研究新型震動(dòng)在線檢測(cè)警報(bào)系統(tǒng)對(duì)孔內(nèi)無銅的改善

林偉東

（勝宏科技（惠州）股份有限公司，廣東 惠州 516211）

1 前言

隨著PCB板厚的增加及孔徑的變小，厚徑比也逐漸加大，板的厚徑比由之前的4:1提高至現(xiàn)在的8:1或更高，孔徑也由之前的0.40 mm變小至0.25 mm，0.20 mm。隨著PCB設(shè)計(jì)往高密度發(fā)展，必須縮小孔徑，而縮小孔徑使得PCB縱橫比越來越大。高厚徑比導(dǎo)致在PCB板電鍍過程中，氣泡堵孔現(xiàn)象的幾率就越大；由于氣泡堵在孔內(nèi)造成溶液無法正常流動(dòng)和交換，電鍍完畢后會(huì)造成孔內(nèi)無金屬，即孔內(nèi)無銅。

在PCB濕制程中氣泡型孔內(nèi)無銅主要有三種類型：沉銅氣泡型，電銅氣泡型及電錫氣泡型孔內(nèi)無銅。沉銅氣泡型及電錫氣泡型孔內(nèi)無銅在測(cè)試時(shí)都很容易被檢測(cè)出來，而電銅氣泡型孔內(nèi)無銅則不然，此類孔內(nèi)無銅依目前的測(cè)試手段是很難檢測(cè)出來的，因其孔壁銅厚還有約5 μm ～ 10 μm的一銅層;雖然新裝的生產(chǎn)線都會(huì)在重要的藥水缸安裝震動(dòng)器，這對(duì)高厚徑比板孔內(nèi)無銅改善是非常有效的。但對(duì)于震動(dòng)系統(tǒng)的監(jiān)控，則很少有PCB廠提及如何做預(yù)防。

曾有汽車板客戶多次向PCB廠家投訴電銅氣泡型孔內(nèi)無銅，此類板在客戶端逃過了初檢，最終是在用戶汽車上運(yùn)行了上千公里后才發(fā)現(xiàn)問題，且幸好無發(fā)生安全事故。雖是此，PCB廠家仍是要被索賠一筆很高的賠款，因?yàn)榭蛻舾疽膊恢滥男┌逵袉栴}，只能報(bào)廢所有受影響的PCB。當(dāng)然，孔內(nèi)無銅問題，特別是電銅氣泡型孔內(nèi)無銅是不能完全靠測(cè)試來卡關(guān)的，尤為重要的是制程的控制。業(yè)界PCB廠家對(duì)于電銅氣泡型孔內(nèi)無銅尤為重視，也想盡辦法來改善此問題，但一直沒有取得好的效果。本文則從氣泡型孔內(nèi)無銅的成因及解決辦法提出方案供業(yè)界同行參考。

2 氣泡型孔內(nèi)無銅的類型及成因

（1）PTH氣泡型孔內(nèi)無銅缺陷（表1）；

（2）圖電電銅氣泡型孔內(nèi)無銅缺陷（表2）；

（3）圖電電錫氣泡型孔內(nèi)無銅缺陷（表3）。

從以上三種缺陷模式可知，雖然電鍍缸有搖擺等機(jī)械作用，但是一旦有氣泡進(jìn)孔，受表面張力的影響，就很難驅(qū)除。對(duì)于孔徑較?。ā?.25 mm）板件的加工， 尤其是大于8:1 以上板厚，這對(duì)于氣泡型孔內(nèi)無銅來說是個(gè)很大的隱患。在生產(chǎn)高厚徑比板時(shí)，務(wù)必保證產(chǎn)線震動(dòng)系統(tǒng)是處于最佳狀況態(tài)，否則品質(zhì)根本無法得到保證。

表1

表2

表3

3 設(shè)備改造及新型震動(dòng)在線檢測(cè)警報(bào)系統(tǒng)的引入

3.1 震動(dòng)器改造

因以前生產(chǎn)線的設(shè)備比較沉舊，且震動(dòng)器功率偏小（30 W），而從震動(dòng)器傳動(dòng)到飛巴上的強(qiáng)度幾乎沒有，這對(duì)于孔徑為0.30 mm，0.25 mm板是致命。為提升能力，生產(chǎn)線進(jìn)行了一系列改造：如增強(qiáng)飛靶的結(jié)構(gòu)，更換新夾具，更換震動(dòng)器等。生產(chǎn)線的30 W震動(dòng)器更換為75 W震動(dòng)器，安裝前后用VM-63A測(cè)量進(jìn)行了全面對(duì)比，數(shù)據(jù)見表4。

表4

行業(yè)內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)值，飛靶上的震幅不低于0.30 mm。對(duì)于表中的數(shù)據(jù)可知，改造前生產(chǎn)線的震幅是偏小的，不能滿足最小震幅要求。根據(jù)需要更換為大功率（75 W）震動(dòng)器，從表中數(shù)據(jù)可知傳動(dòng)到飛靶震幅基本上大于0.50 mm。

3.2 震動(dòng)方式改造

縱觀PCB大多廠家震動(dòng)器的安裝方式都不一樣，無統(tǒng)一方式，而最為常見的有如下三種方式（表5）。

筆者通對(duì)表5三種不同安裝方式的效果追蹤及對(duì)比測(cè)試，對(duì)于到PCB板的震動(dòng)效果，從震幅測(cè)量結(jié)及用手觸摸震動(dòng)器及飛巴的效果，毫無疑問最佳是Z方向。以上為筆者通過設(shè)備改造跟進(jìn)得出的結(jié)論，僅供業(yè)界同行參考。

3.3 新型震動(dòng)在線檢測(cè)警報(bào)系統(tǒng)的引入

通過更新震動(dòng)器及震動(dòng)器安裝方式的改變，生產(chǎn)線氣泡型孔內(nèi)無銅的比例明顯降低。震動(dòng)效果是提升了，品質(zhì)是提高了，但是生產(chǎn)線還是偶爾會(huì)發(fā)生批量的氣泡型孔內(nèi)無銅，究其原因，不外乎兩種原因。一是生產(chǎn)線員工忘記開震動(dòng)器；二是震動(dòng)器變?nèi)趸驌p壞。一般的PCB廠家平常對(duì)震動(dòng)器的監(jiān)控，只停留在用震幅測(cè)試儀器檢測(cè)及每4小時(shí)對(duì)震動(dòng)馬達(dá)點(diǎn)檢一次的做法。這樣的做法針對(duì)性不強(qiáng)，耗費(fèi)大量人力，又監(jiān)控不到位時(shí)且不能及時(shí)反應(yīng)問題，有很大的品質(zhì)異常之風(fēng)險(xiǎn)。

表5

引入新型震動(dòng)在線檢測(cè)警報(bào)系統(tǒng)（圖6），則可以完全解決我們所提心的問題。震動(dòng)在線檢測(cè)警報(bào)系統(tǒng)是通過把檢測(cè)震動(dòng)位移的檢測(cè)探頭安裝到震動(dòng)架上，然后檢測(cè)探頭通過與顯示位移量的顯示表頭連接，外加聲光報(bào)警器達(dá)成。其主要工作原理為：首先是要與生產(chǎn)線的電控系統(tǒng)相連，取得相關(guān)數(shù)據(jù)信息。警報(bào)系統(tǒng)工作時(shí)，檢測(cè)探頭在震動(dòng)器工作時(shí)才檢測(cè)其位移量，震動(dòng)器不工作時(shí)不檢測(cè)（如震動(dòng)器設(shè)定震15 s，停10 s；檢測(cè)探頭是在震動(dòng)器震動(dòng)15 s才檢測(cè)），檢測(cè)到的位移量（震幅）在表頭顯示出來，同時(shí)該位移量與檢測(cè)警報(bào)系統(tǒng)設(shè)定好的最低位移量進(jìn)行比較（設(shè)定0.3 mm），當(dāng)檢測(cè)值小于設(shè)定位移量時(shí)，聲光報(bào)警器則馬上動(dòng)作，并在顯示屏提示哪個(gè)缸體震動(dòng)器出現(xiàn)異常。

圖1 震動(dòng)在線檢測(cè)警報(bào)系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)易圖

新型震動(dòng)在線檢測(cè)警報(bào)系統(tǒng)的調(diào)試：分別把人行側(cè)及維修側(cè)震動(dòng)開關(guān)關(guān)閉，是否報(bào)警?

結(jié)果：表頭顯示結(jié)果為0～0.004 mm， 報(bào)警器響及閃爍，測(cè)試正常，說明員工沒開震動(dòng)器，系統(tǒng)能識(shí)別并報(bào)警。

分別把人行側(cè)及維修側(cè)震動(dòng)報(bào)警設(shè)定值高于實(shí)際值，是否報(bào)警？

結(jié)果：表頭顯示結(jié)果小于設(shè)定值， 報(bào)警器響及閃爍。

通過A、B兩項(xiàng)測(cè)試，也就是說此套系統(tǒng)能滿足生產(chǎn)線使用要求。

震動(dòng)警報(bào)系統(tǒng)震動(dòng)數(shù)據(jù)與測(cè)震儀對(duì)比測(cè)量結(jié)果（表7）。

從以上數(shù)可計(jì)算，顯示值與測(cè)量值之間的偏差在5%以內(nèi)，也就是說警報(bào)系統(tǒng)震幅測(cè)量值可以達(dá)到生產(chǎn)使用及監(jiān)控要求。

3.4 效果驗(yàn)證

通過長(zhǎng)時(shí)間在測(cè)試對(duì)生產(chǎn)線孔內(nèi)無銅報(bào)廢率數(shù)據(jù)的收集，其中第一條標(biāo)識(shí)線為震動(dòng)器更換及震動(dòng)方式更改的時(shí)間；第二條標(biāo)識(shí)線為生產(chǎn)線引入新型震動(dòng)在線檢測(cè)警報(bào)系統(tǒng)的時(shí)間，從圖7可以清晰看出，測(cè)試孔內(nèi)無銅報(bào)廢率一直呈下降趨勢(shì)，然后穩(wěn)定在（50×10-6/℃）～（80×10-6/℃）。首先，震動(dòng)器更換及震動(dòng)方式此設(shè)備改種造是降低內(nèi)無銅報(bào)廢率的主因，但新型震動(dòng)在線檢測(cè)警報(bào)系統(tǒng)是必不可少，警報(bào)系統(tǒng)起到的預(yù)警作用，避免因震動(dòng)異常所帶來的品質(zhì)隱患。

4 新型震動(dòng)在線檢測(cè)警報(bào)系統(tǒng)維護(hù)及產(chǎn)品品質(zhì)監(jiān)控

4.1 新型震動(dòng)在線檢測(cè)警報(bào)系統(tǒng)維護(hù)

（1）每周用震動(dòng)測(cè)試儀（VM-63A）實(shí)測(cè)震動(dòng)系統(tǒng)震幅，對(duì)測(cè)實(shí)測(cè)震動(dòng)幅度與系統(tǒng)數(shù)值對(duì)比進(jìn)行調(diào)校，使得系統(tǒng)監(jiān)測(cè)更準(zhǔn)確。

（2）每6小時(shí)記錄震動(dòng)數(shù)量，用按SPC要求描點(diǎn)，便于生產(chǎn)線員工及工程掌握震動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，可以做好預(yù)防保養(yǎng)動(dòng)作。

（3）每周維護(hù)檢查避震膠有無老化，破損（避震膠硬度要求：50°～60°），震動(dòng)警報(bào)系統(tǒng)零件是否完好，震動(dòng)架有無損壞等。

4.2 產(chǎn)品品質(zhì)監(jiān)控

表6

表7

4.2.1 萬孔板檢測(cè)（Daisy chain test）

（1）設(shè)計(jì)：萬孔板厚徑比： 8:1（或10:1）

孔數(shù) 56 000孔/塊，板尺寸：450 mm×610 mm

（2）流程：

①鉆孔

②沉銅/板電/5 μm ～ 7 μm

③正常干菲林

④正常圖形電鍍10 μm ～ 20 μm

⑤正常堿性蝕刻

⑥第一次測(cè)量

⑦過D/F化學(xué)前處理微蝕

⑧第二次測(cè)量，第二次測(cè)量數(shù)減去第一次測(cè)量數(shù)即為圖電電銅氣泡型孔內(nèi)無銅數(shù)

⑨測(cè)試頻率：每?jī)芍芤淮?，或根?jù)生產(chǎn)線的實(shí)際控制狀況而定。

通過萬孔板測(cè)試（Daisy chain test），可以全面掌握生產(chǎn)線整體的狀況是否處于受控；是若不是，則可以及時(shí)找出問題根源。

4.2.2 震動(dòng)異常品質(zhì)監(jiān)控

（1）當(dāng)發(fā)生警報(bào)并確定是震動(dòng)器壞或低于震幅規(guī)格要求時(shí)，用纖維板寫上標(biāo)識(shí)并掛在發(fā)生問題板的飛靶上，下板時(shí)隔離發(fā)生問題的那缸板，并停止進(jìn)板到此缸，直至檢修好或更換震動(dòng)器且震動(dòng)幅度達(dá)到要求后才能進(jìn)板。

（2）問題板100%切片檢查，分開標(biāo)志出貨，結(jié)果追蹤到測(cè)試。

5 結(jié)論

（1）新型震動(dòng)在線檢測(cè)警報(bào)系統(tǒng)不需要改動(dòng)現(xiàn)有設(shè)備，安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)及檢修方便。通過安裝警報(bào)裝置，可以有效的實(shí)時(shí)監(jiān)控震動(dòng)幅度的變化，避免震動(dòng)器已失效或減弱，而導(dǎo)致發(fā)生的孔內(nèi)氣泡缺陷問題，保證了PCB板的可靠性。

（2）沉銅，板電及圖電線通過引進(jìn)新型震動(dòng)在線檢測(cè)警報(bào)系統(tǒng)，可以大幅度降低了孔內(nèi)無銅的報(bào)廢率，基本上改善了沉銅氣泡型，電銅氣泡型及電錫氣泡型孔內(nèi)無銅問題。