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57图形形成与产品检测 Graphic formation and Inspection 2023春季国际PCB技术/信息论坛112 Gbps高速材料板内层互连缺陷问题探究 Paper Code:S-112 陈春华 滕 飞 江伟鸿 邹金龙（崇达技术股份有限公司，广东 深圳 518132）摘 要 随着5G网络的扩展和6G 技术发展快速推进，传输速率需求也从56 Gbps逐步攀升到112 Gbps，各板材生产商也陆续推出112 Gbps级别的高速材料。因112 Gbps高速材料相比56 Gbps高速材料的树脂体系发生变化，在板材认证过程中发现不同材料厂商推出的112 Gbps级别的高速材料均发现内层互连缺陷（Inner Connection Defect，以下简称ICD）问题。文章将探究产品结构、钻孔及除胶工序对ICD产生的影响，通过试验验证的方法解决改善该级别高速材料的ICD问题，为112Gbps高速材料的加工提供技术参考。关键词 高速材料；内层互连缺陷；产品结构；钻孔；除胶 中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1009-0096（2023）增刊-0057-19 Study on inner connection defect of 112 Gbps high speed materialChen Chunhua Teng Fei Jiang Weihong Zou Jinlong Abstract With the expansion of 5G network and the development of 6G technology,the transmission rate demand has also been rising from 56 Gbps to 112 Gbps,and the manufacturers of the copper clad laminate manufacturer have launched 112 Gbps high-speed materials.Because the resin system of 112 Gbps high-speed material has changed compared with 56 Gbps high-speed material,it is found that the ICD problem is found in the 112 Gbps high-speed material launched by different material manufacturers during the plate certification process.This paper will explore the impact of product structure,drilling and desmear gprocess on ICD,solve the ICD problem of this level of high-speed material through experimental verification,and provide technical reference for the processing of 112 Gbps high-speed material.Key words High Speed Material;Inner Connection Defect;Product structure;Drilling;Desmear0 前言随着5G网络的扩展和6G 技术发展快速推进，传输速率需求也从56 Gbps逐步攀升到112 Gbps，各板材生产商也陆续推出112 Gbps级别的高速材料。因112 Gbps高速材料相比56 Gbps高速材料的树脂体系与玻璃布发生变化见表1，在我公司板材认证过程中发现型号为*95U、*P4、*92K2、*43SR等不同材料厂商推出的112 Gbps级别的高速材料均发现内层互连缺陷（Inner Connection Defect，以下简称ICD）问题，ICD问题在电测工序较难有效拦截，往往是流到下游甚至是客户端，在进行SMT贴装过程，PCB板经历无铅回流焊、波峰焊接等高温制程的冲击下，发生内层互联失效开路，因此会产生极大的品质风险。注：112 Gbps级别高速材料树脂为保密成分如下表2为测试过程中发现的不同内层铜厚垂直切片ICD图示，图1为ICD处SEM图，图2为EDS元素分析结果，可见2023春季国际PCB技术/信息论坛58图形形成与产品检测 Graphic formation and Inspection除Cu元素外，主要含C与Si元素，可以初步判断为树脂与填料去除不净导致的ICD问题。表2 不同内层铜厚垂直切片ICD图示图1 ICD处SEM图文章就其中一款112 Gbps高速材料板，探究其产品结构、钻孔及除胶工序对ICD产生的影响，并通过试验验证的方法改善该级别高速材料的ICD问题，为112 Gbps高速材料的加工提供技术参考。表1 56 Gbps与112 Gbps高速材料对比级别 56 Gbps 112 Gbps 铜箔 HVLP1/HVLP2 HVLP3 主体树脂 PPO聚苯醚树脂体系*碳氢树脂体系1 主体填料 化成法球硅 化成法球硅 玻璃布 第1代低介电玻纤布(L1/NE-glass)第2代低介电玻纤布(L2/NER-glass)内层铜厚 70 m 35 m 17.5 m ICD图示 正常内层互连图示 59图形形成与产品检测 Graphic formation and Inspection 2023春季国际PCB技术/信息论坛1 试验条件1.1 试板参数试验板尺寸为：457.2 mm609.6 mm。试验板结构为：层数32层，板厚4.8 mm，最小孔径0.25 mm，厚径比19.2:1。1.2 评估标准参考标准IPC-600J：IPC 1级标准：存在轻微的局部内层分离，夹杂物在每个连接盘位置的一侧孔壁，不超过每个有效连接盘的20%；IPC 2,3级标准：孔中内层铜箔与镀层之间没有分离，铜镀层与内层铜箔直接接合。文章均以IPC 3级要求作为标准。1.3 评估方法切片形式：水平切片，如表3所示；数据统计：每层统计250-300个孔的ICD情况，并计算出ICD占比。表3 水平切片不同程度ICD图示图2 EDS元素分析结果ICD程度 无ICD 轻微程度ICD 严重程度ICD 典型图示1 典型图示2 2023春季国际PCB技术/信息论坛60图形形成与产品检测 Graphic formation and Inspection2 产品结构及钻孔参数对ICD的影响试验针对112 Gbps高速材料板认证过程中出现的ICD问题，下面将分两组试验探究产品结构及钻孔参数对ICD的影响，并尝试对影响原因进行分析。试验分别为：Pitch、密集孔类型、内层铜厚分布、内层铜位置和内层铜厚等产品结构对ICD的影响；钻刀孔限及钻孔分段数等钻孔参数对ICD的影响。2.1 实验设计2.1.1 钻孔与除胶固定加工参数钻孔与除胶固定加工参数详见表3与表4:表3 钻孔与除胶固定加工参数2.1.2 钻孔与除胶试验参数表4 钻孔与除胶试验参数（1）不同密集孔类型内层图形如图3与图4所示：图3 BGA密集孔内层图形 图4 散热密集孔内层图形（2）不同密集孔类型内层铜厚分布如表5所示：工序 类型 参数 钻孔条件 进刀速 19 mm/s 转速 98 krpm 钻刀类型 双刃单槽涂层钻针 分段钻方式 抬出式分段钻 除胶条件 化学除胶方式 水平除胶 等离子除胶时间 45min 因素 水平 pitch/mm 密集孔类型 内层铜厚分布 钻刀孔限/个 钻孔分段数 水平 1 0.55 BGA密集孔 全铜 500 2 水平 2 0.65 散热密集孔 半铜 750 3 水平 3 0.80/1 000/61图形形成与产品检测 Graphic formation and Inspection 2023春季国际PCB技术/信息论坛2.2 产品结构及钻孔参数对ICD的影响结果与分析表6 不同产品结构及钻孔参数对ICD的影响统计2.2.1 内层铜位置对ICD的影响分析试验1-1中L2L31层的ICD占比情况，如图5所示，入刀口（L2L11）ICD占比19.9%最严重，孔中（L12L21）ICD占比3.9%次之，而出刀口（L21L31）无ICD情况。取试验1-1钻孔后切片观察孔内胶渣情况，结果如下图所示，入刀口位置内层铜完全被胶渣覆盖，孔中位置内层铜存在轻微胶渣覆盖，出刀口位置内层铜则光亮洁净未发现有胶渣覆盖情况，这也与ICD在内层铜位置出现的概率相符合。对比入刀口与出刀口位置胶渣覆盖情况，进一步可优化钻孔参数改善入刀口ICD问题，而孔中位置则通过优化除胶参数解决ICD问题。表5 全铜密集孔与半铜密集孔内层铜厚分布表5 全铜密集孔与半铜密集孔内层铜厚分布层数L2L3L4L5L6L7L8L9L10L11L12L13L14L15L16全铜密集孔/m357035703517.53517.53517.53517.5353535半铜密集孔/m/70/70/17.5/17.5/17.5/17.5/35/层数L17L18L19L20L21L22L23L24L25L26L27L28L29L30L31全铜密集孔/m17.53517.5353517.5353535353570357035半铜密集孔/m17.5/17.5/35/35/35/35/35/35L917.5ICD 占比24.00%L1035ICD 占比4.50%L1117.5ICD 占比23.81%L1235ICD 占比7.22%L1317.5ICD 占比14.29%L1435ICD 占比1.36%L1535ICD 占比1.00%L1635ICD 占比1.10%L1717.5ICD 占比8.93%L1835ICD 占比0.00%L1917.5ICD 占比5.24%L20-L31ICD 占比0.00%L2-L7 平均ICD 占比22.71%17.32%5.21%7.12%2.88%1.14%1.33%2.03%7.17%层数铜厚/m试验编号1-11-21-31-41-51-61-71-81-9Pitch/mm0.550.650.800.550.800.800.800.800.55密集孔类型BGABGABGA散热孔散热孔BGABGABGABGA内层铜厚分布全铜全铜全铜全铜全铜半铜半铜半铜全铜钻刀孔限5005005005005005007501000500钻孔分段数333333332L235ICD 占比12.78%10.77%8.75%0.36%0.00%/0.00%L370ICD 占比7.50%6.67%0.00%0.33%0.36%0.00%0.00%0.00%0.83%L435ICD 占比57.75%47.60%9.15%21.71%9.90%/6.15%L570ICD 占比12.00%8.46%0.00%3.08%0.00%0.00%0.00%0.77%1.79%L635ICD 占比12.21%6.43%0.00%6.00%0.00%/8.04%L717.5ICD 占比34.00%24.00%13.33%11.23%7.00%3.43%4.00%5.33%26.19%L835ICD 占比8.13%/2023春季国际PCB技术/信息论坛62图形形成与产品检测 Graphic formation and Inspection图7 钻孔后入刀口SEM图2.2.2 内层铜厚对ICD的影响分析试验1-1中不同内层铜厚的ICD占比情况，如图6所示，内层铜厚为17.5 m的 ICD占比15.8%最严重，35 m与70 m的 ICD分别占比5.6%和4.9%次之，随着内层铜厚减小，ICD发生概率增大，这可能是由于内层铜厚越薄，越容易受到钻刀的拉扯，内层铜上更容易覆盖树脂，从而增大ICD发生的概率。图6 内层铜厚对ICD的影响图5 内层铜位置对ICD的影响63图形形成与产品检测 Graphic formation and Inspection 2023春季国际PCB技术/信息论坛2.2.3 pitch对ICD的影响分析试验1-1、1-2和1-3不同pitch大小的ICD占比情况，如图10所示，pitch从0.55 mm增至0.8 mm，L2L7平均ICD占比从22.71%降到5.21%，这可能由于pitch越大，比表面积越大，单位孔内接受的等离子气体越多，除胶量也越大，ICD占比就越低2。图10 pitch大小对ICD的影响2.2.4 密集孔类型对ICD的影响分析试验1-1、1-3、1-4和1-5不同密集孔类型的ICD占比情况，如图11所示，密集孔类型从BGA密集孔变为散热密集孔，L2L7平均ICD占比从14.0%降到5.0%，这可能由于铜的导热系数为401 W/mK比树脂的0.2 W/mK大得多，BGA内图8 钻孔后孔中SEM图图9 钻孔后出刀口SEM图2023春季国际PCB技术/信息论坛64图形形成与产品检测 Graphic formation and Inspection层为单个铜环热量聚集不易降低，而散热孔内层为大铜皮散热更容易，钻刀峰值温度相对更低，产生胶渣更少，从而减少ICD产生的概率3。图11 密集孔类型对ICD的影响2.2.5 内层铜厚分布对ICD的影响分析试验1-1和1-6不同内层铜厚分布的ICD占比情况，如图12所示，内层铜厚分布从半铜改为全铜，L2L7平均ICD占比从1.1%升到22.7%，这是由于内层总铜厚越厚，钻刀磨损越严重，钻孔时峰值温度也越高4，产生的胶渣量也越多，ICD发生概率就越高。图12 内层铜厚分布对ICD的影响2.2.6 钻刀分段钻次数对ICD的影响分析试验1-1和1-9不同分段钻次数的ICD占比情况，如图13所示，钻刀分段钻次数从2次升到3次，L2L7平均ICD占比从7.2%升到22.7%，这是可能是由于分段钻次数越多，钻刀在同一孔内来回的次数也越多，内层铜被涂抹的胶渣的概率越大，ICD发生概率也就越高。2.2.7 钻刀寿命孔限对ICD的影响分析试验1-6、1-7和1-8不同钻刀寿命孔限的ICD占比情况，如图14所示，钻刀寿命孔限从500孔升至1 000孔，L2L7平均ICD占比从1.1%升到2.0%，这是由于钻刀寿命孔限越大，钻刀磨损越严重，钻孔时峰值温度也越高，产生的胶渣量也越多，ICD发生概率就越高。65图形形成与产品检测 Graphic formation and Inspection 2023春季国际PCB技术/信息论坛图13 分段钻次数对ICD的影响图14 钻刀孔限对ICD的影响2.3 试验小结（1）基于以上测试条件可知，ICD只出现在入刀口与孔中位置，出刀口无ICD情况；（2）Pitch越小，内层铜厚越小，钻刀分段钻次数越大，钻刀寿命孔限越大，ICD发生概率越大；（3）密集孔类型为BGA相比散热孔的ICD发生概率更大，内层铜厚分布为全铜相比半铜的ICD发生概率更大；（4）基于以上几点，板内是否存在ICD问题，应以板内最小pitch、密集孔类型为BGA、内层铜厚分布为全铜类型的密集孔作为的评判标准。3 钻孔与除胶参数的优化试验3.1 实验设计3.1.1 钻孔与除胶固定加工参数（1）转速：基于前期测试，增大转速可提升孔壁质量，但会随着转速的提升，孔壁钻污在等离子处理后的存在量越多。低转速的钻孔加工参数能够减少孔壁钻污产生量5；转速太低时微孔入口圆度误差大，而且孔壁质量较差，因此转速暂定为98 krpm；（2）寿命孔限：由2.2.7可知，寿命孔限越大ICD发生概率越大，寿命孔限定为 500孔；（3）钻孔分段数：由2.2.6可知，钻刀分段钻次数越多ICD发生概率越大,暂不研究更高的分段数；虽然分段数为2有2023春季国际PCB技术/信息论坛66图形形成与产品检测 Graphic formation and Inspection利于减少ICD发生的概率，但是本实验的厚径比较高，孔位精度会下降，而且断刀概率会增大，分段钻次数定为3次；（4）内层铜厚分布：由2.2.5可知，全铜相比半铜的ICD发生的概率更高，更容易验证，内层铜厚分布选择全铜；（5）密集孔类型：由2.2.4可知，BGA密集孔相比散热密集孔的ICD发生的概率更高，更容易验证，密集孔类型选择BGA密集孔；（6）等离子除胶时间：由2.2.1可知，需增大除胶量，等离子除胶时间从45 min增长至60 min。综上所述，钻孔与除胶固定加工参数如表7所示:表7 钻孔与除胶固定加工参数3.1.2 钻孔与除胶试验参数（1）由2.2.1与2.2.6可知，入刀口位置内层铜胶渣覆盖严重，可改变分段钻方式以减少钻刀在内层铜上来回涂抹，进一步可通过测试不同分段方式对 ICD的改善情况。（2）由2.2.4与2.2.5可知，降低钻刀温度有利于减少ICD的发生，进一步测试不同进刀速对 ICD的改善情况。（3）从图7-8可知，此级别高速材料钻孔切屑时受到高温更容易软化而粘附涂抹在孔壁上，钻孔后内层孔壁有大块胶团粘附涂抹，并有大量玻纤碎屑与填料颗粒镶嵌在内层铜上，如不在等离子前清除内层铜上粘附的大块胶团与镶嵌的玻纤碎屑和填料颗粒，就无法杜绝ICD问题的产生，进一步需在等离子前增加一次化学除胶流程测试其对ICD的改善情况。综上所述，钻孔与除胶参数的优化试验如表8所示：表8 钻孔与除胶参数试验表 不同化学除胶次数流程：1次化学除胶流程：钻孔等离子除胶水平化学除胶沉铜电镀2次化学除胶流程：钻孔水平化学除胶等离子除胶水平化学除胶沉铜电镀 不同分段钻孔方式如15与图16所示：3.2 钻孔与除胶参数对ICD的影响结果与分析3.2.1 等离子除胶时间对ICD的影响分析试验1-1与 2-5的L2L9的平均ICD占比，如图17与图18，等离子除胶时间从45 min提升至60 min除胶量从0.692 mg/cm2增至0.963 mg/cm2，平均ICD占比从21.0%下降至4.0%，由此可知增大等离子的除胶量可有效改善ICD的工序 类型 参数 钻孔条件 转速 98 krpm 寿命 孔限 500 钻孔分段数 3 钻刀类型 双刃单槽涂层钻针 内层铜厚分布 全铜 密集孔类型 BGA密集孔 除胶条件 化学除胶方式 水平除胶 等离子除胶时间 60 min 因素 水平 进刀速mm/s 钻孔分段方式 化学除胶次数 水平1 19 抬出 1 水平2 26 不抬出 2 67图形形成与产品检测 Graphic formation and Inspection 2023春季国际PCB技术/信息论坛图15 抬出式分段钻示意图图16 不抬出式分段钻示意图表9 钻孔与除胶参数对ICD的影响结果统计表9 钻孔与除胶参数对ICD的影响结果统计层数铜厚/m试验编号2-12-22-32-42-52-62-72-82-9Pitch/mm0.550.650.550.550.550.550.550.550.55化学除胶次数111112222进刀速/mm/s262619261926192619钻孔分段方式 不抬出不抬出不抬出抬出抬出不抬出不抬出抬出抬出L235占比0.00%0.00%0.00%0.00%0.00%0.00%0.00%0.00%0.00%L370占比0.00%0.00%0.00%0.00%0.00%0.00%0.00%0.00%0.00%L435占比0.00%0.00%0.00%0.81%12.46%0.00%0.00%0.00%0.00%L570占比0.00%0.00%0.00%0.00%7.02%0.00%0.00%0.00%0.00%L635占比0.00%0.00%1.35%0.00%1.91%0.00%0.00%0.00%0.00%L717.5占比0.00%0.00%1.62%0.00%4.55%0.00%0.00%0.00%0.00%L835占比0.00%0.00%0.00%0.00%2.50%0.00%0.00%0.00%0.00%L917.5占比0.00%0.00%2.80%0.87%3.46%0.00%0.00%0.00%0.00%L1035占比0.00%0.00%/1.40%0.00%0.00%0.00%0.00%L1117.5占比0.00%0.00%2.42%0.00%0.00%0.00%0.00%L1235占比0.00%0.00%/0.00%0.00%0.00%0.00%L1317.5占比0.76%0.00%0.00%0.00%0.00%0.36%L1435占比0.00%0.00%0.00%0.00%0.00%0.00%L1535占比0.00%0.00%0.00%0.00%0.00%0.00%L1635占比0.00%0.00%0.00%0.00%0.00%0.00%L1717.5占比0.61%0.00%0.00%0.00%0.00%0.76%L18-L31占比0.00%0.00%0.00%0.00%0.00%0.00%L2-L9 平均ICD 占比0.00%0.00%0.72%0.21%3.99%0.00%0.00%0.00%0.00%L2-L31 平均ICD 占比0.05%0.03%0.72%0.21%3.57%0.00%0.00%0.00%0.04%出现,继续加大等离子除胶时间虽然能将ICD出现的概率进一步降低，但经测试发现会严重影响孔壁质量，只能通过优化除胶方式与钻孔参数进一步改善ICD问题。3.2.2 进刀速对ICD的影响（1）如图19所示，进刀速从19 mm/s提升到 26 mm/s，L2L31平均ICD占比从1.08%降到0.056%，增加进刀速，提2023春季国际PCB技术/信息论坛68图形形成与产品检测 Graphic formation and Inspection图18 不同除胶方式除胶量图17 等离子除胶时间对ICD的影响升轴向钻削力，可降低钻削温度，减少刀具磨损4，从而减少ICD发生的概率。（2）对比图20与图21或者图22与图23钻孔后入刀口SEM图，可以发现提高进刀速能明显减少内层铜上的胶渣覆盖量，但进刀速过快会有断刀和爆孔等异常发生6，暂将进刀速度从19 mm/s提升到26 mm/s较为合适。图19 三因子主效应图69图形形成与产品检测 Graphic formation and Inspection 2023春季国际PCB技术/信息论坛 图20 试验2-1钻孔后入刀口SEM图 图21 试验2-3钻孔后入刀口SEM图 图22 试验2-4钻孔后入刀口SEM图 图23 试验2-5钻孔后入刀口SEM图3.2.3 钻孔分段方式对ICD的影响（1）如图19所示，钻孔分段方式从抬出式变为不抬出式，L2L31平均ICD从0.946%降到0.192%，其原因与2.2.6相似，如图15抬出式分段钻在同一孔内往复钻3次，如图16不抬出式分段钻只在孔口往复钻1次，往复钻的次数越少，胶渣在内层铜上涂抹的次数越少，ICD发生概率越小。（2）对比图20与图22或者图21与图23钻孔后入刀口SEM图，可以发现钻孔分段方式从抬出式变为不抬出式，明显减少内层铜上的胶渣覆盖量。3.2.4 化学除胶次数对ICD的影响（1）如图19所示，在等离子前增加1次化学除胶，L2L31平均ICD从1.130%降到0.009%，等离子前增加1次化学除胶明显对ICD情况有极大的改善。（2）对比图24试验2-7与图25试验2-9钻孔+化学除胶后入刀口SEM图可知，钻孔后经过1次化学除胶后的内层铜明显干净许多，只有少量的填料镶嵌；对比图26试验2-5与图27试验2-9沉铜前入刀口SEM图，除胶2次两次内层铜上基本没有玻纤碎屑与填料颗粒镶嵌，而除胶1次仍有大量玻纤碎屑与填料颗粒镶嵌其中，这也是导致ICD失效的原因之一。图24 试验2-7钻孔+化学除胶后入刀口SEM图（400倍）图25 试验2-9钻孔+化学除胶后入刀口SEM图（400倍）2023春季国际PCB技术/信息论坛70图形形成与产品检测 Graphic formation and Inspection 图26 试验2-5沉铜前入刀口SEM图（1000倍）图27 试验2-9沉铜前入刀口SEM图（1000倍）（3）对于二次化学除胶流程ICD问题大幅度减少有以下几个可能的原因解释：膨松缸、除胶缸和各水洗缸的超声波震动器产生的空化作用可以有效的减少钻孔后内层上粘附的大块胶团和镶嵌的玻纤碎屑与填料颗粒。如图18所示，虽然化学除胶的除胶量只有0.0 023 mg/cm2，但膨松缸中的溶胀剂能降低高分子聚合物的内聚能和键能，提高表面分子的活性，并使一小部分涂抹在内层铜上的胶渣溶胀，为后续等离子除胶创造有利条件7。中和缸中的硫酸与双氧水对内层铜有一定的微蚀作用，微蚀后会使内层铜上的胶团更多的裸露出来，增大等离子的除胶面积，更易于除胶。3.2.5 试验小结（1）进刀速从19 mm/s提升到 26 mm/s、钻孔分段方式从抬出式变为不抬出式以及将化学除胶次数从1次提升到2次，都能极大程度改善ICD问题。（2）对于一次化学除胶流程，优先考虑ICD问题，在加工0.55 mm pitch BGA密集孔中，2-1参数ICD占比最低，只有孔中内层铜厚为17.5 m 的L13与L17层出现如图28与图29与所示的轻微程度ICD问题，分离角度占比小于20%，只符合IPC一级标准，不符合二三级标准，而试验2-2的0.65 mm pitch的则未发现有ICD问题，进一步的可以通过降低钻刀寿命孔限改善0.55 mm pitch密集孔的ICD问题。图28 试验2-1 L13 ICD图示 图29 试验2-1 L17 ICD问题（3）对于二次化学除胶流程，试验2-6、2-7与2-8均未发现 ICD问题，进一步的需要观察钻孔与除胶参数对孔壁质量的影响再作选择。4.2 孔壁质量、孔位精度及钻孔效率结果分析不同钻孔与除胶参数对孔壁质量、孔位精度及钻孔效率影响结果如表10所示：71图形形成与产品检测 Graphic formation and Inspection 2023春季国际PCB技术/信息论坛表10 孔壁质量、孔位精度及钻孔效率结果统计4.2.1 进刀速对孔壁质量的影响由图30-32可知，进刀速从19 mm/s升到26 mm/s，孔粗从14.58 m增至19.72 m，增幅35.1%；灯芯从15.11 m增至17.22 m，增幅14.0%；钉头从1.18降至1.15，降幅2.5%；图30 最大孔粗主效应图图31 最大灯芯主效应图试验 编号 进刀速 mm/s 分段 方式 除胶 次数 最大钉头 最大孔粗 /m 最大灯芯 /m 75 m孔位精度Cpk钻孔效率 孔数/分钟 2-1 26 不抬出 1 1.13 17.67 15.10 1.77 78 2-3 19 不抬出 1 1.15 15.01 15.19 1.74 72 2-4 26 抬出 1 1.18 19.60 16.63 1.41 64 2-5 19 抬出 1 1.22 14.58 15.83 1.53 60 2-6 26 不抬出 2 1.14 20.87 18.19 1.67 78 2-7 19 不抬出 2 1.14 13.99 15.23 1.65 72 2-8 26 抬出 2 1.14 20.77 18.96 1.41 64 2-9 19 抬出 2 1.20 14.75 14.20 1.59 60 2023春季国际PCB技术/信息论坛72图形形成与产品检测 Graphic formation and Inspection图32 最大钉头主效应图4.2.2 分段钻孔方式对孔壁质量的影响由图30-32可知，分段钻孔方式从不抬出式变为抬出式，孔粗从16.88 m增至17.42 m，增幅3.2%；灯芯灯芯从15.92 m增至16.40 m，增幅3.0%；钉头从1.14增至1.18，增幅3.5%；4.2.3 化学除胶次数对孔壁质量的影响由图30-32可知，化学除胶次数从1次增至2次，孔粗从16.71 m增至17.59 m，增幅5.3%；灯芯从15.69 m增至16.64 m，增幅6.1%；钉头从1.17降至1.16，降幅0.9%；4.2.4 进刀速与分段钻孔方式对孔位精度和钻孔效率的影响（1）由图33可知，进刀速从19 mm/s升到26 mm/s，公差75 m孔位精度Cpk从1.63降低1.56，降幅4.3%；分段钻孔方式从不抬出式变为抬出式，公差75 m孔位精度Cpk从1.71降低1.48，降幅13.5%；（2）由图34可知，进刀速从19 mm/s升到26 mm/s，钻孔效率从66孔/分钟增至71孔/分钟，增幅7.6%；分段钻孔方式从不抬出式变为抬出式，钻孔效率从75孔/分钟降至62孔/分钟，降幅21.0%。图33 75 m孔位精度Cpk主效应图4.2.5 孔壁质量小结基于以上分析，进刀速为19 mm/s，分段钻孔形式为不抬出，除胶次数为1次的孔壁质量相对最好，而且保证较高的73图形形成与产品检测 Graphic formation and Inspection 2023春季国际PCB技术/信息论坛图34 钻孔效率主效应图钻孔效率以及及较优的孔位精度。4.3 钻孔与除胶参数的优化试验总结（1）就ICD问题而言，进刀速从19 mm/s提升到 26 mm/s、钻孔分段方式从抬出式变为不抬出式以及将化学除胶次数从1次提升到2次，都能极大程度改善ICD问题。（2）就孔壁质量而言，进刀速为19 mm/s，分段钻孔形式为不抬出，除胶次数为1次的孔壁质量相对最好，而且保证较高的钻孔效率及较优的孔位精度。（3）对于一次化学除胶流程，优先考虑ICD问题，可使用试验2-2参数生产0.65 mm pitch的密集孔，而生产0.65 mm pitch的BGA需降低钻刀孔限，以保证无ICD问题发生。（4）对于二次化学除胶流程，基于ICD问题与孔壁质量，可使用试验2-7参数，既能保证无ICD问题，又能保证相对较优的孔壁质量、钻孔效率及孔位精度。5 结论验证及可靠性测试为保证实验结果的可靠性和严谨性，需再次做验证实验保证结果的重复性和再现性。既要除胶速量足够大，保证孔内胶渣清除干净、杜绝ICD问题导致开路失效，又要防止除胶量过大，造成除胶过度，引起CAF（导电阳极丝）的形成，从而导致产品短路失效。为此选取32层板压合分别按2-2与2-7条件制作，针对1次化学除胶流程的2-2条件的验证板做TCT可靠性测试，针对2次化学除胶流程的2-7条件的验证板做耐CAF可靠性测试。5.1 TCT可靠性测试（1）测试样品：试验2-2条件验证板，孔径0.25 mm，pitch为0.65 mm及0.8 mm的BGA，（2）预处理：5次260 无铅回流（3）测试条件：参照IPC-TM-650 2.6.7.2 的方法进行测试，条件：-55+125，200个循环（4）评定标准：在第一个循环和完成循环测试后测互联电阻，电阻变化小于10。TCT可靠性测试小结:如表11与图36所示，试验2-2为化学除胶1次，通过pitch为0.65 mm及0.8 mm的TCT测试。5.2 CAF 可靠性测试（1）测试样品：试验2-7验证板，孔径0.25 mm，pitch为0.65 mm、0.70 mm及0.80 mm的CAF模块，图形参考IPC-TM 650 2.6.25耐CAF（导电阳极丝）测试；（2）预处理：5次260 无铅回流;（3）测试条件：第一阶段静置测试：温度85，相对湿度85%RH，不加偏压，静置时间96小时。放置后测试绝2023春季国际PCB技术/信息论坛74图形形成与产品检测 Graphic formation and Inspection表11 TCT可靠性测试数据平平行行样样 项项目目 0.65 mm 0.80mm 结结果果判判定定 1#Cycle1高温段/ohm 15.82 9.55 合格 Cycle200高温段/ohm 16.17 9.62 阻值变化率/%2.12%0.70%2#Cycle1高温段/ohm 16.62 9.22 合格 Cycle200高温段/ohm 16.84 9.28 阻值变化率/%1.29%0.64%3#Cycle1高温段/ohm 15.10 9.61 合格 Cycle200高温段/ohm 15.32 9.67 阻值变化率/%1.46%0.61%缘电阻R1；第二阶段测试：温度85，相对湿度85%RH，偏压100VDC，测试时间500小时，需进行在线测试并记录数据R2；（4）评定标准：96小时静置后绝缘电阻R1107欧姆，即判定样本失效。当最终测试绝缘电阻R2108欧姆，或者在测试过程中有3次记录或以上出现R2108欧姆即判定样本失效。表12 CAF可靠性测试数据CAF可靠性测试小结:如表12与图36所示，试验2-7为化学除胶2次，通过pitch为0.65 mm、0.70 mm及0.80 mm的CAF测试。图35 TCT原始测试曲线图示平平行行样样 阻阻值值/ohm 0.65mm 0.70mm 0.80mm 结结果果判判定定 1#静置前 3.55E+11 4.12E+11 4.40E+11 合格 96 h静置后 2.63E+08 2.76E+08 4.88E+08 500 h测试后 1.18E+09 1.69E+09 2.52E+09 2#静置前 1.40E+12 4.25E+11 5.09E+11 合格 96 h静置后 6.97E+08 9.30E+08 8.78E+08 500 h测试后 1.94E+09 2.67E+09 2.82E+09 3#静置前 7.00E+11 7.75E+11 4.61E+11 合格 96 h静置后 4.19E+08 3.28E+08 3.17E+08 500 h测试后 1.67E+09 1.84E+09 1.87E+09 75图形形成与产品检测 Graphic formation and Inspection 2023春季国际PCB技术/信息论坛图36 CAF原始测试曲线图示6 总结（1）基于以上测试条件，ICD只出现在入刀口与孔中位置，出刀口无ICD情况；Pitch越小，内层铜厚越小，钻刀分段钻次数越大，钻刀寿命孔限越大，ICD发生概率越大；密集孔类型为BGA相比散热孔的ICD发生概率更大，内层铜厚分布为全铜相比半铜的ICD发生概率更大；（2）板内是否存在ICD问题，应以板内最小pitch、密集孔类型为BGA、内层铜厚分布为全铜类型的密集孔作为的评判标准。（3）就ICD问题而言，进刀速从19 mm/s提升到 26 mm/s、钻孔分段方式从抬出式变为不抬出式以及将化学除胶次数从1次提升到2次，都能极大程度改善ICD问题；就孔壁质量而言，进刀速为19 mm/s，分段钻孔形式为不抬出，除胶次数为1次的孔壁质量相对最好，而且保证较高的钻孔效率及较优的孔位精度。（4）对于1次化学除胶流程，优先考虑ICD问题，可使用试验2-2参数生产0.65 mm pitch的密集孔，而生产0.65 mm pitch的BGA需降低钻刀孔限，以保证无ICD问题发生；对于2次化学除胶流程，基于ICD问题与孔壁质量考量，可使用试验2-7参数，既能保证无ICD问题，又能保证相对较优的孔壁质量、钻孔效率及孔位精度。（5）试验2-2为化学除胶1次，通过pitch为0.65 mm及0.80 mm的TCT可靠性测试；试验2-7为化学除胶2次，通过pitch为0.65 mm、0.70 mm及0.80 mm的CAF可靠性测试。参考文献1 高峰.5G PCB板材及基础核心原材料需求和挑战C/.第二十一届中国覆铜板技术研讨会论文集,2020:7-47.2 韦进峰,唐海波,李恢海.印制电路板加工中孔内与板面除胶差异研究J.印制电路信息,2021,29(05):23-28.3 张伦强,刘飞,欧亚周,王成勇,廖冰淼,李珊.高频高速印制板钻孔技术提升研究J.印制电路信息,2015,23(03):98-105.4 郑李娟.微细钻头钻削印刷电路板加工机理研究D.广东工业大学,2011.5 钟岳松,刘再平.浅谈刚挠印制