互连缺陷——基于碎片和铜键失效

您可能对电路板的担忧之一是互连缺陷或 ICD。究竟什么是互连缺陷，你能做些什么呢？这是您需要了解的有关此麻烦问题的基本信息。

什么是互连缺陷 (ICD)？

互连缺陷是印刷电路板中可能导致电路故障的问题。印刷电路板中有内部连接，通常称为通孔，制造商在其中钻穿内层电路。制造商在加工 PCB 时，会将铜放入钻孔中，以将内层电路相互连接并连接到印刷电路板的表面。这允许您将连接器或组件放置到电路板表面，并允许电路在层之间连接。

当制造商未能正确制造 PCB 设计时，可能会出现问题，从而在镀层和内层铜附近产生缺陷。这些互连缺陷的结果可能是开路，或者可能是较高温度下的间歇性缺陷。因此，互连缺陷可能导致电路最终失效。

印刷电路板互连缺陷的挑战之一是您可能无法在构建 PCB 时检测到异常。该板在测试期间可能工作正常，但在组装或使用过程中会出现问题，而这实际上会对您的系统造成严重损坏。

互连缺陷正成为 PCB 制造商和供应商日益关注的问题，因为它们很难被发现，直到为时已晚。近年来，这个问题越来越多。

互连缺陷有两种主要类型：基于碎片的 ICD 和铜键失效 ICDS。每个人都有自己的顾虑和解决问题的方法。

基于碎片的 ICD

当钻孔过程中的碎屑进入互连孔时，就会出现基于碎屑的 ICD。有人推测，作为制造过程的一部分，制造商会在电路板上钻孔后清除所有碎屑，但这并不总是发生。有时会忽略钻屑残留物、钻屑、无机填料或玻璃纤维。然后它们将自己嵌入到内层铜表面，这可能会导致互连缺陷。

鉴于所有 PCB 制造商都应该意识到在电路板上钻孔时留下碎屑的问题，为什么会出现基于碎屑的 ICD？这可能是因为更多的制造商正在使用低 DK/低 DF 材料，这些材料使用无机填料类型。虽然这些材料在某些方面可能更具成本效益，但与标准 FR-4 环氧树脂材料相比，它们在钻孔时会产生更多碎屑，并且通常更耐化学腐蚀。更多难以清洁的碎屑自然意味着更容易留下碎屑，从而导致缺陷。

铜键失效ICD

在铜结合失效的 ICD 中，装配过程或 PCB 使用期间的高应力，连同弱铜结合，会导致铜连接物理断开。自然，铜键越弱，破坏它所需的应力就越小。您可能会在 HDI 微孔以及标准印刷电路板上发现铜键失效 ICD。

为什么铜键失效互连缺陷率增加？在现代，越来越多的制造商使用更高的无铅焊接温度和更厚的印刷电路板。较大的孔尺寸、较厚的印刷电路板和波峰焊都是导致 ICD 铜焊失败的可识别因素。

当铜连接断开时，会发生铜结合故障 ICD。这是由组装或使用过程中的高应力、铜结合力较弱或两者兼而有之造成的。这种失效模式与设计有关。增加的孔尺寸、PCB 厚度和波峰焊都会增加铜键 ICD 的风险。这种ICD类型的比率较高，这与过去10年电路板厚度增加和无铅焊接温度升高有关。

可靠性测试发现，铜键合失效 ICD 是一个重大问题。基于碎片的 ICD 在可靠性研究中没有显示出重要意义，但它们仍然是一个代价高昂的问题，是所有印刷电路板用户都应该注意的问题。

层分离的原因是什么？

ICD 有两个常见的原因：铜键合失败和过多的碎屑。虽然一些专家根据其原因对 ICD 进行分类，但出于本文的目的，我们将使用基于缺陷位置的类型。要了解有关这些类别的更多信息，请跳至下一部分。目前，我们将重点关注 ICD 的两个主要原因：

• 基于碎片的 ICD： 在钻孔过程中，碎屑会进入互连孔。来自玻璃和无机填料的钻屑和颗粒也会在这些孔中积聚。清除这些物质是制造过程的标准部分，但有时此步骤未正确完成或被忽视。碎屑最常导致含有无机填料的低损耗材料中的 ICD。
• 铜键失效 ICD： 在其他情况下，ICD 并非来自碎片堵塞。相反，内部铜层无法连接或断开。当债券承受高压力或没有足够强的债券时，就会发生这种情况。较厚的 PCB 和较大的孔会增加 ICD 发生铜键合故障的风险。由于电路板厚度等技术的变化，制造商近年来更频繁地看到这种类型的 ICD。随着 PCB 设计的进步，我们有望减少此类故障的发生。

树脂含量高、铜含量低以及使用耐温性较低的材料等因素都会增加 ICD 的风险。固化不足的电路板也极易发生层分离。

分离类型

当按 PCB 中的位置分类时，ICD 可分为以下三类之一：

• 第一类： 发生在内层铜与化学镀铜界面
• 第二类： 发现于化学镀铜和电解铜界面
• 第三类： 位于化学镀铜层内

I 型和 III 型 ICD 通常是由于化学镀铜工艺过程中控制不佳（铜键失效）而发生的，而 II 型 ICD 则是由于污染（基于碎片）而发生的。为了确定 ICD 的位置，制造商使用显微切片技术和表面蚀刻来获得易于查看的电路板横截面。 III型ICD需要精密检测才能检测出来，所以要密切关注ICD检测。

印刷电路板互连缺陷故障排除提示

与大多数印刷电路板问题一样，避免 ICD 问题归结为可靠的 PCB 设计。可靠的设计和一致、周到的制造工艺可以大大有助于制造无缺陷的电路板。钻头加热和无机填充材料的使用是导致您可以避免的基于碎屑的 ICD 的因素。使用正确的材料并在去污过程中更加积极有助于显着减少基于碎片的互连缺陷。

当涉及到潜在的铜结合失效 ICD 时，清洁内层铜表面以形成牢固的结合至关重要。确保化学镀铜沉积层的厚度和晶粒结构正确，因此具有必要的强度，这也是避免 ICD 铜键合失效的好方法。

除此之外，控制孔尺寸和电路板厚度有助于降低互连缺陷。一种有效的解决方案是去掉焊接的通孔连接器。

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