Verbindungsdefekte – Debris-based und Copper Bond Failure

Eine Sorge, die Sie möglicherweise in Bezug auf Ihre Leiterplatten haben, betrifft Verbindungsfehler oder ICDs. Was genau sind Verbindungsfehler und was können Sie dagegen tun? Hier sind die grundlegenden Informationen, die Sie bezüglich dieses problematischen Problems wissen müssen.

Was sind Verbindungsfehler (ICDs)?

Ein Verbindungsdefekt ist ein Problem auf Ihrer Leiterplatte, das zu einem Ausfall der Schaltung führen kann. In Ihrer Leiterplatte befinden sich interne Verbindungen, die normalerweise als Durchkontaktierungen bezeichnet werden und bei denen der Hersteller durch die Schaltung der inneren Schicht bohrt. Wenn der Hersteller die Leiterplatte bearbeitet, bringt er Kupfer in das gebohrte Loch, um die Schaltkreise der inneren Schicht miteinander und mit der Oberfläche der Leiterplatte zu verbinden. Auf diese Weise können Sie Anschlüsse oder Komponenten auf der Oberfläche der Platine platzieren und die Schaltung zwischen den Schichten verbinden.

Probleme können auftreten, wenn der Hersteller das PCB-Design nicht ordnungsgemäß herstellt, wodurch ein Defekt in der Nähe der Beschichtung und des Kupfers der Innenschicht entsteht. Das Ergebnis dieser Verbindungsdefekte können Unterbrechungen oder möglicherweise intermittierende Defekte bei höheren Temperaturen sein. Daher kann ein Verbindungsdefekt dazu führen, dass die Schaltung letztendlich ausfällt.

Eine der Herausforderungen bei Verbindungsfehlern in Leiterplatten besteht darin, dass Sie die Anomalie möglicherweise nicht erkennen können, während Sie die Leiterplatte bauen. Das Board kann während des Testens gut funktionieren, zeigt dann aber Probleme während der Montage oder Verwendung, wenn es Ihrem System tatsächlich ernsthaften Schaden zufügen kann.

Verbindungsdefekte werden zu einem Problem mit zunehmend größerer Besorgnis bei Leiterplattenherstellern und -lieferanten, da sie schwer zu erkennen sind, bis es zu spät ist. Dieses Problem ist in den letzten Jahren immer häufiger aufgetreten.

Es gibt zwei Haupttypen von Verbindungsdefekten:Debris-basierte ICDs und Kupferbondfehler-ICDS. Jeder bringt seine eigenen Bedenken und Ansätze zur Fehlerbehebung mit.

Debris-basierte ICDs

Debris-basierte ICDs treten auf, wenn Debris aus dem Lochbohrprozess in das Verbindungsloch gelangt. Man geht davon aus, dass der Hersteller als Teil des Herstellungsprozesses nach dem Bohren eines Lochs in die Leiterplatte alle Ablagerungen entfernt, aber dies geschieht nicht immer. Manchmal werden Bohrrückstände, Bohrschlieren, anorganische Füllstoffe oder Glasfasern übersehen. Sie betten sich dann in die Kupferoberfläche der Innenschicht ein, was zu einem Verbindungsdefekt führen kann.

Warum kommt es zu schuttbasierten ICDs, wenn man bedenkt, dass sich alle Leiterplattenhersteller der Probleme bewusst sein sollten, die mit dem Zurückbleiben von Schmutz beim Bohren eines Lochs in der Leiterplatte verbunden sind? Dies kann daran liegen, dass immer mehr Hersteller Materialien mit niedrigem DK/niedrigem DF verwenden, die anorganische Füllstofftypen verwenden. Obwohl diese Materialien in gewisser Weise kostengünstiger sein können, können sie beim Bohren mehr Schmutz erzeugen und sind im Gegensatz zu den standardmäßigen FR-4-Epoxidmaterialien oft chemisch beständiger. Mehr Schmutz, der den Reinigungsbemühungen widersteht, bedeutet natürlich, dass Schmutz wahrscheinlicher zurückbleibt und zu einem Defekt führt.

ICDs für Kupferbondbruch

Bei einem Kupferbondfehler-ICD führt eine hohe Belastung während des Bestückungsprozesses oder während der Verwendung der Leiterplatte in Verbindung mit einer schwachen Kupferverbindung dazu, dass die Kupferverbindung physisch abbricht. Je schwächer die Kupferbindung ist, desto weniger Spannung ist natürlich erforderlich, um sie zu brechen. Auf HDI-Microvias sowie auf Standard-Leiterplatten finden Sie ICDs mit Kupferkontaktbruch.

Warum steigt die Rate von Kupferbondfehlern bei Verbindungsfehlern? In der Neuzeit verwenden immer mehr Hersteller höhere bleifreie Löttemperaturen und dickere Leiterplatten. Größere Lochgrößen, dickere Leiterplatten und Wellenlöten sind alles erkennbare Faktoren, die zu einem Versagen der Kupferverbindung bei ICDs führen können.

Kupferverbindungsfehler ICDs treten auf, wenn die Kupferverbindung unterbrochen wird. Dies wird durch hohe Belastung während der Montage oder Verwendung, eine schwache Kupferverbindung oder eine Kombination davon verursacht. Dieser Ausfallmodus ist konstruktionsbedingt. Erhöhte Lochgröße, Leiterplattendicke und Wellenlöten erhöhen tendenziell das Risiko von Kupferbond-ICDs. Es gibt eine höhere Rate dieses ICD-Typs, was mit einer größeren Platinendicke und höheren bleifreien Löttemperaturen in den letzten 10 Jahren zusammenhängt.

Zuverlässigkeitstests haben ergeben, dass ICDs mit Kupferverbindungsfehlern ein erhebliches Problem darstellen. Debris-basierte ICDs haben in Studien keine Bedeutung in Bezug auf die Zuverlässigkeit gezeigt, aber sie können immer noch ein kostspieliges Problem sein, auf das alle Benutzer von Leiterplatten achten sollten.

Was verursacht Schichttrennung?

ICDs haben zwei häufige Ursachen:Versagen der Kupferverbindung und übermäßige Trümmer. Während einige Experten ICDs nach ihrer Ursache kategorisieren, verwenden wir für die Zwecke dieses Artikels die Typen, die auf dem Defektort basieren. Um mehr über diese Kategorien zu erfahren, fahren Sie mit dem nächsten Abschnitt fort. Im Moment konzentrieren wir uns auf die zwei Hauptursachen von ICDs:

• Debris-basierte ICDs: Während des Bohrvorgangs können Trümmer in das Verbindungsloch gelangen. Bohrschmiere und Partikel von Glas und anorganischen Füllstoffen können sich auch in diesen Löchern ansammeln. Das Entfernen dieser Substanzen ist ein Standardbestandteil des Herstellungsprozesses, aber manchmal wird dieser Schritt nicht richtig durchgeführt oder übersehen. Ablagerungen verursachen am häufigsten ICDs in verlustarmen Materialien mit anorganischen Füllstoffen.
• ICDs für das Versagen von Kupferverbindungen: In anderen Fällen kommt der ICD nicht von einer Trümmerblockade. Stattdessen verbindet sich die innere Kupferschicht nicht oder bricht. Dies kann passieren, wenn die Bindung stark beansprucht wird oder nicht stark genug ist. Dickere Leiterplatten und größere Löcher erhöhen das Risiko, dass ICDs mit Kupferbondfehlern auftreten. Hersteller haben diese Art von ICD in den letzten Jahren aufgrund von Änderungen in der Technologie, wie z. B. der Plattendicke, häufiger gesehen. Mit fortschreitendem PCB-Design werden wir diese Art von Fehlern hoffentlich seltener sehen.

Faktoren wie hohe Harzanteile, geringere Kupfermengen und die Verwendung von Materialien mit geringerer Temperaturbeständigkeit erhöhen das ICD-Risiko. Unzureichend ausgehärtete Platten sind auch unglaublich anfällig für Schichttrennung.

Arten der Trennung

Bei der Kategorisierung nach Position auf der Leiterplatte können ICDs in eine von drei Kategorien fallen:

• Typ I: Tritt an der Grenzfläche zwischen Innenschichtkupfer und stromlosem Kupfer auf
• Typ II: Gefunden an der Schnittstelle von stromlosem Kupfer und elektrolytischem Kupfer
• Typ III: Befindet sich innerhalb der stromlosen Kupferschicht

Typ-I- und Typ-III-ICDs entstehen normalerweise aufgrund schlechter Kontrollen während des stromlosen Kupferprozesses (Versagen der Kupferverbindung), während Typ-II-ICDs aufgrund von Kontamination (auf Trümmerbasis) entstehen. Um die Position des ICD zu bestimmen, verwenden Hersteller Mikroschnitttechniken und Oberflächenätzen, um einen leicht sichtbaren Querschnitt der Platine zu erhalten. ICDs vom Typ III erfordern genaue Tests, um erkannt zu werden, daher ist es wichtig, den ICD-Tests große Aufmerksamkeit zu widmen.

Tipps zur Fehlerbehebung bei Verbindungsfehlern in Leiterplatten

Wie bei den meisten Problemen mit Leiterplatten hängt die Vermeidung von ICD-Problemen von einem soliden PCB-Design ab. Ein zuverlässiges Design und konsistente, durchdachte Herstellungsprozesse können einen großen Beitrag zur Herstellung fehlerfreier Leiterplatten leisten. Die Erwärmung des Bohrers und die Verwendung von anorganischen Füllmaterialien sind Faktoren, die zu ICDs auf Debrisbasis führen, die Sie vermeiden können. Die Verwendung der richtigen Materialien und ein aggressiverer Entschmierungsprozess können dazu beitragen, das Auftreten von Verbindungsdefekten auf der Grundlage von Ablagerungen erheblich zu reduzieren.

Wenn es um ICDs mit möglichen Kupferbindungsfehlern geht, ist die Reinigung der Kupferoberfläche der Innenschicht, damit sich eine starke Bindung bilden kann, von entscheidender Bedeutung. Stellen Sie sicher, dass Sie die richtige Dicke und Kornstruktur für die stromlose Kupferabscheidung haben, damit Sie die nötige Festigkeit haben, ist auch eine gute Möglichkeit, ICDs mit Kupferbindungsfehlern zu vermeiden.

Darüber hinaus kann die Kontrolle der Lochgröße und Platinendicke dazu beitragen, Verbindungsdefekte gering zu halten. Eine effektive Lösung kann darin bestehen, Ihre gelöteten Durchsteckverbinder loszuwerden.

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