沉金板阻焊半塞孔冒油問題改良

常 盼 邢玉偉（東莞生益電子有限公司，廣東 東莞 523039）

沉金板阻焊半塞孔冒油問題改良

常 盼 邢玉偉
（東莞生益電子有限公司，廣東 東莞 523039）

為了降低沉金板阻焊半塞孔冒油比例，設計試驗驗證總結影響沉金板阻焊半塞孔冒油的影響因素：阻焊塞孔油墨更換、重氮片更換、顯影參數(shù)調(diào)整及后烘參數(shù)優(yōu)化等。通過試驗逐一驗證后輸出控制措施從而達到改善沉金板阻焊半塞孔冒油問題。

塞孔油墨；重氮片；菲林粘油；顯影參數(shù)；后烘參數(shù)

1 現(xiàn)狀分析

隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，PCB沉金板阻焊半塞孔設計類型板也隨之增多，而此類半塞孔設計的板生產(chǎn)流程長、過程失效點多，在阻焊顯影后及后烘后會出現(xiàn)半塞孔位冒油上焊盤缺陷，導致沉金后該位置沉金不上金。此問題已嚴重影響阻焊工序及沉金工序的生產(chǎn)計劃及公司的交貨計劃，急待解決。

1.1 阻焊半塞孔設計介紹

阻焊半塞孔制作流程為：前處理→阻焊塞孔→板面絲印→預烘→曝光（半塞孔開窗面擋光）→顯影→后烘。具體流程示意圖（剖面圖）如表1所示。

小結：從上述生產(chǎn)流程可以看出，此類設計板生產(chǎn)流程長，過程控制難度大，易出現(xiàn)品質(zhì)問題。

1.2 沉金板結構分析

在阻焊顯影后及沉金后易出現(xiàn)半塞孔位冒油上焊盤導致沉金不上金缺陷。前期多次生產(chǎn)此類型板均出現(xiàn)了不同程度的冒油問題，嚴重影響了工序的生產(chǎn)計劃及公司交貨計劃。統(tǒng)計我公司2014年1月至2014年6月沉金半塞孔板冒油比例數(shù)據(jù)，結果如圖1所示。

小結：從上述數(shù)據(jù)可以看出平均缺陷比例達到1.93%，6月份半塞孔板冒油比例達到2.22%，出現(xiàn)半塞孔冒油輕則擦掉補金處理，嚴重的則需報廢處理。

2 原因分析

阻焊半塞孔的生產(chǎn)流程相對復雜，因此影響阻焊半塞孔位冒油的因素也是多方面的。通過魚骨圖分析，阻焊半塞孔位冒油的影響因素如圖2所示。

表1 半塞孔生產(chǎn)制作流程

圖1 2014年1月至6月半塞孔板冒油上焊盤比例

通過長期對問題板看板積累，從魚骨圖中進一步篩選出主要影響因素：塞孔油墨性能不足、塞孔控制不當、預烘不均勻、曝光照片粘油、顯影參數(shù)不當、后烘低溫段時間不足等因素。

3 分析

根據(jù)上述原因分析，關鍵控制點主要為：塞孔油墨性能不足、塞孔控制不當、預烘不足、對位曝光過程照片粘油、顯影熱水洗及烘干段以及后烘低溫段時間不足，半塞孔冒油關鍵改善點如表2所示。改善沉金板半塞孔冒油主要從關鍵控制點入手。

4 試驗過程

我司在線大批量板中A型號板為沉金半塞孔板，且其板設計難度大（半塞孔孔徑多數(shù)量大且最大半塞孔孔徑為0.45 mm）本次試驗均采用此板作為試板，保證試驗參數(shù)的一致性，同時降低其他生產(chǎn)過程對試驗結果的影響。

圖2 沉金板阻焊半塞孔位冒油原因分析魚骨圖

表2 沉金阻焊半塞孔板冒油關鍵改善點

4.1 塞孔油墨對沉金半塞孔冒油的影響

4.1.1 試驗設計

分別采用不同的塞孔油墨進行試驗，驗證塞孔油墨性能對沉金板半塞孔冒油的影響，具體試驗方案如表3所示。

表3 不同塞孔油墨對比試驗方案

4.1.2 試驗關鍵數(shù)據(jù)記錄

過程關鍵參數(shù)記錄如表4所示。

表4 不同塞孔油墨對比試驗過程關鍵參數(shù)記錄

4.1.3 試驗結果

（1）沉金后檢板結果。

阻焊后烘后對不同組試板過沉金前處理微蝕后全檢，檢板結果如表5所示。

表5 不同塞孔油墨對半塞孔冒油的影響檢板結果

小結：三組試驗在相同的試驗參數(shù)下試驗（對比不同塞孔油墨對半塞孔冒油的影響），阻焊后烘并過沉金前處理后全檢，冒油比例分別為：A油墨20.0%， B油墨6.7%，C油墨16.7%，使用B塞孔油墨的半塞孔冒油數(shù)量明顯少于使用A及C兩種油墨塞孔板。

（2）不同塞孔油墨后烘后冒油圖片。

不同塞孔油墨后烘后冒油表觀圖片如表6所示。

小結：從圖可以看出，三組試驗狀態(tài)下，半塞孔冒油主要出現(xiàn)在大孔（0.45 mm），A油墨及C油墨半塞孔冒油位置點數(shù)多，且每個孔冒油范圍大，而B油墨半塞孔冒油位置則出現(xiàn)點數(shù)少且冒油范圍小。

4.1.4 原因分析

使用B油墨半塞孔位冒油較使用A及C油墨塞孔少，很多原因在于B油墨屬專業(yè)塞孔油墨，其固含量高于A（板面油墨）及C（板面油墨），即油墨中揮發(fā)性物質(zhì)含量較少。后烘過程中油墨中揮發(fā)性物質(zhì)多的更容易因揮發(fā)性物質(zhì)揮發(fā)而導致冒油上焊盤。

表6 不同塞孔油墨后烘后冒油表觀圖片

4.2 不同預烘參數(shù)對照片粘油的影響

4.2.1 試驗設計

因阻焊預烘不足直接受影響的是孔內(nèi)油墨固化程度，因為孔內(nèi)油墨即可看作一個綠油柱，高度與板厚相當，而板面油墨厚度則只有40 μm左右。通過延長預烘時間來提高孔內(nèi)油墨的固化程度，防止對位曝光過程中照片粘油。

具體試驗設計如表7。

表7 不同預烘參數(shù)對照片粘油影響試驗設計

4.2.2 試驗結果

分別對比正常預烘參數(shù)（70 ℃*60 min）及延長預烘時間（70 ℃*80 min）的板連續(xù)做板30P后，半塞孔開窗位照片粘油情況進行檢查，結果延長預烘時間對于照片粘油并沒有明顯改善，反而導致顯影難度加大，易出現(xiàn)顯影不良及斷橋缺陷。

4.2.3 原因分析

因塞孔孔內(nèi)“阻焊油墨柱”高度太大，延長預烘烘板時間并不能有效改善孔內(nèi)油墨的固化程度，故延長預烘烘板時間不能有效改善曝光照片粘油問題，同時也會增加阻焊顯影難度。

4.3 不同曝光底片對照片粘油的影響

4.3.1 試驗設計

照片粘油原因除了塞孔位油墨固化不足之外，還有照片本身表面粗糙度高，與油墨接觸后之間產(chǎn)生的結合力較大，導致撕照片過程中將孔口油墨返粘至照片表面。不同照片對粘油影響試驗設計如表8所示。

表8 不同曝光照片對照片粘油的影響試驗分組

4.3.2 試驗結果

不同曝光照片粘油情況對比試驗結果，F(xiàn)OLEX照片粘油較目前使用的GMP照片存在一定的改善，但是效果不夠明顯。且和GMP一樣，粘上的油墨不能有效的被照片水清洗干凈。故采用FOLEX不能改善照片粘油問題。

4.3.4 原因分析

兩種重氮片均為超滑，其表面粗糙度相當，所以對于照片粘油不能起到改善效果。

4.4 曝光照片半塞孔位增加透光點對照片粘油改善

4.4.1 機理分析

阻焊半塞孔開窗位之所以易返粘板面油墨，原因在于此位置在曝光時為擋光區(qū)，油墨不能經(jīng)過光固化，固化程度不足。在該位置增加透光點（在半塞孔開窗面孔中間增加比孔小的透光點），使該位置油墨在曝光過程中產(chǎn)生光固化（如圖3所示），從而增加該位置油墨與板面的結合力，不至于返粘于照片之上。

圖3 半塞孔位增加透光點示意圖

4.4.2 試驗設計

試驗選取試板含0.45 mm、0.35 mm、0.30 mm及0.25 mm半塞孔。因考慮到0.25 mm及0.30 mm半塞孔孔徑太小，增加透光點易出現(xiàn)因?qū)ζ珜е碌目卓陲@影不良，故此次試驗只針對0.45 mm及0.35 mm半塞孔。具體試驗設計表9。

4.4.3 試驗結果

三組試驗連續(xù)生產(chǎn)15P板后，半塞孔位增加透光點后粘油情況有一定改善效果，但是不能完全解決。同時此方法只能適用于孔徑較大的半塞孔，對于小孔徑半塞孔不能使用，生產(chǎn)過程中易出現(xiàn)因?qū)ζ珜е碌目卓陲@影不凈問題。

表9 增加透光點試驗設計

4.5 貼照片保護膜對照片粘油的影響

4.5.1 試驗設計

驗證貼照片保護膜（超滑膜）是否可以降低照片表面粗糙度，從而達到改善照片粘油的目的。用GMP重氮片分別貼膜與不貼膜各30P試驗。

4.5.2 試驗結果

（1）連續(xù)生產(chǎn)30P板，貼保護膜照片沒有出現(xiàn)照片粘油情況，而未貼保護 膜的粘油情況嚴重，已經(jīng)嚴重影響做板品質(zhì)。

（2）連續(xù)生產(chǎn)30P板，貼保護膜照片未出現(xiàn)起皺、氣泡情況，采用酒精清潔后可繼續(xù)使用。

4.5.3 原因分析

該保護膜屬于超滑膜，表面粗糙度小，從而保證在連續(xù)使用過程中照片不出現(xiàn)粘油問題。

4.6 顯影速度對半塞孔冒油的影響

在于對比沉金阻焊半塞孔板在不同顯影速度情況下冒油缺陷率對比（隨著顯影速度的降低，半塞孔孔內(nèi)油墨則會被沖出更多，半塞孔冒油可能更?。?/p>

4.6.1 試驗設計

顯影速度對半塞孔冒油影響試驗設計如表10。

表10 顯影速度對半塞孔冒油影響試驗設計

4.6.3 試驗結果

顯影速度對半塞孔冒油影響試驗結果如表11?？梢钥闯?，通過降低顯影速度并沒有改善沉金阻焊半塞孔冒油比例，反而冒油比例比正常顯影速度還高。

表11 顯影速度對半塞孔冒油影響試驗結果

為此我們對兩組試驗的缺陷進行觀察，并切片確認孔內(nèi)塞孔深度，結果兩組試驗冒油表觀上無明顯差異。經(jīng)過切片分析，兩組試板相同孔徑半塞孔塞孔深度基本持平，故隨著顯影速度的降低，對半塞孔孔內(nèi)油墨沖洗能力沒有明顯增強。

4.7 顯影熱水洗、水洗壓力及熱風風干對半塞孔冒油影響

通過多次看板發(fā)現(xiàn)，阻焊顯影后半塞孔開窗位易出現(xiàn)油墨流出至孔口焊盤問題。經(jīng)過初步分析，造成顯影過程冒油主要原因有以下幾點，熱水洗未關閉、水洗壓力大、熱風風刀未關閉。

4.7.1 試驗設計

對熱水洗未關閉、水洗壓力大、熱風風刀未關閉同時進行試驗對比（表12）。

4.7.2 試驗結果

顯影線對半塞孔冒油影響試驗結果如表13?？梢钥闯觯@影線熱水洗、水洗壓力大、熱風風刀開/關三個因素均對沉金半塞孔冒油影響較大，且各因素影響大小依次為：熱水洗＞熱風風刀＞水洗壓力。

4.7.4 原因分析

分析發(fā)現(xiàn)顯影線控制參數(shù)中熱水洗、熱風風刀及水洗壓力有一個共同點，即經(jīng)過該段時水或者風會對半塞孔開窗面孔內(nèi)油墨有沖擊作用，導致孔內(nèi)油墨溢出至孔口焊盤。

表12 顯影參數(shù)對半塞孔冒油試驗設計

表13 阻焊后烘對半塞孔冒油影響試驗結果

4.8 后烘參數(shù)對沉金板半塞孔冒油影響

看缺陷板發(fā)現(xiàn)，很多半塞孔冒油板，孔口并未發(fā)現(xiàn)明顯綠色物質(zhì)，僅僅表現(xiàn)為孔口覆蓋一層類似油狀的物質(zhì)導致沉金時不上金。經(jīng)過分析，得出如下解釋：半塞孔孔內(nèi)油墨在預烘及曝光過程中均未得到有效的固化，同時在顯影過程中孔內(nèi)會殘留部分水份，后烘過程中半塞孔孔內(nèi)水份及油墨中揮發(fā)性物質(zhì)混合在一起同時揮發(fā)冒出，部分粘附于孔口銅面則造成冒油缺陷。而延長后烘低溫段烘板時間，可以讓孔內(nèi)水份及揮發(fā)性物質(zhì)緩慢揮發(fā)，不至于粘附于孔口處。

4.8.1 試驗設計

阻焊后烘參數(shù)對半塞孔冒油影響試驗設計，后烘分別采用10#程序和8#程序，其余過程控制參數(shù)完全一致，試板數(shù)量各30P。

（1）10#烘板程序：50 ℃/60 min+60 ℃/60 min+70 ℃/ 30 min+80 ℃/60 min+100 ℃/30 min+120 ℃/30 min+150 ℃/ 60 min（共5.5 h）

（2）8#烘板程序：40 ℃/90 min+50 ℃/30 min+60 ℃/ 60 min+70 ℃/30 min+90 ℃/30 min+120 ℃/30 min+150 ℃/ 60 min（共5.5 h）

4.8.2 試驗結果

阻焊后烘對半塞孔冒油影響試驗結果如表14。通過試驗發(fā)現(xiàn)延長后烘烘板時間對于半塞孔冒油有改善，待進一步批量驗證。

5 改善措施輸出

通過上述八組試驗，對于半塞孔冒油得出相關改善措施，具體改善措施見表15。

6 改善措施驗證與結論

按照上述輸出的改善措施進行生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)自從實施改善措施以后沉金板阻焊半塞孔冒油比例降低很多。統(tǒng)計2014年7月1日至2014年12月31日沉金板阻焊半塞孔冒油比例如表15，改善趨勢圖如圖4所示。

圖4 2014年7月至12月沉金板半塞孔冒油上焊盤比例曲線圖

通過近一年的試驗與總結，輸出沉金板阻焊半塞孔板的控制措施，使得沉金板半塞孔冒油比例由1.93%降低至0.89%，降低比例54%，改善效果明顯。

表14 沉金阻焊半塞孔板改善措施輸出

表15 2014年7月至12月沉金板半塞孔冒油上焊盤比例統(tǒng)計

常盼，高分子材料與工程專業(yè)，制造工程部工程師，主要從事阻焊工序工藝能力提升及工藝能力維護工作。

Improving the problem of heavy gold plate resistance welding of half jack oil

CHANG Pan XING Yu-wei

In order to reduce the heavy gold plate resistance welding of half jack oil ratio, we made design test, summarized the influence factors of oil in plug hole∶ plug hole solder resist ink change, diazo replacement, imaging parameters adjustment and drying parameter optimization, etc. One by one through the test output control measures so as to achieve improved after heavy gold pl-ate resistance welding half jack take the purpose of the oil problem.

Jack Ink, Diazo Piece; Film Viscosity; Developping Parameter; Drying Parameters

TN41

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1009-0096（2015）07-0021-07