應(yīng)用田口法優(yōu)化印制板固化程度研究

馬亞偉 茍輝

摘要：為滿足日益發(fā)展的電子科學(xué)技術(shù)對(duì)于印制電路板質(zhì)量要求的不斷提升，本文應(yīng)用田口法對(duì)影響電路板固化程度的層壓參數(shù)進(jìn)行分析，以通過優(yōu)化參數(shù)改善固化程度，借此實(shí)現(xiàn)提升印制板質(zhì)量的目標(biāo)。最終得到了本單位層壓條件下最優(yōu)參數(shù)組合：升溫速度2℃ /min、烘干時(shí)間80min、保溫時(shí)間90min、降溫速度3℃ /min，同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)測試了該組合的適用性。

關(guān)鍵詞：田口法 印制電路板 固化程度

1.引言

隨著科技的不斷進(jìn)步，電子產(chǎn)品逐漸向高密度化發(fā)展，PCB的層數(shù)逐漸增多，但導(dǎo)線的間距卻越來越小。同時(shí)為了應(yīng)對(duì)更加復(fù)雜苛刻的外部環(huán)境，對(duì)線路板的品質(zhì)也提出了更為嚴(yán)格的要求。因此，在整個(gè)PCB的設(shè)計(jì)、加工過程中需要更加嚴(yán)格的管控。近期本單位所壓合印制板較多出現(xiàn)鉆孔后毛刺和孔壁凹坑現(xiàn)象，在鉆孔工藝無特殊改變的情況下初步推斷為印制板層壓固化不完全導(dǎo)致的。固化程度是衡量印制電路板質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)之一，而層壓工序是決定印制板固化程度的重要工序之一。層壓工序是將預(yù)制好的內(nèi)層導(dǎo)電圖形的薄板、半固化片和外層薄型覆銅箔基材或銅箔定位后的待壓板，放置在熱壓機(jī)的層壓窗口內(nèi)，按工藝規(guī)定的條件加熱加壓使得半固化片重熔、固化形成具有內(nèi)層導(dǎo)電圖形的半成品多層板，該工序是決定最終生產(chǎn)出來的印制電路板質(zhì)量的關(guān)鍵[1]。層壓時(shí)應(yīng)先確定層壓參數(shù)以得到優(yōu)良的層壓結(jié)果，層壓參數(shù)與半固化片的種類、尺寸、特性、多層板結(jié)構(gòu)和熱壓機(jī)性能的關(guān)系甚密，因此無論采用哪種方法，層壓參數(shù)并非是一成不變的。

作為一種高效益、低投入的分析方法，田口法在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。它利用正交實(shí)驗(yàn)和信噪比（S/N）得到生產(chǎn)產(chǎn)品的最優(yōu)參數(shù)水平組合，通過設(shè)計(jì)提升產(chǎn)品的質(zhì)量而不是檢驗(yàn)。故本文利用田口法對(duì)層壓參數(shù)進(jìn)行分析，以得到影響層壓結(jié)果的最優(yōu)參數(shù)組合，提升印制電路板的質(zhì)量。

2.正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)

首先選取影響印制板固化程度的關(guān)鍵性層壓參數(shù)，并根據(jù)所選因素來設(shè)計(jì)合適的正交試驗(yàn)。本研究所所使用的壓合工藝參數(shù)主要包括了四個(gè)部分：人料段、升溫段、保溫段和降溫段。在印制板的層壓過程中，保溫段對(duì)產(chǎn)品最終的固化程度有著至關(guān)重要的影響，保溫階段時(shí)間的充分與否直接影響產(chǎn)品的固化水平。升溫階段和降溫階段也對(duì)產(chǎn)品的固化水平有一定影響。層壓前單片烘干充分與否也就是單片是否吸潮同樣對(duì)最終的固化程度有著較大影響。于是本文最終選取升溫速度、固化時(shí)間、降溫速度、單片烘干時(shí)間這四個(gè)因素作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。通過田口法，考慮成本原因，設(shè)計(jì)了四因素三水平的正交試驗(yàn)10 （34），樣本為：基材種類S1000_2M，半固化片1080+2116，板厚2.0mm，層數(shù)20層。每個(gè)因素下的水平值選取參照平時(shí)印制板壓合層數(shù)所用，具體如下表所示。

3.實(shí)驗(yàn)

根據(jù)上表1所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，相同層壓參數(shù)條件下各壓三塊印制板。印制板固化程度行業(yè)里一般使用來進(jìn)行衡量。表示在同一臺(tái)測量儀器、同種測量方式條件下，連續(xù)測得同一塊印制板的差值的絕對(duì)值，就是[Tg2Tg1]（注：Tg表示印制板從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦呔畚餆o定性狀態(tài)的溫度）。越小表明印制板壓合完畢后固化程度越優(yōu)良，理論上的最理想值為0。于是S/N計(jì)算時(shí)采用望小性的計(jì)算方法，S/N值越大表明被測對(duì)象的品質(zhì)越好。具體測量計(jì)算結(jié)果和每組參數(shù)的信噪比如下表2所示。

通過上述表2中的每個(gè)實(shí)驗(yàn)組合下的印制板固化程度信噪比結(jié)果計(jì)算出每個(gè)影響因子在各個(gè)水平下的信噪比均值，并且進(jìn)一步算出各個(gè)影響因素信噪比均值的方差值、極差值和方差貢獻(xiàn)率。當(dāng)一個(gè)影響因素的方差值越大或者極差值越大就能表明該因素對(duì)印制板固化好壞的影響越大，由此便能得到各個(gè)因素對(duì)于的結(jié)果的影響比重。由表3數(shù)據(jù)可得結(jié)論：通過本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明四個(gè)參數(shù)對(duì)固化程度影響由小至大分別是：升溫速度、降溫速度、烘干時(shí)間、保溫時(shí)間。

每個(gè)因素中水平所計(jì)算得到的信噪比均值越大就表明該水平是所屬因素中的最優(yōu)條件。由表3得到實(shí)驗(yàn)參數(shù)的最佳參數(shù)組合為：升溫速度2℃/min、烘干時(shí)間80min、保溫時(shí)間90min、降溫速度3'C/mm。并且由方差貢獻(xiàn)率可以保溫時(shí)間和烘干時(shí)間對(duì)于印制板固化程度的影響十分巨大，二者貢獻(xiàn)率已經(jīng)超過80%。于是日后意圖改善固化程度時(shí)首先調(diào)整保溫時(shí)間和單片烘干時(shí)間，只有當(dāng)二者調(diào)整為最佳條件下仍不能滿足要求是才考慮降溫速度和升溫速度的調(diào)整。因?yàn)楹笳邔?duì)于固化程度的影響程度較小，調(diào)整的結(jié)果不會(huì)特別明顯。通過此手段能夠較大幅度減少層壓參數(shù)工藝研究的周期，從而提高滿足提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量的雙要求。

4.再確認(rèn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證上述通過田口算法得到的層壓最佳參數(shù)組合是否具有普適性而非特殊性，本文對(duì)上述得到的組合結(jié)果進(jìn)行再確認(rèn)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)參數(shù)為升溫速度2℃/mm、烘干時(shí)間80min、保溫時(shí)間90min、降溫速度3℃/min進(jìn)行5次實(shí)驗(yàn)，其每組實(shí)驗(yàn)所壓合的結(jié)果如下表4所示。

田口算法的再確認(rèn)驗(yàn)證公式如下式（1）：

（l）式中：為升溫速度影響因子三個(gè)水平中最大的信噪比均值;

為烘干時(shí)間影響因子三個(gè)水平中最大的信噪比均值;

為保溫時(shí)間影響因子三個(gè)水平中最大的信噪比均值;

為降溫速度影響因子三個(gè)水平中最大的信噪比均值;

為所有信噪比均值;

由于保溫時(shí)間和烘干時(shí)間對(duì)于印制板固化程度影響比重較大，于是為了比較準(zhǔn)確的驗(yàn)證再確認(rèn)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是否具有普適性，本文使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和概率論中的理論，包含最佳參數(shù)：烘干時(shí)間80min、保溫時(shí)間90min的所有組合都當(dāng)做統(tǒng)計(jì)的樣本，總共有10個(gè)樣本，選取置信區(qū)間為95%，并通過下式（2）驗(yàn)證在確認(rèn)試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

（2）當(dāng)選取置信區(qū)間為95%時(shí)，當(dāng)再確認(rèn)實(shí)驗(yàn)的信噪比在[-0.68]

，0.839]區(qū)間內(nèi)就是可信的，明顯再確認(rèn)實(shí)驗(yàn)固化程度的信噪比為0.306在置信區(qū)間內(nèi)，驗(yàn)證了本文所得到的最佳參數(shù)是具有普適性的。

5.結(jié)論

本文應(yīng)用田口算法對(duì)印制板的層壓固化程度進(jìn)行了研究，結(jié)合了正交實(shí)驗(yàn)得到了本單位層壓條件下的最佳參數(shù)為：升溫速度2℃/mm、烘干時(shí)間80min、保溫時(shí)間90min、降溫速度3℃/mm。并且通過再確認(rèn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上述參數(shù)具有普適性，通過最佳參數(shù)壓合的印制板的固化程度指標(biāo)可以達(dá)到1.0℃左右。

參考文獻(xiàn)

[1]林金堵.現(xiàn)代印制電路基礎(chǔ)[M].上海印制電路信息雜志社，2005.