Wie dick ist das Kupfer in der Bohrungshülse? Ist jede Innenlage tatsächlich an die Hülse angebunden? Gibt es nach dem Verpressen Lunker im Dielektrikum? Elektrischer Test und Sichtprüfung beantworten diese Fragen nicht. Dazu muss die Bohrung längs aufgeschnitten, geschliffen, poliert und unter dem Auflichtmikroskop betrachtet werden. Das ist der Querschliff, im Englischen Microsection.
Seine Grenzen sind ebenso klar. Der Schliff ist zerstörend, und jeder zeigt nur die eine geschnittene Ebene. Ein gutes Schliffbild belegt, dass diese Bohrungen in dieser Ebene in Ordnung sind. Bevor man das Ergebnis liest, muss man wissen, wo geschnitten wurde und was die Probe enthält.
Was ein Schliff zeigt und was nicht
| Bereich | Der Schliff zeigt | Der Schliff zeigt nicht |
|---|---|---|
| Hülsenkupfer | Kupferdicke in der Hülse (Minimum und Mittelwert), Galvanikfehlstellen, Knospen, Falten | Durchgang aller Bohrungen der Platine |
| Anbindung Hülse–Innenlage | Innenlagenablösung (ICD), Bohrschmierreste, Rückätzung oder negative Rückätzung | Nicht geschliffene Bohrungen |
| Oberflächenkupfer | Durchgängigkeit des Wrap-Kupfers, Gesamtdicke | Unterbrechungen und Kurzschlüsse im Leiterbild |
| Verpressung | Lunker, Delamination, Harzrückzug (nach Thermostress), Dielektrikumsdicke | Den Impedanzwert selbst (dazu TDR) |
| Registrierung | Restring der Innenlagen, Lagenversatz | Kontur- und Bohrpositionstoleranz |
| Blind- und Mikrovias | Anbindung des Mikrovia-Bodens an das Zielpad, Einsenkung der Füllung | Mikrovias an anderen Stellen des Loses |
Auch die Qualität der Bohrungswand (Rauheit, Nagelkopfbildung) ist im Schliff sichtbar. Die Prüfungen nach dem Bohren beschreibt Prüfung der Bohrungsqualität.
So entsteht ein Querschliff
Die Präparation folgt IPC-TM-650 2.1.1, grob in fünf Schritten:
- Probennahme: Ein Stück mit den Zielbohrungen aus Coupon oder Platine heraustrennen, mit genug Abstand, damit Schnittwärme und Spannung den Prüfbereich nicht schädigen.
- Einbetten: Die Probe in Harz einbetten, meist unter Vakuum, damit das Harz die Bohrungen füllt und das Hülsenkupfer beim Schleifen nicht verschmiert.
- Schleifen: Mit immer feinerer Körnung schleifen, bis die Ebene die Bohrungsmitte erreicht.
- Polieren: Schleifriefen entfernen, die sonst als Risse gelesen werden könnten.
- Mikroätzen: Bei Bedarf leicht anätzen, damit Grenzflächen und Gefüge sichtbar werden und sich chemisch Kupfer, galvanisches Kupfer und Innenlagenfolie unterscheiden lassen.
Erst die Bohrungsmitte macht die Messwerte gültig. Verfehlt die Schliffebene die Mitte, schneidet sie die Hülse schräg: Das Kupfer wirkt dicker, die Bohrung kleiner. Das ist beim Lesen jedes Schliffberichts zuerst zu prüfen.
Was man im Schliffbericht liest
Bericht oder Bild in dieser Reihenfolge prüfen:
- Hülsenkupfer: Der Bericht sollte das Minimum nennen, nicht nur den Mittelwert. Die Dicke unterscheidet sich zwischen Bohrungsmitte und Bohrungsknie; bei hohem Aspektverhältnis ist die Mitte meist am dünnsten. Siehe Bohren und Galvanik bei hoher Lagenzahl.
- Fehlstellen in der Galvanik: Anzahl, Lage und ob sie die Schicht durchdringen. Keilförmige Fehlstellen sitzen oft am Übergang von Hülse zu Innenlagenkupfer.
- Innenlagenanbindung: Auf eine Trennlinie zwischen jedem Innenlagenpad und der Hülse achten. Eine ICD kann bei Raumtemperatur noch leiten und den E-Test bestehen; sie öffnet erst unter Wärme.
- Wrap-Kupfer: Durchgängige Umhüllung des Oberflächenkupfers in die Hülse am Bohrungsknie.
- Dielektrikum und Verpressung: Kritische Lagenabstände messen, auf Lunker und Delamination prüfen.
- Schliffebene: Beide Hülsenwände symmetrisch, Durchmesser nahe am Bohrdurchmesser; damit ist die Mitte erreicht.
Abgenommen wird nach den Klauseln der IPC-6012 für die vorgegebene Klasse (Class 2 oder Class 3), mit IPC-A-600 als Bildreferenz. Die Klassen unterscheiden sich bei Mindest-Hülsenkupfer, Anzahl und Lage von Fehlstellen und Rückätzung. Deshalb gehört die Klasse in die Bestellung, nicht nur der Satz „Schliff erforderlich".
Coupon oder Serienplatine als Probe
| Probe | Vorteile | Grenzen |
|---|---|---|
| Testcoupon (am Nutzenrand) | Keine Lieferplatine wird zerstört; zusammen mit den Platinen verpresst, gebohrt und galvanisiert; Bohrungsgrößen und Lagenaufbau frei gestaltbar | Liegt am Nutzenrand, wo die Kupferverteilung anders sein kann als in der Platinenmitte; steht nur für die darauf vorgesehenen Bohrungen |
| Serienplatine | Zeigt die tatsächlichen Bohrungen im Produkt | Zerstört eine Lieferplatine; zeigt nur die gewählten Stellen |
Coupon-Strukturen können den Testmustern im Anhang der IPC-2221 folgen. Zwei Punkte gehören in die Designvorgaben: Der Coupon muss die kleinste Bohrung und das höchste Aspektverhältnis der Platine enthalten, und bei Blind-, Buried-Vias oder Backdrill auch diese Strukturen. Sonst sagt ein gutes Coupon-Ergebnis über sie nichts aus.
Schliffe an Serienplatinen dienen meist der Erstmusterprüfung, der Fehleranalyse oder Stellen, die ein Coupon nicht abbildet, etwa Via-in-Pad unter einem BGA.
Vor und nach Thermostress
Ein Schliff im Lieferzustand verbirgt manche Fehler. IPC-TM-650 2.6.8 beschreibt den Thermostresstest für durchkontaktierte Bohrungen: Die Probe wird getrocknet, auf flüssigem Lot geschwemmt und anschließend geschliffen. Der Vergleich vor und nach dem Stress zeigt:
- ob das Hülsenkupfer unter der Z-Ausdehnung reißt, besonders in der Bohrungsmitte und am Knie;
- ob sich Innenlagenanbindungen lösen;
- ob im Dielektrikum Delamination, Blasen oder Harzrückzug auftreten.
Harzrückzug (Resin Recession) erscheint nach dem Stress zwischen Hülse und Dielektrikum und ist von echter Delamination zu unterscheiden. Wie die Z-Ausdehnung des Basismaterials die Hülse belastet, erklärt High-Tg-FR-4: Tg, Td und Z-Achsen-CTE.
Wann der Schliff in die Bestellung gehört
Schliffanforderungen in Bestellung oder Zeichnung festlegen, wenn:
- IPC-6012 Class 3 gilt oder hohe Langzeitzuverlässigkeit gefordert ist;
- die Platine Bohrungen mit hohem Aspektverhältnis, große Dicke oder viele Lagen hat;
- ein HDI-Aufbau mit Blind-, Buried- oder gestapelten Vias oder Backdrill vorliegt;
- es sich um Dickkupfer handelt;
- ein Erstmuster bei einem neuen Lieferanten oder das erste Los nach einem Material- oder Prozesswechsel ansteht.
Wann der Galvanikschritt von sich aus Schliffe ergänzt, beschreibt Qualitätsprüfung und Freigabe nach der Galvanik.
So steht es in der Bestellung
Aus „Schliff erforderlich" wird eine Abnahmebedingung mit mindestens:
- Norm und Klasse: zum Beispiel „Abnahme nach IPC-6012 Class 3".
- Probenart: Coupon, Serienplatine oder beides; welche Bohrungstypen der Coupon enthalten muss.
- Anzahl und Lage: wie viele je Los oder Nutzen, ob Platinenmitte und Rand abgedeckt sind.
- Thermostress: ob nach IPC-TM-650 2.6.8 vorbelastet und dann geschliffen wird.
- Berichtsinhalt: Messwerte und Bilder zu Mindest-Hülsenkupfer, Fehlstellen, Innenlagenanbindung und Dielektrikumsdicke.
- Rückstellmuster: ob die eingebetteten Schliffe mitgeliefert oder archiviert werden.
So arbeitet SKPCB
Das Prüfsystem von SKPCB umfasst Schliffanalyse und Kupferdickenmessung. Testcoupons aus demselben Los dienen der Prüfung von Leiterbreite, Registrierung, Schliff und Thermostress; Sonderaufbauten und auffällige Lose erhalten zusätzliche Schliffe. Prüfumfang und Stichprobe werden je Auftrag und Produktklasse festgelegt, die Abnahme kann nach IPC-6012 Class II oder Class III erfolgen. Siehe Qualitätskontrolle und Multilayer-Leiterplatte; einen Schliffplan für Ihren Lagenaufbau stimmen Sie über Angebot ab.
Zusammenfassung
Der Querschliff ist der einzige direkte Blick auf Hülsenkupfer, Innenlagenanbindung und das Innere der Verpressung, steht aber nur für die geschnittene Ebene. Mit Klasse, Probenart, Thermostress und Berichtsinhalt in der Bestellung wird das Schliffbild zu einem abnahmefähigen Ergebnis.
FAQ
F: Worin unterscheidet sich der Schliff von der Röntgenprüfung?
A: Röntgen ist zerstörungsfrei und eignet sich für Lötstellen, innere Registrierung und größere Hohlräume. Der Schliff ist zerstörend, misst Hülsenkupfer, zeigt Innenlagenablösung und findet kleine Galvanikfehler.
F: Warum soll Hülsenkupfer als Minimum angegeben werden?
A: Die Kupferdicke ändert sich entlang der Bohrungswand, und die Zuverlässigkeit bestimmt die dünnste Stelle. Ein Mittelwert allein kann eine dünne Bohrungsmitte verdecken.
F: Braucht es einen Schliff, wenn der E-Test bestanden ist?
A: Das hängt von der Produktklasse ab. Eine Innenlagenablösung kann bei Raumtemperatur leiten und den E-Test bestehen; Schliffe, besonders nach Thermostress, finden sie.
F: Gilt ein gutes Coupon-Ergebnis für die ganze Platine?
A: Nur für die Bohrungstypen auf dem Coupon. Er sollte kleinste Bohrung, höchstes Aspektverhältnis sowie Blind- oder Buried-Strukturen der Platine enthalten.
F: Ist Harzrückzug nach Thermostress ein Ausschussgrund?
A: Bewertet wird nach den Klauseln der bestellten IPC-6012-Klasse. Harzrückzug ist von Delamination und Hülsenrissen zu unterscheiden.
F: Schleift SKPCB jedes Los?
A: Testcoupons desselben Loses dienen Schliff- und Thermostressprüfungen, Sonderaufbauten und auffällige Lose erhalten zusätzliche Schliffe. Umfang und Stichprobe werden je Auftrag und Produktklasse festgelegt.