最近，朋友買的一部新手機剛用不到2個月就出現頻頻當機，黑屏等問題，因為還在保修期就送去手機店确認到底是什麼問題。
經拆機确認後，是主機闆問題導緻。那手機主機闆怎麼會導緻頻頻當機，黑屏呢？今日我來帶大家來初步了解一些PCB相關知識：PCB的主機闆是如何導通的（金屬才能導通，非超導材料材料，也無電解液）？
随着科技的飛速發展，越來越多的電子産品進入我們的生活中，如智能手機，筆記本電腦，電視機，新能源汽車以及最近出現的人工智能機器人等。在每一個電子産品中，其運作及進行中心都連接配接着一塊主機闆，我們稱其為PCB，英文全稱為printed circuit board，即印制電路闆。而我們在使用電子産品時，一般其使用環境的溫度在-20℃到50℃，并且随着時間的推移，使用産品會出現諸如：卡頓、傳輸慢、當機、黑屏等問題。今日給大家介紹的這個領域是非電子元器件和晶片問題引起，主要為PCB在使用中的品質帶來品質隐患。
如下圖所示，為某手機主機闆做微切片後的狀況：其各層由金屬銅做導通連接配接，讓信号在中間進行傳輸，上二圖為示意圖，下二圖為實際切片。
然而，金屬銅在導通連接配接中一旦出現問題，就會影響傳輸速度及有可能在電子産品使用過程中出現卡頓等問題，如下圖為金屬銅導通連接配接中的異常切片：我們可以明顯看到上層的金屬銅與下層的金屬銅層間已經有很明顯的裂痕，這就是問題的所在了。
PCB主機闆各層如何有效的使用金屬銅連接配接起來，其主要工藝流程為鑽孔，除膠渣，與金屬化鍍銅三個主要步驟。
1.1在介紹除膠渣内容之前，我們需要先了解PCB在鑽孔時及鑽孔後的情況：鑽孔分為機械鑽孔和laser鑽孔。機械鑽孔目前最小孔徑到0.15mm，最大孔徑到6.3mm，一般超過6.3mm後會使用擴孔鑽孔的方式。如下圖為一般機械鑽孔示意圖：
所謂機械鑽孔，顧名思義：使用機械力（機器高速旋轉）帶動主軸，将鑽針鑽透PCB主機闆各層，使其各層産生連接配接的通道（但此時隻是産生了通道，因為并未金屬化，故是不能導通的）。而在鑽針高速旋轉切削的過程中，鑽針與主機闆間瞬間摩擦溫度超過250℃以上（如下中間圖示），主機闆中的非導通材料中的樹脂會軟化塗布滿孔壁(金屬層）形成膠糊渣，進而将妨礙電性互連品質。
1.2.除機械鑽孔外，PCB制程中還有另外一種鑽孔方式: Laser micro-via. Laser盲孔方式從遠古時期的(20多年前)開Large window，到conformal mask 再至如今LDD(laser direct drill)。此類鑽孔方式多用于智能手機，iPAD，筆記本電腦上。如下圖所示：
圖中在做laser前，有經過圖形轉移将Laser孔徑使用外層開窗蝕刻出來，再進行laser。優點：适用于厚面銅産品（一般LDD可以适用于面銅≤12um），且孔徑一般可以做大至0.15mm~0.25mm均可，孔徑大小與Laser機選擇的AP光圈、發數等有關。
缺點：成本高（增加了開窗、蝕刻流程），品質差(1.開大窗邊緣位置與填孔位置因底銅的缺失後，在後續的信賴性中易産生分離；2.與底PAD對準度差，但可以使用燒靶對位的方式來解決）。總而言之弊大于利，故随時間的推移LDD流程産生了。
1.3.LDD(laser direct drill)的産生，極大的解決了鐳射成本與品質問題，且對準也得到明顯的提高。但直接鐳射後孔壁及底墊上也照樣會形成膠渣，需要去除。如下示意圖所示：
一般LDD可以适用于面銅≤12um，鐳射孔徑在75um-150um之間，PP媒體層的厚度依據縱橫比(Aspect Ratio)在保證盲孔信賴性的情況下：不可超過0.7:1。另外鐳射盲孔産品，在進行化學除膠前會先進行電漿除膠(Plasma)。
1.4.不管是機械鑽孔，還是鐳射鑽孔，其均會産生膠渣影響電性導通，故金屬化之前必須徹底清除以保證互連的品質。
從上四圖中的疊構可以看出，CO2鐳射後的孔型（最右一組圖），銅面較下面開窗的介層位置小，此稱為懸銅(over hang)。如下為實際LDD後的切片圖(紅色箭頭位置)：
懸銅太長(一般管控在12.5um以内）或縱橫比太高在填孔時，易産生因藥水交換變小的包心異常(當然與盲孔縱橫比和填孔參數等也有相關性）。如下圖，懸銅實際量測超過18um，産生的包心異常：
故在盲孔Desmear(化學除膠）前，其前處理流程工藝一般為：LDD laser→Plasma→去棕化或去黑化（也叫減銅，主要是去over hang）→Laser AOI（檢查盲孔品質，依據工廠或制程實際情況）。在完成以上制程工藝後，盲孔産品可以與通孔産品一起進入正式除膠制程工藝。
2.1對于除膠工藝(Desmear)來說，業界不管使用使用龍門線，還是水準線其工藝流程均是一緻的，僅是裝置差異。在各類PCB闆進入除膠前，都需要先做膨松處理。其示意圖如下：
膨松工藝：各通孔和盲孔在膨松槽中經75℃以上槽液中，經1-10min浸泡處理，其在可溶于水之有機溶劑(膨松液主劑)加強堿作用下，迫使各種膠渣發生膨脹松弛。膨松劑其主要成分是NaOH和膨松液主劑(其成份為各藥水供應商商業機密)，但可推斷其反應原理為：在NaOH強堿作用下，膨松液使環氧樹脂的分子結構長鍊裂解。各時間段下的膨松狀況如下圖：
膨松工藝可能發生的異常問題：Pocket void(口袋空洞）。其可能原因：1）鑽孔制程中過度偏轉；2）膨松劑滲入過多；3）玻纖布耦合處理不良等均将造成膨松劑滲入闆材。如下圖所示：
2.2PCB經膨松工藝後進入除膠槽，其槽液藥水主要為NaOH，KMnO4或NaMnO4。其化學反應原理為：+7價的Mn離子在強堿環境及高溫(85℃）作用下，其強氧化性可切斷環氧樹脂中局部高分子，反應生成CO2與H2O而得以溶除。如下圖為反應原理及反應示意圖：
PCB經除膠槽後的孔壁（通孔和盲孔）會露出潔淨的玻纖與蜂窩狀的樹脂表面。但因各闆材Tg不同（Normal Tg，Middle Tg，High Tg），故其孔壁外觀在SEM分析時不盡相同。一般高Tg産品，其耐化性強不易咬蝕。。各時間段下的除膠狀況如下圖：
2.3除膠反應原理：在環氧樹脂鍊狀主題結構中，非苯環部分的局部鍊狀具有極性部分最容易遭到高溫Mn+7的氧化而分解，進而達到除膠的目的。其化學反應原理如下：
當孔内膠渣在Mn+7的作用下完成氧化性溶蝕後，孔内的各種已被分解物質仍需要進一步還原與清潔。具體反應如下圖所示：
在除膠渣(Desmearing）氧化反應中，紫色Mn+7其自身被還原為綠色無效的Mn+6，但目前的裝置工藝又可将其重新氧化回至有效的Mn+7。陽極端Mn+6→Mn+7，其具體反應如下：
2.4各類闆材除膠效果确認：因PCB産品之闆材Tg不同，故除膠渣後樹脂表面形态差别也較大。Tg150℃及以下者重量損失較大且易出現蜂窩狀(SEM下)；而高Tg（>150℃）樹脂耐化性強且較脆不易咬出蜂窩狀，但這不表示附着力一定就很差，此與化銅層本身的内應力也有關。如下為不同Tg材料除膠後對比圖：
傳統的FR4 Tg150℃以下闆材，其樹脂經Mn+7咬蝕後較易呈現蜂窩狀，成為孔銅附着力良好與否的判定标準。但LF(Lead free無鉛）/HF(Halogen free無鹵）則不再适應這一判定标準。
其主要原因是：無鉛化材料樹脂中加入SiO2(體積25%比例），無鹵化材料樹脂中加入Al(OH)3(體積25%比例）,造成各制程的困難。其切片如下：
機械鑽孔後的一般性樹脂與填加Filler的基材，其除膠渣前後外觀相差較多，高Tg不易呈現蜂窩狀。如下為除膠渣前後SEM對比：
鐳射直接成孔後，經對銅箔闆面與切片孔外觀确認，其在除膠渣後的孔壁也呈現蜂窩狀，具體切片圖如下：
另半加成制程（SAP）的載闆，其增層闆材經常使用到ABF膠片，在CO2鐳射或者UV鐳射燒出盲孔下，除膠渣後外觀也相差很大。
此為半加成ABF闆材Desmear前後不同倍率下的微觀比較：
針對半加成制程(Semi-Additive Process)，因其為載闆産品的流程(主要為25um及以下線寬産品)，故簡單介紹如下流程圖所示：
如下為三類PCB産品除膠渣後的對比：依次為一般硬闆，FPC PI，及軟硬結合闆
至此，PCB導通孔(機械鑽孔，鐳射鑽孔）金屬化前的流程已經全部完成，下一階段正式進入金屬化制程。#尋找數位點評派#
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