验4.第二阶段实验由第一阶段A，B，J，N因子得知极为显着，希望在第二阶段少因子多水平中找到最佳之量产条件。4.1因子水平对照表因子代号水平交互作用123一次铜电流比AA21A22A23Additive浓度BB21B22B23钻孔后烘烤条件JJ21J22J23一次铜孔铜厚度NN21N22N23第二阶段实验采用L27313直交表安排四因子(A，B，J，N)进行实验，以下是直交表及数据。4.2直交配列表及实验数据Crack电阻值变化配置因子A电流比Badditive浓度eeJ钻孔后烘烤eeN孔铜厚eeeeeNo00.191111111111111100.242111122222222200.23111133333333300.24412221112223330.50.135122222233311100.17612223331112220.50.167133311133322200.048133322211133300.129133333322211100.2310212312312312313.50.281121232312312310.50.1412212331231231200.191322311232313120.50.2414223123131212300.271522313121232310.50.0916231212331223100.2617231223112331210.1818231231223112300.2119313213213213200.1120313221321321300.0821313232132132100.1722321313221332100.2523321321332113200.232432133211322136.50.2825332113232221300.2226332121313332100.132733213212111324.3三水平平均值比较表CRACK电阻变化COLFACTORSIAVE(L1)AVE(L2)AVE(L3)SIAVE(L1)AVE(L2)AVE(L3)1A12.79630.11111.77780.72220.00850.16560.20890.18672B9.46301.55560.11110.94440.00930.18670.21000.16443e28.90740.16672.33330.11110.01160.20230.20230.15784e8.79630.77780.22221.61110.01400.21780.16330.18005J9.40740.83331.61110.16670.00450.19560.19670.16896e26.79620.22220.11112.27780.01900.19560.15110.21447e10.96301.61110.94440.05560.00300.20230.18440.17568N11.90740.00001.61111.00000.00360.20230.18440.17449e11.18520.16670.72221.72220.02890.14220.21890.202310e28.90742.33330.16670.11110.00040.18440.19220.184411e29.01850.22222.33330.05550.00470.18670.20330.171112e8.01850.83330.22221.55550.00020.18330.18780.190013e10.12961.61110.11110.88890.00300.17220.19440.19444.4ANOVA特性一:ThroughHoleCrackFactorSiDFVF(%)A12.796326.398150.707752.56134B11.907425.95370.658582.99222J9.4629624.731480.523384.17713N9.407424.70370.520314.20406e162.722189.0401286.0652St=206.2962t=13.9347特性二:ResistanceValueChangeFactorSiDFVF(%)B0.0093420.004670.994210.04922A0.0084520.004230.89960.85464J0.0044520.002230.473854.47904N0.0035620.00170.379235.20447e0.08456180.004789.3326St=0.110362t=10.6673第二阶段实验通过变异数分析后，并没有发现任何显着因子。4.5最佳操作条件在第二阶段实验中，并没有发现任何显着因子，因此第二阶段所选择的范围都可以合用。考虑生产成本及效率之下，因此得出其最佳操作条件如下:实验因子代号原始作业条件最佳作业条件一次铜正反电流强度AA23A23一次铜Additive浓度BB11.1B22二压分离纸种类DD1D1一次铜电流密度FF1F2PTH后烘烤GG1G1Desmear次数HH1H1钻孔转数II1I1钻孔后烘烤JJ21J23压合前烘烤KK1K1化学铜次数MM2M2一次铜孔铜厚度NN1N235.再现性实验1. 再现性实行期间:89.12.2090.1.102. 再现性生产记录:M59B024已出货尚无回馈Crack6.结论1. 由实验结果我们得到改善Crack问题的最佳条件为一次铜孔铜厚度N23，配合二次铜厚度Y，Additive浓度维持B22，钻孔后烘烤J23小时。但基于成本考虑，Additive浓度设在B230.8。2. 在电阻值方面，由于其第一阶段的变化量远小于客户规范中的10%，在第二阶段中，其变化量更是变动不到1%，可见其可以随Crack变动条件而无影响，因此无需此外再订定新操作条件。7.学理探讨由此实验结果显示，我们大胆的推测整个Crack发生的因素，是由于镀铜层之物性不佳(Tensilestrength及Elongation)，因此当基材自身经冷热胀缩后产生的体积变化及应力释放，超过孔铜自身的Tensilestrength及Elongation的极限，就会发生Crack。只要能将Tensilestrength及Elongation进行提高，便可以解决孔铜Crack的问题。1. 孔铜厚度和Tensilestrength及Elongation的关系:当孔铜厚度增长，则Tensilestrength及Elongation也会随着增长，以下是其间关系图:2. Additive浓度与物性关系:在此实验中扮演另一关键角色的Additive浓度，则会影响镀铜之晶格排列，Additive太低会导致柱状结晶，进而使相关之物性(即Tensilestrength及Elongation)变低。以下是不同Additive浓度下之SEM图Additive浓度正常Additive浓度过低8.心得分享:1. 久旱总会逢甘霖，长夜终能见黎明。对于孔铜Crack的因素原本一无所措，长期缺少有效的改善方向，这次藉由DOE，跳脱传统实验单一变因逐步追踪的旷日费时，如同握紧拳头仿佛抓住了什么东西，但往往只有空气。只有放开双手透过直交表，广泛收纳全制程之也许因素，以ANOVA分析找出真因，全世界都在我们手心。2. 通过本次实验的反复验证，确认最佳条件的合用性，使我们成功运用DOE的手法，在两个月内解决一年来的老问题。得知解决孔铜Crack的有效方法，这样的结果，令我们感到欣慰，但令我们最喜悦的，是我们从此又多了一种工具，让我们可以与浩大的土地相连结，面对未来也许遭遇的新问题，无疑增添一份信心。假如要描绘的未来是多采亮丽的，那我们手中便不能只有一种颜色，假如世界是宽广的，那我们的知识更不能局限在固定的角落。假如PCB是导通组件与组件的工具，那DOE就是导通人与世界的桥梁