Delaminace – co to vlastně je?

V tomto článku bych rád podal základní informace o další, bohužel časté vadě ze zákulisí výroby desek plošných spojů (dále jen deska), kterou je „delaminace“.

Nejprve bych v krátkosti připomenul proces samotné laminace. Laminace je v podstatě nerozebíratelné spojení vnitřních vrstev s vrchními vrstvami. V momentě, kdy máme vyrobené jednotlivé vrstvy a připravené k laminaci, je potřeba povrch nejprve připravit tak, aby byla laminace možná. To znamená, že pokud chceme dosáhnout uspokojivé adheze mezi vnitřními materiály, musíme pro to připravit měď, která je po procesu leptání a čištění až příliš hladká a její povrch by v současném stavu nevytvořil dostatečnou adhezi vnitřních materiálů. Můžeme si představit, že vnitřní vrstva mědi musí s další vrstvou (kterou je základní materiál v beta stavu – čili prepeg) reagovat podobným způsobem jako suchý zip. Aby byl takový suchý zip možný, musí být povrch mědi zdrsněn.

K tomuto účelu se v současné době používají nejvíce dva procesy – black oxide a brown oxide.

Dnes už méně využívaný proces black oxide je v podstatě vertikální linka, která na povrchu mědi vytvoří oxid měďnatý (který má černou barvu – proto black oxide).

Oproti tomu je relativně modernější brown oxide proces prováděn na horizontální lince – velmi zjednodušeně se jedná vlastně o micro-etching (mikro-leptání), a to do hloubky zhruba 1,2–1,5 um. Současně s tím je měď překryta organometalickou strukturou, která má nahnědlou barvu (proto brown oxide).

Když je povrch mědi „zdrsněný“, může být materiál transportován do takzvané „stack-up“ nebo „lay-up“ místnosti, kde již probíhá skládání materiálů tak, jak je chceme laminovat. K vycentrování vnitřních vrstev tak, aby spolu jednotlivé vrstvy korespondovaly, se většinou používá zakládání se třemi kolíky. Vyspělejší metodou je takzvaný x-ray drilling, kde nám rentgen s vycentrováním pomůže. Samotný proces laminování si lze představit jako „sendvič“ (viz obr. 1), který je složený z vnějších vrstev, vnitřních vrstev, prepegů, měděných fólií. Celá sestava se ještě zajistí ocelovými pláty. Pak již následuje samotný proces lisování, nejprve tzv. „hot press“ a poté „cold press“. Parametry lisování jsou součástí know-how výrobce.

Zjednodušená definice delaminace by mohla znít jako oddělení vnitřních vrstev materiálu. Delaminace může být způsobená několika faktory, které mohou být buď mechanické (lisovací cyklus, typ prepegu, složení vrstev atd.), nebo chemické (oxidace, kontaminace atd.) povahy.

Výše jsem velmi zjednodušeně popsal chemické cesty k přípravě povrchu (oxidace), které jsou důvodem k důrazu na kooperaci jak s dodavatelem základního materiálu, tak i s dodavatelem chemické technologie pro vytvoření optimálních parametrů pro výrobu. Další rušivý element, který nám velmi důrazně vstupuje na scénu, je vlhkost. Pokud nebude materiál dostatečně vysušený nebo ideálně skladovaný, může obsahovat vyšší množství vlhkosti. To nám může způsobit vážné problémy při pájení, zejména při bezolovnatém. Vysoké teploty při pájení způsobí, že vlhkost „uvězněná“ ve vnitřních vrstvách desky bude mít snahu se vypařovat. Tím, že vlhkost nemá kam unikat, začne deska bobtnat a dojde k delaminaci vnitřních vrstev. Taková vada se nám na elektrickém testu může chovat jako „open“, čili rozpojený plošný spoj. Oblast delaminace se také může projevit změnou zabarvení desky (viz obr. 2).

Pokud zákazník ve svém procesu takový defekt objeví, nastává problém, protože vymyslet efektivní třídicí akci je velmi obtížné. Zpravidla se dá třídit jenom na úrovni data laminování, čili zablokovat dávku z onoho období. Někteří dodavatelé, kteří mají proces náchylný na tento defekt, zavedli před aplikací povrchové úpravy (ENIG, Imm. cín atd.) vlastní teplotní namáhání desky. V tom případě je možné desku vystresovat např. v reflow peci zákaznickým profilem a poté desku elektricky otestovat. Není to bohužel 100% prevence, ale může nám to poodkrýt skutečný stav desek. Jak to už s výrobou bývá, největší důraz musí být kladen na prevenci a dodržování schválených principů a postupů. Tento článek je bohužel jen pomyslnou špičkou ledovce v této problematice, a lidé, kteří se s vadou setkali, mi dají za pravdu – delaminace je velmi obsáhlé téma s nepřeberným množstvím možných příčin.