Interconnect Defects: Debris-getriebene und Copper Bond Failures erklärt

Ein Anliegen bei Leiterplatten: Interconnect Defects (ICDs). Was genau sind ICDs, und was können Sie tun? Hier Basiswissen zu diesem lästigen Problem.

Was sind Interconnect Defects (ICDs)?

Ein Interconnect Defect ist ein PCB-Problem, das zu Schaltungsausfall führen kann. Interne Verbindungen in PCBs – typischerweise Vias – wo Hersteller durch Inner-Layer-Circuit bohrt. Bei PCB-Verarbeitung: Kupfer in gebohrtes Loch → verbindet Inner-Layer-Circuits miteinander und mit PCB-Oberfläche. Ermöglicht: Steckverbinder/Komponenten auf Board-Oberfläche, Circuit-Verbindung zwischen Lagen.

Probleme bei fehlerhafter PCB-Fertigung: Defekt nahe Plating und Inner-Layer-Kupfer. Ergebnis: Open Circuits oder intermittierende Defekte bei höheren Temperaturen. ICD kann Circuit letztlich zum Versagen bringen.

Herausforderung: Anomalie beim PCB-Bau oft nicht detektierbar. Board funktioniert im Test, zeigt Probleme erst bei Bestückung/Nutzung – kann ernsthaften Systemschaden verursachen.

ICDs werden zunehmend größeres Anliegen bei PCB-Herstellern/Lieferanten – schwer zu detektieren, bis zu spät. Thema häufte sich in letzten Jahren.

Zwei Haupt-ICD-Typen: Debris-based ICDs und Copper Bond Failure ICDs. Jeder mit eigenen Concerns und Troubleshooting-Ansätzen.

Debris-Based ICDs

Debris-based ICDs: Bohrloch-Debris gelangt in Interconnection Hole. Annahme: Hersteller räumt Debris nach Bohren auf – passiert nicht immer. Bohrrückstände, Drill Smear, anorganische Filler, Glasfaser werden übersehen. Einbetten in Inner-Layer-Kupferoberfläche → ICD.

Warum, obwohl Hersteller Debris-Probleme kennen? Mehr Hersteller nutzen Low DK/Low DF Materialien mit anorganischen Filler-Typen. Kosteneffektiv, aber mehr Debris beim Bohren, oft chemisch resistenter vs. Standard FR-4 Epoxy. Mehr Debris, resistenter gegen Reinigung → wahrscheinlicher Rückstand → Defekt.

Copper Bond Failure ICDs

Bei Copper Bond Failure ICD: Hoher Stress bei Bestückung oder PCB-Nutzung + schwache Kupferbindung → physische Ablösung der Kupferverbindung. Je schwächer Bindung, desto weniger Stress zum Brechen. Auf HDI Microvias und Standard-PCBs zu finden.

Warum steigende Rate? Mehr Hersteller nutzen höhere bleifreie Löttemperaturen und dickere PCBs. Größere Lochgrößen, dickere PCBs, Wellenlöten → identifizierbare Faktoren für Copper Bond Failure ICDs.

Copper Bond Failure ICD: Kupferverbindung bricht. Ursache: High Stress bei Assembly/Use, schwache Kupferbindung oder Kombination. Failure Mode = Design-related. Erhöhte Lochgröße, PCB-Dicke, Wellenlöten → erhöhtes Risiko. Höhere Rate in letzten 10 Jahren durch Board-Dicke und höhere bleifreie Löttemperaturen.

Reliability Testing: Copper Bond Failure ICDs signifikantes Issue. Debris-based ICDs in Reliability-Studien nicht signifikant, aber kostspielig – alle PCB-Nutzer sollten beachten.

Was verursacht Layer Separation?

ICDs zwei Hauptursachen: Copper Bond Failure und Exzess Debris. Experten kategorisieren ICDs nach Ursache – hier Kategorisierung nach Defektlocation. Für Ursachen-Kategorien: nächsten Abschnitt. Fokus auf zwei Hauptursachen:

• Debris-based ICDs: Bohr-Debris in Interconnection Hole. Drill Smear, Glas/Anorganik-Filler Partikel bauen auf. Reinigung = Standardprozess, aber manchmal nicht korrekt/übersehen. Debris verursacht ICDs oft in Low-Loss-Materialien mit anorganischen Fillern.
• Copper Bond Failure ICDs: Keine Debris-Blockade. Inner Copper Layer verbindet nicht oder bricht. Hoher Stress auf Bond oder Bond nicht stark genug. Dickere PCBs, größere Löcher → erhöhtes Risiko. Hersteller sehen häufiger in letzten Jahren durch Tech-Änderungen (Board-Dicke). Mit PCB-Design-Fortschritt hoffentlich seltener.

Faktoren: Hoher Harzgehalt, niedriger Kupferanteil, Materialien mit niedrigerer Temperaturbeständigkeit → erhöhtes ICD-Risiko. Unterausgehärtete Boards extrem vulnerabel für Layer Separation.

Trennungsarten (nach Lage im PCB)

• Type I: Inner Layer Copper / Electroless Copper Interface
• Type II: Electroless Copper / Electrolytic Copper Interface
• Type III: Innerhalb Electroless Copper Layer

Type I & III: meist schlechte Controls im Electroless Copper Process (Copper Bond Failure). Type II: Kontamination (Debris-based). ICD-Lage bestimmen: Microsectioning + Surface Etching für Cross-Section. Type III erfordert präzises Testing – ICD-Testing genau beachten.

Interconnect Defects Troubleshooting Tipps

Wie bei meisten PCB-Issues: Vermeidung = solides PCB-Design. Reliable Design + konsistente, durchdachte Fertigungsprozesse → defect-free Boards. Drill Bit Heating, anorganische Filler → Debris-based ICDs vermeidbar. Richtige Materialien, aggressiveres Desmearing → signifikant weniger Debris-based ICDs.

Bei potentiellen Copper Bond Failure ICDs: Inner-Layer Copper Surface reinigen für starke Bond-Formation. Richtige Dicke und Kornstruktur Electroless Copper Deposit für nötige Stärke → Vermeidung.

Zusätzlich: Lochgröße und Board-Dicke kontrollieren → ICDs reduzieren. Effektive Lösung: Gelötete Through-Hole Connectoren eliminieren.

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