Via-in-Pad ist auf HDI-Leiterplatten heute Standard. Ein Via in einer Bauteilfläche muss gefüllt, gehärtet und planarisiert werden, bevor die Fläche galvanisiert und gelötet werden kann. Enthält das Harz einen Hohlraum, kann die Fläche flach aussehen und im Reflow dennoch kollabieren, Lot in das Loch saugen oder nach Temperaturwechseln reißen.
Hohlräume in gefüllten Vias sind ein Problem der Prozessfähigkeit, nicht der Optik. Dieser Artikel zeigt, wie sie entstehen, wie sie gemessen werden, was in die Spezifikation gehört und wo Röntgen nicht mehr ausreicht.
Was ein gefülltes Via ist
Ein gefülltes Via ist ein Durchgangs-, Sackloch- oder vergrabenes Via, das mit Harz gefüllt und bei Via-in-Pad meist mit Kupfer gekappt wird. IPC-4761 beschreibt mehrere Schutztypen:
- Typ II: Via mit Harz verstopft, nicht abgedeckt.
- Typ V: Via gefüllt, nicht abgedeckt.
- Typ VI: Via gefüllt und abgedeckt.
- Typ VII: Via gefüllt und gekappt, Kappe galvanisiert und für das Löten planarisiert.
Via-in-Pad verlangt normalerweise Typ VII. Der Unterschied zählt, weil eine Typ-V-Füllung eine Mulde hinterlassen kann, die Flussmittel fängt, während eine Typ-VII-Kappe flach genug für einen Pastenauftrag sein muss.
Warum Hohlräume entstehen
1. Harzviskosität und Entlüftung
Füllharz ist ein gefülltes Epoxid. Setzt sich der Füllstoff ab oder wird das Harz vor Gebrauch nicht entlüftet, bleibt Luft in der Spritze oder im Gebinde und landet im Via. Zu hohe Viskosität verhindert, dass das Harz den Grund eines kleinen Lochs erreicht.
2. Füllmethode und Druck
Siebdruck, Schablone und Rolle drücken das Harz unterschiedlich. Ein Durchgang von einer Seite lässt am gegenüberliegenden Ende oft einen Hohlraum. Vakuumunterstütztes Füllen entfernt die Luft vor dem Harz und ist bei hohen Aspektverhältnissen üblich.
3. Lochgeometrie und Wandqualität
Eine raue Wand, eine Stufe im Barrel oder eine Bohrtasche geben dem Harz eine Stelle, die es überbrückt statt füllt. Der Hohlraum liegt dann an der Wand, wo Temperaturwechsel die Spannung bündeln.
4. Schwund beim Härten
Epoxid schrumpft beim Aushärten. Eine schnelle Härtung kann das Harz von der Wand wegziehen oder eine Mulde an der Oberfläche hinterlassen. Das Härteprofil muss für die konkrete Harzdicke qualifiziert werden, nicht von einer anderen Leiterplatte übernommen.
5. Planarisieren und Kappen
Schleifen oder Plasmapolanarisieren kann einen Hohlraum direkt unter der Oberfläche öffnen. Wird die Kupferkappe darüber galvanisiert, bleibt der Hohlraum bis zum Reflow oder Querschliff verborgen. Kappendicke und Ebenheit gehören in dieselbe Spezifikation wie der Hohlraumgrenzwert.
Wie Hohlräume gemessen werden
Röntgen ist schnell und für einen ersten Blick auf große Hohlräume und Füllabdeckung nützlich. Als alleinige Abnahmeprüfung reicht es nicht:
- Es projiziert den gesamten Barrel, sodass kleine wandnahe Hohlräume von Kupfer darüber und darunter verdeckt werden können.
- Es kann Kappendicke und Harzrückzug nicht messen.
- Es kann die Wandhaftung nicht bestätigen.
Röntgen dient dem Screening, der Querschliff der Abnahme. Schleifen Sie Vias mit dem höchsten Aspektverhältnis, dem kleinsten Bohrer und am Nutzenrand. Messen Sie die Hohlraumfläche als Prozent des Via-Querschnitts, notieren Sie die Lage (Mitte oder Wand) und erfassen Sie die Kupferkappendicke an derselben Stelle.
Abnahmekriterien
Die folgenden Werte sind ein Ausgangspunkt für eine Einkaufsspezifikation. Sie müssen mit dem Fertiger abgestimmt und an den IPC-4761-Typ und die Anwendung gebunden werden.
| Merkmal | Empfohlener Grenzwert | Verfahren |
|---|---|---|
| Hohlraumfläche im gefüllten Via | ≤ 5 % des Via-Querschnitts | Querschnitt |
| Hohlraum an der Viawand | Nicht zulässig | Querschnitt |
| Muldentiefe nach dem Planarisieren | ≤ 25 µm | Querschliff oder optisch |
| Kupferkappendicke | Laut Zeichnung, typisch ≥ 25 µm | Querschnitt |
| Harzrückzug | Kein Spalt zwischen Harz und Wand | Querschnitt |
| Delaminierung nach Thermoschock | Keiner | Thermoschock + Querschliff |
Zwei Regeln machen diese Grenzwerte nutzbar. Erstens: festlegen, wie viele Vias wo geschliffen werden. Zweitens: festlegen, was bei einem Hohlraum passiert – Nacharbeit, Ausschuss oder Konzession. Ohne diese zwei Regeln ist der Grenzwert nur eine Zahl auf einer Zeichnung.
Wichtige Prozesskontrollen
- Harz nach Vorgabe von Topfzeit und Viskositätsdaten des Lieferanten entlüften und lagern.
- Bei Vias über dem vereinbarten Aspektverhältnis vakuumunterstützt füllen.
- Das Härteprofil am tatsächlichen Harzvolumen und der Leiterplattendicke qualifizieren.
- Bohrqualität kontrollieren: eine verschmierte oder gestufte Wand erzeugt unabhängig vom Harz Hohlräume.
- Kappendicke und Muldentiefe am Erstmuster und bei jedem Harzchargenwechsel messen.
- Querschliffbilder mit dem Chargenprotokoll archivieren.
Was Sie beim Lieferanten fragen sollten
- Welchen IPC-4761-Typ verwenden Sie für Via-in-Pad, und wie wird er geprüft?
- Wie hoch ist der Hohlraumgrenzwert, und wie viele Vias werden pro Nutzen geschliffen?
- Ist das Füllen vakuumunterstützt, und wie hoch ist die Aspektverhältnisgrenze?
- Wie wird das Härteprofil qualifiziert, wenn Harzcharge oder Leiterplattendicke wechseln?
- Was passiert mit dem Nutzen, wenn ein Hohlraum gefunden wird?
FAQ
Ist ein Hohlraum im Röntgen sichtbar?
Große Hohlräume ja. Kleine wandnahe Hohlräume und dünne Kappen erfordern meist einen Querschliff.
Sind 5 % Hohlraum zulässig?
Das hängt von der Via-Funktion, dem IPC-4761-Typ und der Kundenorm ab. Ein wandnaher Hohlraum wird strenger bewertet als ein mittiger. Grenzwert und Messmethode gehören beide in die Zeichnung.
Führt ein Hohlraum immer zu einem Feldausfall?
Nein, aber er kostet Reserve. Unter Temperaturwechseln oder im Reflow kann ein Hohlraum zu einem Riss wachsen oder Lot in den Barrel saugen.
Lassen sich gefüllte Vias nacharbeiten?
Nacharbeit ist begrenzt und bedeutet meist Ausbohren und erneutes Füllen vor der Endgalvanik. Nach dem Kappen bedeutet ein defektes Via in der Regel Ausschuss.
Was Sie für eine DFM-Prüfung senden
- Schichtaufbau mit Via-Typen und IPC-4761-Angaben
- Via-Tabelle mit Bohrdurchmesser, Aspektverhältnis und Via-in-Pad-Positionen
- Anforderungen an Kupferkappe und Oberflächenbeschichtung
- Temperaturwechsel- oder Reflowprofil
- Abnahmenorm und Stichprobenplan
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Geprüft vom Prozessteam von Benchuang.
