爆板原因分析

1、摘要 随着欧盟RoHs法令从2006年7月开始实施，印制电路板装配不得不随之无铅化， 传统已使用超过 50年的63Sn/37Pb焊接材料被 SnAgCu(Sn96 . 5%/Ag3 . 0%/ Cu0. 5%)代替，熔点由原来的 187 c提升到21 7C,相应的焊接温度由 220 c230 c提 升到240 C-260 C,印制电路板必须经历熔点以上的焊接时间多出了50多秒，印制电路板吸收热大增，印制电路板必须提高耐热性能与之配合。在过去的一年中，印制电路板分层问题一直困扰着电路板制造商。印制板分层的机理是电路板吸热后，不同材料之间产生不同的膨胀系数而形成内应力，如果树脂与树脂，树脂与铜箔的

2、粘接力不足以抵抗这种内应力将产生分层，所以解决分层的思路是：1.生产流程控制尽可能保证板子有最佳的抵抗内应力的能力：2.使用性能优越的材料减少内应力。文章希望通过研究，在成本和品质双重约束下，找到最佳的解决方案，用最低的成本来解决分层问题。思路是从研究分层的原因着手，通过实验设计的方法，对分层的因素从材料选择、印制电路板制造过程控制到电路板装配的整个过程，进行系统分析。本研究项目耗费25万元的试验材料成本，历时三个多月，最终从成本和品质控制，提升公司竞争力的角度，提出解决分层的三套方案。在将实验结果运用到A公司的实践中后，产生了良好的经济效益，每月减少客诉成本约30万元，减少成本浪费约 80万

3、元，取得超过预期效益。关键词分层；无铅焊接；实验设计：印制电路板1引言1 .1研究的背景和意义1.1.1 PCB行业回顾与展望1936年 1940年，英国Paul博士从印刷技术得到启发，首先提出了 印刷电路”的概念， 开创了制造印刷电路板的先河。1967年美国人Beadles . R. L,提出了多层板生产制造工艺 (MLB),将印刷电路板推上了 更图一层楼。1984年日本PCB专家项土冢田裕尝试在多层板上采用盲孔结构，HDI技术兴起(High DensityInterconnection)印制电路板从诞生之日起就依托其互联和承载的功能成为电子产品的航空母舰，任何功能强大的芯片只有集成到印制电

4、路板上，才能展现其威力。从手机、电话到飞机、 火箭其无处不在，深刻地影响着人类的活动。由于欧盟于2003年2月13日颁布RoHS即禁止在电气电子设备中使用特定有害物质指令和 WEEE即废弃电气电子设备指令两个指令，从 2006年7月l目起伴随着印制电路板一起成长和成熟的Pb / Sn合金焊接材料被禁用。Pb/Sn合金被SnAgCu合金取代，从印制电路板到电子元件封装技术发生了巨大的变 化，由于新材料共晶温度提高.（从原来的183 c提高到217 C）,电路板耐热性能被提到了前所未有的高度，并由此引发了从印制电路板材料到制程全方位的革新。2006年中国大陆印制电路板产值已超越日本、韩国和中国台湾

5、跃居世界第一，约占世 界总产值470亿美元的25%。电子产品无铅化是一个系统工程，哪一个企业能尽快找出规律，用最低的成本制造出合格的产品，谁就能占据市场竞争的有利位置。1. 1. 2无铅制程中印制电路板缺陷定义及评估方法分层：基材内部，介质层与铜箔之间原本是粘结在一起的，由于热应力等原因导致它们之间出现分离，见图1。图1分层图片过孔不通：当印制电路板在高温过程中，由于板材膨胀过大，导致孔内铜箔断裂， 无法导通。这是分层的前兆，程度加重时就表现为分层，见图2。图2 过孔不通行钳和无船制程分层判定方法见&I,1.1. 3分层所造成的危害分层问题是印制电路板厂商谈虎色变的问题，其无法通过筛选

6、方法保证不良品不会流到客户手中，印制电路板在 2000年后，由于人工、材料成本急骤上升，但行业内由于前十年的高额利润导致产能急增，所以一直处于供大于求的状态，产品价格一直无法大幅攀升，有人形容印制电路板行业由原来的印钞机变成了竞争激烈的产业。产品如果在客户端出现品质问题，印制电路板和客户的零件将一起报废，不仅产品无法卖钱， 客户端报废零件也要一并买单，一般情况下板上零件费用在板子单价的十倍以上，最高者达到100倍。故产品在客户端出现分层，印制电路板厂商将损失惨重。从2006年到2007年上半年，根据不完全统计，印制电路板行业内，特别是中小型企业由于分层问题导致，导致的损失约占到销售额的5%左右

7、，占到利润的 30%至50%。正如中国台湾印制电路板协会白蓉生先生所述通常小面薄形多层板所幸内外温差较小，且又在PCB制程的良好管控下，其外观可见的爆板尚不致太多。然而厚大多层板与厚铜兼厚 板者所受到的灾难，则惨不忍睹矣！如此前所未见的痛苦，一时还难从强热中毫发无伤全身而退”。1 . 1 . 4A公司现状A公司简介：A公司是港商中型印制电路板制造商， 于1989年在香港成立，1992年迁至深 圳横岗，2004年在珠海斗门设立新厂并专做多层板，目前年销售收入约5亿港币，已通过T S 1 6 9 4 9、IS014001等国际认证，最高生产层数为 12层，目标产品为 4、6、8和10 层板，月多层

8、板产能为40万平方英尺一 50万平方英尺，A公司多层板2007年产量见图3。 从2006年到2007年6月份间，因分层导致的客户索赔达 500万港币以上见表2,报废印制电路板在2万平方英尺，分层对公司造成的负面影响巨大。:.m man充的分划定方法网这杵加 有坳产品EKI卢晶i一冲击IK： TM-45O 2.6&A.弹板手放上塔冲中在1打匕T49C 的条件卜用板检B.冲即刊室温C,浸松在口.将康澄仃然H中*逆收工KR亡±5七 附何10+“4西券 JR-6OI2B i次不分房呷 按党.无花式标Hh业 内牺叶接5次不 外五为可怕受“2樽抵客户SMT陪我情出摒群户的装鼠啊就将做献物

9、次不分房引楼有3老化 急招黑IPCTM蜀024A.，叔孑故秘帕中於30七土 $亡的已林 卜海业3bB、将扳f放g加iflM不设普中，在F理条 ft卜设，7大. sov* srb、科时海康尤求次不分ABI 捱W 1 三次络冲曲, 不分理景隹.表2 A公司2007年分片索照统计QQQQi：拿层板用"'HI III1DQOOQnmi1234567_8投诉次数8 ID1315191(1I。ft啮:上金制E50 303740JOQ5050504型向图3 A公司*层板2007年产量分层问题对A公司造成沉重打击，甚至威胁到公司的生存。(1)由于分层问题，索赔款几乎吞食了50%以上的利润，公

10、司不得不花大量人力物力处理此项客户投诉。同时，对公司的声誉造成极坏影响，一些多年建立起的客户源如D-Link和联想等大客户开始怀疑公司控制能力。(2)对公司中高层员工造成很大的心理恐慌，造成人事不稳定。(3)对公司正常生产造成重大冲击。公司不得不经常突击给客户补货，返工，缩短产品存放期，不敢根据客户 Forecast生产，导致交期短，造成大量订单流失。分层对最终产品的可靠性的影响是毁灭性的，必须采取合适的方式解决，公司投入了大量人力物力来研究和解决止匕问题。1 . 2本文研究的主要内容随着无铅时代一同降临的分层问题正在困扰着很多印制电路板生产商，其造成的损失惊心动魄，甚至威胁着一些生产商的生存

11、，A公司从2007年3月份开始投入大量人力物力来研究和解决这一问题，以期望能找到一条最佳的解决方案，以最小的代价攻克此课题。本文从系统的观念来探讨造成分层的原因，研究的范围从产品设计、 板材、电路板制程控制，贮存方式到客户端装配制程改善，运用实验设计，制程诊断和改善，成本核算，质量管理等科学手段，找出最佳解决方案，来达到控制分层，最终消除分层的目的。分层产生的原因是从有铅到无铅焊接转变过程中，焊接温度提升了34 C,造成板材本身膨胀量增加。印制电路板由多种材料，由物理和化学过程生产出来，所以在高温处理后残留应力增加，如果传统的加工药水(如棕化)，加工过程不能抵抗或减少内应力，分层将不可避免。本

12、文强调改善是一个系统工程，且着眼于成本，最终用成本来评估改善效果，任何单一的改善都收效甚微。本文从对分层印制板进行分析，试图找出分层的所有原因，基于成本约束的前提下， 对当前的设计、制造过程、材料、贮存条件、客户的装配过程进行重新改造，最终花最少的成本来 解决问题，提升公司竞争力，不希望通过简单的增加成本如采购和使用高端材料来处理问题。A公司是中小企业，不可能左右市场价格，只有通过过程控制来提升质量。目前分层问题困扰着大多数印制电路板生产商，很多文献记载了改善此问题的方法，但由于时间短，还未见到一篇很完整的论文，系统而全面的阐述这一问题。综上所述，本文研究的主要内容及目的是分析印制电路板产生分

13、层的机理，基于成本约束情况下，系统而全面地提出解决方案，以增强中小型多层板生产商的竞争力。2印制电路板分层产生机理综述本章主要通过总结前人工作，了解他们对分层问题的见解和解决方案，并对分层产生的过程进行系统分析，发掘分层产生的机理，同时提出本文的研究方向。2 . 1文献综述中国印制电路信息杂志主编林金堵先生在2006年印制电路信息杂志上发表了电子产品实施无铅化”是一项系统工程，该文从六个方面内容进行评述，并强调了电子产品 实施无铅化是一个系统工程：(1)无铅化焊料及其特性。传统的SnPb焊接体系已经应用了 50多年历史，无铅材料尽管研究了20多年，到目前为止，比较成熟的或勉强取代 snPb焊料

14、体系的主要是 snAgCu(SAC 305)焊料体系， 比较发现，无铅焊接对电路板耐热性更为苛刻，两者性能见表3。作为一种焊料必须符合：、 其晶点170 C,满足此条件下越低越好；焊性，能将PCB和IC互联到一起；可靠性，韧性和抗老化性能佳。(2)无铅焊接制程的变化。最佳的无铅焊接焊料 SAC305的共晶点为217 C,比传统的63Sn/37Pb共晶点183 c高 出34 C,焊接的相应温度要由220 c i5C提高到250 c ±5 C,共晶点温度以上停留时间由60s提高到90s。PCB板子吸收的热量大大增加，故易引起PCB分层。(3)电子元器件无铅化。(4)实施无铅化对PCB材料

15、的基本要求。为了符合无铅制程，减少分层现象，PCB材料必须提高热分解温度(Td)、高Tg和低热膨胀系数 CTE。(5)实施无铅化对PCB的主要要求。PCB制程必须从改善层间棕化层粘接力和镀层的延展 性。(6)电子产品实施无铅化的某些标准和规范，针对热冲击实验建议由288 C/C 10s 1次提高到10次或以上。 豪3无格虚14与有招爆料的比较费因性能SAC3O56： Sn?Hb善注阳M眸点X冷藏比ISriflGHtMt.副理用岖节理而NOCTJ七，塞而薰力怖沱舞面球力惠出的SSQ边田，讲啾，口泄谊社匕星.健知加勒+71.8（1401：） 媪arc）3KM 弧。面接脑能44*IL前杓接触山大一虻

16、.因此前海性等，晶跋恫谆母郎.埠按断调电量搜五右向者列招品30P左石，地年元需耕和命也增不到一麻服恸排忘度ijor-zsor前看至少一2。七华则不利于兀器件与显材的可养 性J见根修做学停郁眸同Wi靖聿小林工普源理备.而日你所"回归.4世亡时PCB基松节元器件造成搅蠢的流暴第因.评也助理刖悍物重发尢歌 n黑，后或埠渣才库接再担货性好，少付他的成讦般大于刈七或:左右)的岫理利井系.星闻E阿2a前看洞浪施，集匪世舟。举时闿.才讹带到校属 意的用京，恰接ii懵曲敛升册速度ir/s, 砰整速.度er/i抖谡和降温速度例同为31：七前者泽州连度太挨*同造应0点青袋骑.气泡等.就由般融良好.忸焊

17、点不昼母法.浦台山 族差，不静装3名. 由於械抗鼻鹿劳较晚.也挣若”累裕少.Mate 君而段.嫉耐假劣片度期5.白舞而底力大、冏跟性左芯 选错弃口般凿密.中国台湾印制电路资讯主编，白蓉生先生在印制电路资讯上发表的无铅焊接与覆铜板选择提出如下结论：(1)上游CCL配方与工法的因应基础Epoxy之丙二酚与环氧氯丙烷单体不变，但固化剂由Dicy改为PN。必须掺入多功能 Epoxy以提高Tg,一般板类以中Tg(150 C 155 C )能保持韧性为首选, 厚大板类则以高Tg刚性较强与总Z-CTE较低者为宜。添加无机填料。 无铅之高阶高价板材可采 Non-Dicy Non-PN 之特殊固化剂(例如DDS

18、)进行树脂板材的 生产。或采分子量较低之双酚F做为较柔软的合成单体，以减少板材的脆性，甚至添加有机性Filler以增加韧性，此种刚柔并济软硬兼施的周全考虑下当然就不同凡响了。 耐无铅焊接之板材必须符合Td>320 C ； T288>5min等IPC-4101B对无铅板材之起码要求，Tg则视需求而定。含DOPO磷系阻燃剂之卤中地板材，一般已可忍耐数次之无铅回焊。但过程中要注意其 脆性，且成本仍贵约 25 %。(2)本业PCB流程之改善内层铜面之氧化处理须加强对树脂的附着力，并应彻底排除粉红圈与楔型空洞(WedgeVoid)的多年固疾，以减少爆板的发生。压合制程之升温与加压等基本参数，

19、须配合全新板材而重加设定，务必放弃老师父的心态以减少困扰。各 PP层必须完成其聚合度至 99 %以上，可监测其 Tg一值做为管制手段 并可采后烘烤方式以消除其内应力与水气。钻孔机主轴之转速宜升级到每分20万转以上之强力机种，以维持产速应有的退屑量（ChipLoad通称进刀量）；钻针（头）作业之击数（Hit No .）与重磨规格，亦须按孔径大小与铜箔盎司 数而重新订定参数。PTH之膨松与去钻（沾）污前后两处理，须认真检讨其药水配方与作业参数，化学铜层应降低其内应力而使之获取更好的附着力。电镀铜层应提高其延伸率至20 %以上，以减少厚板涨缩拉断通孔的机率。下游PCBA回流焊的配合组装前所有较大板类

20、或放置太久的板类，均应在125 c以上的热氮气中烘烤 2h以上，以降低所累积的应力与水气。慎选长期操作稳定性、均温性、热量快速补偿能力、与品牌信用良好之回焊炉；其加热段应在9区以上，使大小板类皆能适用。动态测量仪（Profiler）必须选用可靠之品牌（例如KIC）,并认真采用标准板（Golden Board）与标准曲线（Standard Profile）,执行各加热段每日校正的 工作。厚大板类的回流焊曲线 （Profile）,其最先升温段（Ramp up）的斜率不可超过2.5C/s,还 应具有较长之吸热（Soak）鞍部，而其峰部亦必须改采平顶式，以规避245 c以上的危险热量。以上两篇文章从P

21、CB基材、PCB制程和装配制程全方位提出了改善意见。多种方案均在大幅增加成本的基础上才能达到，重点强调了产品的可靠性，但未从企业的角度来研究如何在尽量不增加或少增加成本的情况下达到解决分层之目的，指导意义大于实践意义。另外在相关杂志上，也有多位研究人员发表文章，表达自己对无铅制程的见解和解决方案， 如PCB制造厂如何应对无铅化一般从板材选择、制程控制、表面工艺选用、过程质量 存在的问题进行了有益的探讨。正如白蓉生先生在无铅焊接与覆铜板选择之中写到除了高功率电源用途的厚铜（2oz以上）高多层板外，一般10层以下的普通多层板，均可按上 述可信度颇高的建议方式去选择适当的板材。当然选对板材只是良好的

22、开始，还需PCB工序中多处制程的因应改善，以及下游组装回焊的密切配合，方不至，为山九仞，功亏一簧？.当然，只要不计成本，分层一定可以解决。但目前市场上评估较好的无铅制程材料单价比普通材料要高出20 %以上，材料在PCB产品中所占成本的比重超出40%,所以选用好的材料来解决问题一样会被利润压倒。2. 2印制电路板分层原因分析造成印制电路板分层的原因很多，但其基本机理应是PCB在高温下，由于板材产生应力，当玻璃布与树脂层之间，或介质层与铜面间的粘接力不足以抵抗应力时发生分层。所以解决的思路应是:(1)通过改善板材，减少板材的应力；(2)通过改善辅助材料和制程控制，增强粘接力，然后将所有改善的效果通

23、过成本来做进一步评估。先通过图4鱼骨图和表4做简单说明。我们将在本章以后章节中对各影响因素做详细研究。2. 2. 1材料的影响(1)基材在高温下产生膨胀是分层主要原因，见图5为某材料供应商提供的分析数据.所以无铅材料应考虑如表 5中的性能。基础环氧树脂是由丙二酚与环氧氯丙烷两个单体，经固化剂参与聚合反应生成的热固型(Thermal Setted)树脂。为了阻燃性还要澳化。主要的固化剂有 Dicy(双氧胺)及PN(酚醛机W旨)两种，前者架桥能力极强， 故只要加入3%即 可达剑良好的聚合。但其耐热性不佳，且因其有极性，故容易吸水与引起CAF ,后者脆性较大架桥能力较差，常需加入25 % 30 %才

24、能达到良好的聚合， 且单价较贵整体成本卜升， 但其极性小所以抗 CAF且耐热性好，两种固化剂比较如表6。目前市场上主要材料性能比较如表7。注：M/B/E为国内某一板材供应商，N/F为另一个中国台湾板材供应商，考虑符种商、业关系，不便标叫具体型号。当然，如果小考虑成本，直接选择F等高档板材，改善分层的效果十分明显，考虑到激烈的市场竞争，我们应追求不增加或尽量少增加成本以达到改善之目的，另外从分层的切片分析，分层位置经常缺少填胶，见图 6。图4通过血骨图来质统分析产生分膜的原因”*/«%« Lv-rr mm，*-3V!* * rxfeir«4分鲍*厘网中邮n序号项n原

25、因归里说制! ”"ASI住簪优履板材&寤投*委少.产"应力小r口身也分在离温廿小，分M.不会彩收M3砧核动雁.电俄先的电俄*果及低内应力/M11员具G砥化改N化岳成"不阮格劝阳加的M接在而主姿毋响.立畲轲看什低.一如口,燃验不修时格XM分层.2 法臣会腥牛后方。年一定足射冷的开适车,乐力如高程松时阿的要术.以保过化合用楫桁充分反应，达用的78低.阻燃油返法以就道常探川N«OH作为这次。加油的诉判.及退掉泊的周安也会藜病利能助他造成分修,他对比专必S求液无此皆改善效果.：SMTi：n巴收闻爻*«邺邮。总决定极，变3大小向分，TH根眄.区结

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29、不爆板.反之.M 彷加井不快育.17凡此序数据(on*)仍然维持收 态，不至快速下滑时.剂谓加不失为良好指标. 乙以上a2橡胫态的Z CTE近人FTi以下的al联 增套.第公对PTH造成汉大的拉伸应力.村腼 中添加无机耀N(如SiOl妁20% by wt)后. 即可传抵2之Z藏.无的惇根板材中少许水分科造成气大的忠气压 (Vapor Prettuce)迸同顶破结构形1A空洞、K 泡或分层,储存不艮的成品权也会吸潮.此一品中汨试为计板材之M本构性力林在检制技之时间(Time to Dehmimion)(T260). 2B8t(T288). 300c(T300)的 TMA 试收中以了X其抗强投的生

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35、1H136分工位置缺少林年树脂(2)无铅时代电镀钏层延展PTH流程的膨松处理与去钻(沾)污处理亦需改变做法，以完成孔壁树脂表面应有的柑糙度，而取得化学铜层的良好附着力。化学铜本身须采低内应力配方的约水与管理，且应减缓水沉积速度，对厚板深孔睁径比1/5以上而言，其电镀铜层的延展率应由原来的12 %增加到20%,以固应板材强热中 Z2在Z CTE方面的剧烈变化。3)棕化药水影响根据对以前分层板子分析，分层对棕化层明显由棕红变成了红色。根据厂商分析，当棕化层在潮湿环境下，棕化层会分解变成红色且失效。见图7(1)正常棕化面和图7(2)异常棕化面比较：I n . 1 If. 11图7棕化面情况(4)分层

36、位置经常缺少树脂填充，出现空洞，所以玻璃布树脂含量也足必须考虑的一个因素, 通常通过增加P片张数来增加树脂量。2. 3方法2. 3. 1压合程序对分层的影响压合程序设计对分层有十分重要的影响，Tg是板料重要特性之一，Tg可以作为评估压合是否充分的重要条件。一般材料供应商会在 Data Sheet中提供压合程序，见图 8。其中压力和温度必须配合好，图2.6可以看出玻璃布随温度变化，流动硬化性能。板子在压板中凝胶时间必须足够，否则树脂没有充分聚合，Tg不可能达到最高值，且由于树脂末充分流动内应力大。JHTMi«ra-. 1'压力一般分预压与高压，如果预压周期太短，即过早的加全压，

37、会造成树脂流失过多,中间层的导电图形就会凸起反映到表面层上，严重时会缺胶、分层。树脂溶融粘度较低时， 更容易发生这种现象。如果预压周期过长，即加全压太晚，层间空气和挥发物排除的不彻底， 间隙把握未被树脂充满，便会在多层板内产生气泡等缺陷。因此把握压力变动时机十分关键。 高压压力必在熔融时间内加上去。在图9中80 c 140 c加压为最佳时机。口触时间约7DJ更加到100度为】生）度图9 P片的流动固化性能10 A公司的DSC设备Tg是板料最重要的特性之一，Tg是否达到最高值是评估压合是否完全的一个重要参数，在压制过程中，当板料温度逐渐接近Tg温度时，纤维中的树脂开始熔化，树脂中的高分子化合物开

38、始聚合，分子链变长，最后变成一种较软的固态，当温度降低且低于Tg温度时,分子运动变慢，逐渐由粘弹性向刚性进行转变，这种较软的固态逐渐变硬，成为一种高机械强度的固体。如何测量材料的Tg使用什么样的方法及设备，A公司用DSC设备来测量材料的瑰。如图10所示。DSC测量的原理如下：Pyris 1 DSC是功率补偿差示扫描量热仪。它是在样品和参比品始终保持相同温度的条件下，测定为满足此条件样品和参比品两端所需的能量差, 信号DQ（热量差）输出。并直接作为DSC按程序升温，经历样品材料的各种转变如熔化、玻璃化转变、固态转变或结晶，研究样品的吸热和放热反应，主要用于测量高分子材料的玻璃化温度，还可以测量固

39、化起点、固化完成、固化热，最大固化速率，随着固化度（交联度）的增加，Tg上升，固化度高的环氧树脂，固化热小，见图11和图1 2。环氧树脂完全固化时，观察不到固化热。所以DSC是评估固化度的有力工具。Less CuredMen Cured图11随着固化程度的增加，材料的Q逐渐增大More Cured2. 3. 2阻焊油墨返工2. 3. 3回流焊客户（PCBA）制程控制电路板制作过程中一般有 2 %左右的阻焊油墨，因质量原因需要退掉再印，一般用5%NaOH , 80 c以上浸泡1h 2h ,它会造成一些树脂缺失从而形成分层。见图 13可以看到不同退洗液对电路板表面影响。图12 随着固化程度的增加，

40、热流变得越来越小过浪忤解U 5次网浓b料未比康计；2BR工轻微白点使用新的EC-L返洗液）产币的点,使用1E常的阻用正那NAOH溶液）过时而焊前过5次回流丹后未出现仆以/2剧t13 阻焊油墨退工效果对照IPC/JEDEC STD 020C中，见图14和图15所示对回流曲线的要求。可以清楚看到客户装配时的温度曲线图，特别重要的温度是预热段，PCB板在这段时间内由固态向橡胶态转化，热膨胀很大，所以这段时间内升温要慢，时间要足够长，一般为 60s180s。TlHf 1'! C IB rlflE If tv txllMM f ?«m j-11 才 *1 *d. * /4»|

41、 Titaw，弋IKtbIaBIik 耳* 1, F. "1,*#+ v*i3«r'i才上I* J1|l> 4 . .Ml1*1 M 7)1* ，-鲁朋 ，"Il /Ml lA* IX IM4K1 *>1 . 'G 上 * %"Ji 小人. Iflet3 1 -垢 * I!*. ir » rl i ,1 < * *Fr *尸 t B f*"，i"*»，工.f| t * . * * * F * *»1 "- * -1 ,二： 门. T+1，tin1户a 14 回流

42、曲线设计要求很多装配商仍像以前一样设计温度曲线，必然导致较多的分层。没有足够的预热段，一路期升，见图1 6,分层多出现在这一阶段。uynn支-=>图15 回流曲线图16分层较多的湍度曲线2. 3. 4叠板结构设计因对胶含量有影响，所半固化片胶含量高低的选择和叠板结构中选择一张或多张半固化片, 以也会影响到压合效果。2. 3. 5孔壁粗糙度的影响有铅焊接时孔粗一般要求控制在38um以下，为了减少因孔壁粗糙度引起的微裂缝和应力集中，无铅焊接时孔壁粗糙度的一般要求控制在25um以下，甚至要求15um以下。2. 4环境因素根据分层板分析，一些位置明显是因为高温上水泡形成的压力造成分层，特别是孔壁

43、有裂痕时，水汽从板中集聚到孔隙缝中。图17分层位置有水汽集中。多层板层压及存放的环境：多层板的耐浸焊性与层压成型及存放的环境湿度有密切关系。受潮的或在高湿条件下层压成型的多层板，常常会因在浸焊时分层，起泡而报废。见图1 8显示PCB板存放时间与耐热分层温度关系，图 19显示吸湿率和分层的关系。乂正的F图17水汽压力导致分层放过砂JI图18受潮多层板（浸焊时间为60s ）的耐浸焊胡力图19 多层板吸湿率和分层的时间关系曲线（260匕浸 焊 30s）表8内数值是表明在不同程度吸湿处理条件下的抗浸焊起泡能力。据资料报道，在相对湿度为 50 % 70 %的条件下层压的多层板，其耐焊性能的热弯曲强度均有

44、大幅度的下降。吸水的板材在高温中会形成水蒸气，继而会对板材形成扩张撑裂的力量,水蒸气在高温下的压力见图20。2. 5人的因素在层压过程中，叠板在压机中的放置程序如图21。表8抗浸焊起泡徙力与吸水的关系条I260工卜的红泡时间拉1 初始状态3<ID22 C.35%RHJ 周后16022 C35%KH.2 M|Ai12022 C.35%RH3 间后502 ,初始状态27722 CO%RH,2 周后3922 c.50%RH,4 MJ后3022V.5O%RH,8 册后303、初始状态ISO1煤器中4周后20022 c. 20%,4对后12522 c.90% .4 ffiKi344、初始状态405

45、22 C 504 1 IOV.2h,4 WJn5722c 丽l10C.6h.4 M 国5522 C.50Ci| IOC.I6h.4 此H70Al 22U V ihc vnpor presMire of waler is about 3 |O|»L Al 2：V> C the ;ipar |mvsmkv<i( v:i：ct is abiHi! h>i psi.Al 2<»n (, ii ineneasc、u> 邛pr”ximaicly ：0U ”il I d»Mtl KUMI wm” ROHI Il”l i 八 4> I： bM

46、2Vl64il；.»；iki27% M»iI r> C*腐枫木后蔺U中会胫成木解UE血瓶材产生1询肮果的力川叱田汉叫加攵越湍时.11.蒸汽|卬喘他人的关系图W 20水蒸气压力与温度关系叠（在制）板在模板上的排列如下图22。操作员严格要保证牛皮纸按照规范放置，同一个次压合过程中模板间放置电路板面积要尽量接近，前者是保证板子升温速率条件符合压合程序，后者是保证板子压力一致且符合压合程序。如果员工没有按规定操作，将会导致压机设定程序与板子实际压合条件不一致，最终将引起板子压合不良。2. 6机器定期检查，保证机器能够达到压合程序要求的温度和压力。3. 7本章小结本章主要探讨了

47、造成多层板分层的主要因素，并结合专业文章进行了分析，主要有以下几个方面的因素。（1）印制电路板基材。高 Tg、高Td、高耐热性和低吸水率等正成为板材发展的方向，但这些对成本影响较大，选择时必须获得最佳的性能比。（2）印制电路板制程对分层的影响，主要可分为以下几个方面。压合程序。优化的程序必须考虑升温速率、加压时间，必须保证树脂有足够的固化（凝胶）温度和时间，加压力尽可能在熔融区间内。压合时叠板方向和牛皮纸的放置也很重要，其主要是满足第项要求。围绕减少板材吸潮方面必须对来料，叠板生产周期，包装前处理和包装本身要求以及包装后贮存条件和时间作出规范要求。增强粘结性棕化和品质一致性，也一样可以增强PC

48、B板抗分层能力。降低钻孔的粗糙度，增加铜的延展性也将缓减分层压力。(3)印制电路板装配时温度曲线也非常重要，在保证焊接性能的前提下尽可能降低焊接温度，温度曲线一定要有预热过程，150 c 200 c时一定要有一段升温的平稳区。3印制电路板工艺流程分析本章根据第2章中的思路，以影响印制板分层的一些因素作为出发点：板材选择；(2)层压程序；(3)防止板子吸潮；(4)改善电镀铜和钻孔品质；(5)棕化层:6)叠板结构设计。本事对印制电路板的制作流程进行分析和诊断，试图找m影响印制电路板的分层的工序，同时提出改善方案，依据其对成本和品质的影响程度来确定是否选择作为最终的改善因 素。4. 1多层板的工序流

49、程介绍印制电路制作流程长，一般公司将生产分为十个左右大的生产部门，加工工位有一百多个，以A公司为例一块多层印制板从投放生产剑交付给客户，其中要经历500多次人手接触过程，且其中有化学和物理过程，以普通多层板为例，印制板的制作流程如图2 3所求。(1)板料印制电路板的材料从供应商加上完毕到真正投放生产一般有7天到一年的保质期，一般均放在常温下保存，不可避免会吸入水分，通过 TGA实验分析数据如表 9。注1: TGA 一一(Thermogravimet ricAnalysi s) 。利用温度上升热量增加而造成物质重量对应减轻的一种分析法。注2：存放条件。常温，相对湿度7 0%以下，板料后直接投放生

50、产，板材中的水汽没有释放出来，对以后的分层是一大隐患，通过实3发现烤板可以明显释放水汽见表1 O。(2)棕化工序棕化的反应机理是：2Cu+H2s04+H 202+nRl+nR2CuSO4+2H20+Cu(Rl+R2),在棕化槽内，由于H2O2的微蚀作用，使基体铜表面立即沉积上一层簿薄有机金属膜，见图24所示。由于有机金属膜与基体铜表面的化学健结合，形成棕色的毛绒状结构，使它与树脂/玻纤布的粘结能力大大提高。图那 琮化度而针对目前使用 M公司的棕化产品的分析， 其随温度变化，棕化层会因被氧化而变色见图 25。 当温度达到270 c时，棕化层最终失效，见图 26棕化层成分随温度变化而变化的比列。另

51、 外将棕化层经浸渍 0. 5%NaOH测试，发现棕化层明显变红， 且有效成分含量减低见图 27。 棕化的基本流程是：前处理一水洗一预浸一棕化一水洗一风干。判定棕化层是否更优的标准见表11。针对目前市场中两大主要供应商提供的药水进行比较，结果如表1 2所示。结论：N公司药水品质明显优于M公司，但成本高了 0. 04元/ft2。Tenincrsitting图26 株化成分随温度变化图27 浸咻利嫉后成分变化-11 -BW舞制址一诬瓦证制我方抗比学也涸域.其鹿一部凌总着皿谪忖洲 i伸吁M*tniWMnIK 的话曹浦株碘*28*V/l(hH；'；丁加1%元*芝化=3箓不分猊(4)压合工序分析压

52、合工序最主要的控制点是：一定要满足环氧树脂的凝胶条件，即在一定温度下经历一定的时间；加压时机要恰当。层压流程是：钉板一排版一压板一层压层压是在压板机中进行的，现在一般用的压机是真空压机，也就是说在层压过程中， 不断抽真空，其目就是将多层板中的气体赶出，避免层压的板中有气体存在而影响品质，二是将层压时的挥发物排走，使用真空压机可以降低层压时的压力。压力越大其在板内残留的内应力也越大，层压开始时的压力不能太大，这个压力叫吻压，即接触压力，一般设定为70Psi80psi ,当温度上升到树脂的软化点后即树脂的粘度降到最低点时可以加全压，通过抽真空，可以减少铜箔起皱等缺点。压板时间对于一般的FR-4的板

53、为130min 135min左右，对于高Tg板压板时间达到180min左右。压板完成后通过测定板料的取可以检测到固化是否 完全。有一点需要注明， 压力是逐步加上去的，不是一下子就上高压了，压板程序是采用多 步加压的方式，这一点在压合参数设定时一定要注意费12不周棕化产品比较M再IIM公司的水N公H为水1微布量0.9T51.41.S2然选”3.53。42,03物化学件M格含他4然应力3*7 次87 2次5起之测试IT次77。次成本0.2S元他032元/n二酒米十号业必.公司双料水体系没有注明.1回28 S公司物料JE合程序图29 A公司实瞄前度合程序分析当前程序，如用来层压 S公司材料的实例如下。1