PCB板內(nèi)短成因及其改善方法探討

李飛宏 徐 緩 鄧宏喜 陳世金（博敏電子股份有限公司，廣東 梅州 514768）

PCB板內(nèi)短成因及其改善方法探討

李飛宏 徐 緩 鄧宏喜 陳世金
（博敏電子股份有限公司，廣東 梅州 514768）

目前印制電路板的設(shè)計越來越趨向高密度發(fā)展，這給印制電路板的制造帶來了諸多挑戰(zhàn)，生產(chǎn)難度是越來越大，特別是多層板內(nèi)層短路報廢率高達(dá)1.08%，嚴(yán)重影響生產(chǎn)質(zhì)量，大幅增加了多層板生產(chǎn)的品質(zhì)報廢成本。本文將針對多層板內(nèi)短問題進(jìn)行原因分析及改善方法探討。

印制電路板；高密度；內(nèi)短

1 背景

目前印制電路板的設(shè)計越來越趨向高密度發(fā)展，這給印制電路板的制造帶來了諸多挑戰(zhàn)，生產(chǎn)難度是越來越大。在PCB多層板生產(chǎn)中報廢率居高不下，特別是內(nèi)短報廢在各項報廢中所占比例頗高，給多層板品質(zhì)管控帶來很大壓力。收集第36周至45周內(nèi)短報廢率數(shù)據(jù)，第36周1.08%、第45周0.81%。第36周的內(nèi)短報廢率達(dá)1.08% ，比目標(biāo)0.68%超出0.40%，改善多層板內(nèi)短問題是當(dāng)務(wù)之急。

2 內(nèi)短不良原因分析魚骨圖

為了從根源上有效改善多層板內(nèi)層短路，首先從人、機(jī)、物、法、環(huán)方面魚骨圖不良原因分析如圖1。

圖1 不良原因分析魚骨圖

3 不良原因分析與改善對策

造成多層板內(nèi)層短路的主要因素為內(nèi)層線路生產(chǎn)品質(zhì)問題、內(nèi)層線路間銅渣雜物、壓合層偏、鉆孔偏位等異常造成，下面主要針對這幾方面作探討。

3.1 內(nèi)層線路品質(zhì)對短路的影響

內(nèi)層線路間短路主要為內(nèi)層工序生產(chǎn)所造成，生產(chǎn)時每個流程細(xì)節(jié)必須嚴(yán)加管控。內(nèi)層前處理來料銅面膠漬是造成蝕不凈而短路的原因之一（圖2），必須檢查無銅面膠漬異常；涂布線做好清潔，確保油墨里和銅面無雜物顆粒粘附；曝光操作不規(guī)范或臺面銅顆粒雜物導(dǎo)致照片擦花產(chǎn)生批量性的定位短路（圖3）；內(nèi)層DES線垃圾膠漬附著銅面也產(chǎn)生蝕刻不凈而短路，DES線應(yīng)定期保養(yǎng)清除滾輪上的膠漬。

圖2 銅面膠漬導(dǎo)致的短路

圖3 蝕刻不凈導(dǎo)致的短路

3.2 內(nèi)層線路間銅渣雜物對短路的影響

另外內(nèi)層照片漲縮控制至關(guān)重要，照片上機(jī)前必須控制尺寸偏差±0.038 mm（±1.5 mil）；內(nèi)層芯板尺寸控制需在要求范圍內(nèi)，每套板需管控層間偏差在0.05 mm（2 mil）（同心圓）以內(nèi)。內(nèi)層上機(jī)前底片漲縮數(shù)據(jù)和蝕刻后板漲縮數(shù)據(jù)及壓合后鉆靶數(shù)據(jù)，需經(jīng)由工藝分析確認(rèn)漲縮區(qū)間后是否需調(diào)整首板FA補(bǔ)償系數(shù)以及鉆孔鉆帶，確保后續(xù)無偏位造成的短路。

（1）內(nèi)層線路間銅渣雜物粘附，在AOI掃描檢修過程中經(jīng)常會出現(xiàn)臺面上掉落的銅屑、銅絲粘附在線路上面，在后續(xù)的流程棕化仍未能清潔去除掉，壓合在內(nèi)層里面后即形成短路（圖4）。

圖4 線路上粘附銅絲

（2）在內(nèi)層修補(bǔ)過程中由于補(bǔ)線不良而導(dǎo)致的線路翹起或脫落造成內(nèi)層線路間短路（圖5），必須控制內(nèi)層檢修的品質(zhì)。

圖5 修補(bǔ)不良

（3）同樣在壓合鉚合時亦會因鉚釘機(jī)臺面鉚釘碎屑、銅屑?xì)埩粽掣皆趦?nèi)層線路間，壓合后便導(dǎo)致了多層板的內(nèi)層短路（圖6、圖7）。板面、線路上經(jīng)常會粘附很多銅箔碎片，需要在內(nèi)層芯板生產(chǎn)過程中特別管控，開料需保證板邊光滑，無銅皮披鋒翹起；壓合管控板邊無缺膠銅箔皺折導(dǎo)致板邊分層、銅皮脫落而掉在板面線路上，造成壓合后短路。

圖6 線路上粘附銅屑

圖7 線路上粘附銅塊

3.3 壓合層偏對短路的影響

因?qū)娱g產(chǎn)生的偏移而導(dǎo)致的短路是最致命的缺陷，往往產(chǎn)生批量性短路異常，需要壓合工序從工藝方面考量作系統(tǒng)全面的控制。

（1）針對6層及以上板需采用熔合加鉚合控制的方式，并用X-RAY檢查層間對準(zhǔn)度偏差需小于0.05 mm （2 mil），以提高各層間對準(zhǔn)的精度，此為關(guān)鍵控制要點(diǎn)。多層板熔合需注意熔合頭的清潔（圖8），檢查熔合窗位置結(jié)合力是否足夠（熔合窗發(fā)白），如有熔合窗位鼓起應(yīng)先整平，再檢查層間對準(zhǔn)度（圖9）；鉚合后生產(chǎn)板檢查前應(yīng)先確保鉚釘位是否下釘，鉚釘是否開花及良好，并清理鉚釘位銅屑后再進(jìn)行檢查。不合格板拆板后翻做，翻做次數(shù)不可超過2次。

圖8 熔合頭定期清潔

圖9 層間對準(zhǔn)度檢查

（2）多層板層偏對準(zhǔn)度需嚴(yán)格按檢查標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管控，應(yīng)有效控制多層板的對準(zhǔn)精度（圖10）。

圖10 對準(zhǔn)精度要求

（3）鉚釘使用長度過短會直接影響層間對準(zhǔn)精度，層與層之間會產(chǎn)生偏移，根據(jù)鉚合厚度選用適當(dāng)規(guī)格的鉚釘（表1），鉚釘長度比鉚合厚度大0.5 mm ～ 0.8 mm。

表1 鉚釘使用長度規(guī)格

（4）多層板壓合程式參數(shù)選用不合理，熱壓機(jī)升溫速率過快及壓力過大會產(chǎn)生滑移層偏，壓合程序升溫速率應(yīng)降低至1.5 ℃/min，壓合程序高壓壓力應(yīng)降底至2.76 MPa，不良板如圖11，整PNL板四角層偏X-RAY檢查圖如圖12，其四角同心圓朝同一方向偏移。

圖11 滑移層偏

圖12滑移層偏不良X-RAY檢查

（5） 多層板在鉚合作業(yè)時鉚釘個數(shù)不夠亦會產(chǎn)生壓合層與層之間的偏移，這也是導(dǎo)致壓合層偏因素之一，下面為多層板實際生產(chǎn)中工藝制訂的鉚釘數(shù)設(shè)計準(zhǔn)則可以參考表2。

表2 多層板定位鉚釘數(shù)

3.4 鉆孔偏位對短路造成的影響

（1）鉆孔機(jī)精度是造成鉆孔偏位最直接的原因，鉆孔偏位往往內(nèi)層線路相連導(dǎo)致短路。每三個月必須對鉆孔機(jī)進(jìn)行孔位精度測試， X軸、Y軸、Z軸精度保證±0.075 mm。每月對鉆機(jī)主軸進(jìn)行一次RUN-OUT測試（標(biāo)準(zhǔn)≤20 mm）及扭力測試（標(biāo)準(zhǔn)≥300 N）。動態(tài)Run-out過大，鉆頭在下鉆過程中搖擺晃動，定位不準(zhǔn)，孔偏方向往往不一致；鉆頭同心度誤差過大，鉆頭崩角，夾頭鎖緊不正確及鉆孔機(jī)精準(zhǔn)度不夠均可引起動態(tài)Run-out過大，從而導(dǎo)致孔偏。

（2）多層板間夾有異物，下鉆過程中鉆頭遇阻力產(chǎn)生偏移，此種情況多發(fā)生在小鉆徑之鉆頭，因其鋼性不夠，遇到阻力即產(chǎn)生偏移甚至引起斷針。

（3）多層板定位孔偏及或打定位Pin孔偏，此種異常為整板孔偏，往往會整趟板報廢，靶孔偏可通過X-Ray檢驗，而現(xiàn)場作業(yè)中打Pin時未正確使用專用壓克力治具，敲Pin用力不正，機(jī)臺運(yùn)行過程中撞Pin均會Pin孔偏而導(dǎo)致整板鉆偏。

（4）生產(chǎn)中人員操作失誤，鉆孔時壓力腳設(shè)置不當(dāng)或磨損嚴(yán)重，撞到銷釘使生產(chǎn)板產(chǎn)生移動，正常壓腳高度距板面0.80 mm為鉆孔最佳壓腳高度；夾頭未按照要求保養(yǎng)清洗不干凈，影響機(jī)器精度而產(chǎn)生鉆孔偏位；蓋板鋁片表面劃痕或折痕，在引導(dǎo)鉆咀下鉆時產(chǎn)生位移偏差；作業(yè)人員生產(chǎn)時膠紙未貼牢，多層板產(chǎn)生滑動而導(dǎo)致孔偏。

（5）多層板內(nèi)層孔到銅間距不夠也是導(dǎo)致內(nèi)層短路的致命因素，一般要求孔到銅最小間距0.2 mm。

4 結(jié)語

綜合以上多層板內(nèi)短不良分析，造成內(nèi)短的因素是多方面的，主要因素為內(nèi)層線路生產(chǎn)品質(zhì)問題、內(nèi)層線路間銅渣雜物、壓合層偏、鉆孔偏位等不良產(chǎn)生，需要每個細(xì)節(jié)做好管控，任何一環(huán)節(jié)產(chǎn)生異常都將前功盡棄，內(nèi)層短路需要全方位去控制方可有效改善之，進(jìn)而提升多層板生產(chǎn)良率。

李飛宏，工程技術(shù)研發(fā)中心高級工程師，主要從事PCB工藝流程技術(shù)和研發(fā)項目工作，有近十八年的工藝流程技術(shù)、項目研發(fā)、政府科技項目和知識產(chǎn)權(quán)申報管理經(jīng)驗。

To investigate the causes of the PCB inner short circuit and method for improving

LI Fei-hong XU Huan DENG Hong-xi CHEN Shi-jin

At present the design of the PCB is becoming more and more toward high density, which brings many challenges to the PCB manufacturing, and the production difficulty is bigger and bigger. The scrap rate is significantly higher, especially for the inner line scrap rate is as high as 1.08%, which seriously affected the production quality, greatly increased the quality of the multilayer production scrap costs. This article will perform causal analysis of laminated plate inner short problems and discuss the improving methods.

PCB; High Density; Inner Short Circuit

TN41

A

1009-0096（2015）01-0047-03