摘 要 通过分析孔铜断裂不良的几种不同现象，将铜断裂不良现象归类为四种缺陷模式并分析原因。

　　关键字 孔铜断裂

　　1  前言

　　PCB板在后制程喷锡或下游SMT客户端贴件时，往往因为各种不同的原因，导致线路板发生孔铜断裂不良。而在做失效分析时，往往容易忽略其它因素的影响，错误的分析为电镀铜的问题，并武断的归结为电镀添加剂问题，导致问题没有从根本上取得解决和预防，除了在正常制程控制中合理的添加补充光剂外，还有其它诸多引起孔铜断裂的因素，如锡炉的铜含量过高导致熔铜，电镀设备异常导致的电流偏小电镀铜厚不足，板材材质本身不达标，Z-CTE超标或存储不当导致受潮，压合树脂固化不完全等都会导致Z-CTE超标。下面列举一些实际案例进行分析说明。

　　2  孔铜断裂的缺陷模式介绍及原因分析

　　2.1 孔铜断裂缺陷模式一：锡槽溶铜

　　缺陷模式特点：线路板孔口铜的厚度严重偏薄不足，甚至无铜，相比板面防焊覆盖位置铜的厚度存在很大差异，甚至比较孔中间铜厚都不如（图1）。

　　缺陷模式一的原因分析：从电镀原理上分析，局部位置孔口位置的的铜厚度和该位置的面铜厚度差异不大，孔中间由于深镀能力的影响，其铜厚度一般较孔口位置多会略微薄点，孔口位置的铜厚度偏薄或者无铜不是因电镀导致，而是后续制程中控制不当导致铜熔蚀消耗。

　　1、喷锡锡槽含铜太多，未定期除铜处理，熔点过高再加上风压太大，必然造成面铜与孔铜被大量溶蚀而变的很薄，孔口位置甚至断裂而无法通过电测试，即使通过电测试的板，到下游SMT客户端加工时，也会出现断裂不良；

　　2、无铅焊料的影响，例如无铅焊料也不宜采用SAC305，以减少锡池中无效的Cu6Sn5针晶的累积。六角空心针晶Cu6Sn5温度远过于实际锡槽温度，当铜含量上升时必然导致其熔点的上升；

　　3、喷锡或焊接制程的返工影响，制程的返工没有做相应的检验试验，没有控制返工次数等都可能会导致不良发生。

　　2.2 孔铜断裂缺陷模式二：电镀铜薄

　　缺陷模式特点：孔铜厚度偏薄且孔口和孔中间分布较均匀，且与防焊下铜后没有明显的差异，不会出现模式一只集中在孔口位置偏薄的现象，属于电镀本身沉积不足，不存在熔蚀现象（图2）。

缺陷模式二的原因分析：

　　1、电镀参数添加设置错误，如面积计算错误，生产板张数计算错误，导致实际电流过小，电镀沉积铜厚不足；

　　2、阳极不良，钛篮中阳极铜球过少，钛篮中阳极存在架桥空洞，钛篮挂钩与钛包铜杆接触不良等影响导电，导致局部对应位置电镀沉积铜薄；

　　3、槽液浓度控制不当，氯离子过高导致阳极钝化，硫酸浓度低，槽液电阻高，电流效率效率下降，主盐硫酸铜浓度低，影响电镀铜沉积导致厚度不足；

　　4、整流器实际输出电流比设定电流要小，或火牛线连接不良，导致实际电流过小，电镀沉积铜厚不足。

　　2.3 孔铜断裂缺陷模式三：电镀铜结晶异常

　　缺陷模式特点：电镀铜层结晶存在明显异常，镀层疏松不致密，如下图（图3）从金像切片可以明显看到电镀一铜和二铜之间存在明显差异，经微蚀的二铜发红，有明显的粗糙现象，进一步进行SEM分析（图4），可以看到二铜层存在明显的粗糙裂纹。

缺陷模式三的原因分析：

　　1、电镀添加剂浓度管控异常，光剂含量超高10ml/L，电镀槽有生产板时手动加药导致局部槽液光剂溶度过高，自动加药器未定期校正，流量异常，校正自动加药器时未复原，自动加药一直工作加药；

　　2、光剂含量过低，或长时间未生产光剂吸附及分解或光剂添加不足。正常生产过程中维持正常的添加，对长时间未生产的槽液生产前的进行分析调整。

　　3、槽液严重污染，长时间使用未进行保养处理，槽液污染严重，加药人员加错药或异常引入其他污染。

　　2.4 孔铜断裂缺陷模式四：板材异常

　　缺陷模式特点：孔铜厚度正常，金像切片分析断口位置宽度较大（图5），板材在受热时膨胀变形较大，导致孔铜被被拉裂，并且板材膨胀变形后未完全复原导致该断裂位置的存在较大的断口，进一步测试板材Z轴膨胀系数（图6、图7），测试结果显示Z-CTE异常。

缺陷模式四的原因分析：

　　1、板材本身不良、在受热时Z-CTE膨胀过大，超过标准导致孔铜出现断裂现象。铜在50-260度的温度范围内和板材涨的百分比的不同：铜是0.36%（铜的涨缩系数是17.5PPM)，而板材是5.5%，差别有15.3倍之多。

　　2、板材存放时间过长或存放环境的温湿度控制不当，导致板材吸湿受潮，导致板材Z-CTE超标。

　　3  小结

　　孔铜断裂一般发生在下游SMT客户端贴片后，线路板厂家常规的电测试手段很难检测出，金像切片能发现模式一、模式二的特点、甚至模式三在严重时也能发现，对于模式四，切片是没有办法发现的，并且破坏性测试如切片通常只是针对单一的线路板样品，因此依靠切片来检测预防是不可靠的。产生孔铜断裂的原因是多方面的，良好的电镀铜品质和满足要求的孔铜厚度只是保证线路板不发生孔铜断裂的前提之一，预防孔铜断裂需要从板材选择、设备检查保养、人员的操作等多方着手。