客戶端產(chǎn)品分層爆板原因及改善

趙 宇（ 天津普林電路股份有限公司，天津 300308）

客戶端產(chǎn)品分層爆板原因及改善

趙 宇
（ 天津普林電路股份有限公司，天津 300308）

在客戶反饋中，產(chǎn)品分層爆板占很大比例，而導(dǎo)致該問題發(fā)生的根本原因是產(chǎn)品吸潮，本文將從產(chǎn)品吸潮的兩個(gè)方面——制造和儲(chǔ)存過程中的吸潮進(jìn)行探討，找出改善產(chǎn)品吸潮的方法，從而減少這類問題帶來的反饋。

分層爆板；吸潮；表面工藝；包裝方式

1 前言

隨著電子產(chǎn)品的高速發(fā)展，PCB產(chǎn)品的需求量也越來越大，這對(duì)我們PCB廠商來說既是機(jī)遇，又是挑戰(zhàn)。我們要盡一切可能將產(chǎn)品做到最好。在客戶反饋中，產(chǎn)品分層爆板占很大比例，而導(dǎo)致該問題發(fā)生的根本原因是產(chǎn)品吸潮，這也是此次研究的重點(diǎn)。

2 PCB吸潮過程的分析

從時(shí)間軸上來看，一個(gè)客戶自下訂單開始，到對(duì)產(chǎn)品使用，期間共經(jīng)歷了PCB制造和儲(chǔ)存兩個(gè)過程。如圖1所示，這兩個(gè)過程為PCB吸潮最直接的過程。下面我們從這兩個(gè)過程入手，分別進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，找出影響吸潮的因素和改善方法。

圖1 PCB吸潮過程示意圖

3 PCB制造過程中的吸潮因素分析

3.1 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)選擇不同Tg值、不同層數(shù)和不同表面工藝的產(chǎn)品作為實(shí)驗(yàn)板，其中不同Tg值包括普通Tg（130 ℃）、中Tg（150 ℃）及高Tg（170 ℃），不同層數(shù)包括雙面板和多層板（多層板以六層板為例），不同表面工藝包括沉鎳金和熱風(fēng)整平錫，如表1所示。

表1 制造過程中產(chǎn)品吸潮的實(shí)驗(yàn)條件

3.2 實(shí)驗(yàn)過程

為了節(jié)約成本，我們選擇的實(shí)驗(yàn)板都為在線正式產(chǎn)品的下線廢片，每個(gè)產(chǎn)品選擇兩片廢片作為實(shí)驗(yàn)樣品，分別進(jìn)行吸水率測(cè)試，最后通過吸水率測(cè)試結(jié)果找出PCB制造過程中影響產(chǎn)品吸潮的最大因素。

3.2.1 吸水率測(cè)試方法及標(biāo)準(zhǔn)

（1）對(duì)所選樣品進(jìn)行取樣、稱重。

（2）對(duì)稱重后的產(chǎn)品進(jìn)行烤板，條件為105°C烘烤24小時(shí)。

（3）計(jì)算產(chǎn)品的吸水率：吸水率=[（初始重量—烘烤后重量）/烘烤后重量]×100%。

（4）測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：要求有鉛焊接產(chǎn)品吸水率≤0.2%，無鉛焊接產(chǎn)品吸水率≤0.1%。其中普通Tg產(chǎn)品執(zhí)行有鉛焊接標(biāo)準(zhǔn)，中、高Tg產(chǎn)品執(zhí)行無鉛焊接標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

如表2所示，可明確的看出PCB制程中的吸水率和產(chǎn)品的層數(shù)、Tg值關(guān)系不大，影響PCB制程中吸水率的直接因素為產(chǎn)品的表面工藝。表面工藝為熱風(fēng)的三個(gè)產(chǎn)品A1、A2、B2制程中的吸水率很小，幾乎為零。而表面工藝為沉鎳金的三個(gè)產(chǎn)品A3、B1、B3制程中的吸水率會(huì)相比前者高出很多，我們對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，如表3所示，可以直觀的看出沉金產(chǎn)品的吸水率明顯大于熱風(fēng)產(chǎn)品，并且A3產(chǎn)品的吸水率已經(jīng)超過無鉛產(chǎn)品的控制上限。

那么，造成兩種表面工藝吸水率不同的原因是什么呢？從兩種工藝的制造過程進(jìn)行對(duì)比。熱風(fēng)是產(chǎn)品在浸入高溫錫鍋后的上升過程中通過風(fēng)刀來實(shí)現(xiàn)整平錫，生產(chǎn)時(shí)間很短，此過程沒有水的參與。而沉鎳金就像沉銅一樣，是一個(gè)濕法制程，其本質(zhì)是產(chǎn)品一個(gè)濕化的過程，生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，在這個(gè)時(shí)間里，產(chǎn)品會(huì)大量吸水，這使得沉鎳金產(chǎn)品的吸水率高出熱風(fēng)產(chǎn)品很多。

表2 不同條件PCB產(chǎn)品制造過程中的吸水率測(cè)試結(jié)果

表3 不同表面工藝產(chǎn)品的吸水率測(cè)試結(jié)果

還發(fā)現(xiàn)A3產(chǎn)品兩個(gè)樣品的吸水率均超出了無鉛焊接產(chǎn)品吸水率的上限，那么客戶在焊接時(shí)就存在發(fā)生產(chǎn)品分層隱患。對(duì)比其他兩款沉金產(chǎn)品B1和B3，雖然吸水率較大，但都沒有超出上限，而A3產(chǎn)品的吸水率超出上限很多，其吸水率已經(jīng)達(dá)到B1、B3吸水率的2～3倍。對(duì)此，懷疑該產(chǎn)品制程中還有其他因素對(duì)吸水率造成影響。于是從產(chǎn)品制程中入手，按ERP流程查找（圖2），發(fā)現(xiàn)A3較其余兩個(gè)產(chǎn)品多出一濕法流程——鍍料，此流程生產(chǎn)中很少出現(xiàn)，只有對(duì)銅厚有特殊控制時(shí)才會(huì)增加開料后鍍料的流程。正因?yàn)槿绱?，才?dǎo)致了該產(chǎn)品吸水率高出其他兩款產(chǎn)品很多，也說明了PCB產(chǎn)品的濕法制程越多，其吸水率就越大。

圖2 從左至右分別為A3、B1、B3產(chǎn)品生產(chǎn)流程圖

3.4 實(shí)驗(yàn)總結(jié)

通過實(shí)驗(yàn)對(duì)吸水率進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)影響產(chǎn)品制造過程中吸潮的主要因素為產(chǎn)品的表面工藝，沉鎳金產(chǎn)品的吸水率明顯高于熱風(fēng)產(chǎn)品，其根本原因是沉金產(chǎn)品比熱風(fēng)產(chǎn)品多了一次濕法制程。從A3產(chǎn)品可以看到，其兩個(gè)樣品的吸水率均超出了無鉛焊接產(chǎn)品吸水率的上限，這是因?yàn)锳3產(chǎn)品不僅有沉鎳金的表面工藝，還有鍍料這個(gè)濕法制程，說明了PCB產(chǎn)品的吸水率是和濕法制程的多少成正比的。對(duì)此，我們可增加成品板烤板工藝，選用烘烤條件105 ℃烘烤24 h，這樣可去除產(chǎn)品中80%以上的濕氣，就是延長(zhǎng)了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。

4 PCB儲(chǔ)存過程中的吸潮因素分析

4.1 實(shí)驗(yàn)條件

此實(shí)驗(yàn)我們選擇不同Tg值、不同表面工藝和不同包裝方式的多層板作為實(shí)驗(yàn)板，如表4所示。

表4 儲(chǔ)存過程中產(chǎn)品吸潮的實(shí)驗(yàn)條件

4.2 實(shí)驗(yàn)過程

從成本方面考慮，我們?nèi)赃x擇正式產(chǎn)品的下線廢片作為實(shí)驗(yàn)板，每個(gè)型號(hào)的產(chǎn)品選擇8片作為實(shí)驗(yàn)樣品，然后把每個(gè)型號(hào)的8片樣品分成4組，分別進(jìn)行一次塑封包裝、兩次塑封包裝、鋁箔袋真空包裝和塑封+鋁箔袋真空包裝，再把包裝后的產(chǎn)品進(jìn)行模擬老化實(shí)驗(yàn)，條件為85 ℃/85%RH老化168 h，用來模擬客戶正常存儲(chǔ)環(huán)境下，產(chǎn)品儲(chǔ)放一年的時(shí)間，待老化結(jié)束后把包裝拆掉，對(duì)樣品進(jìn)行稱重、烘烤、再稱重（吸水率測(cè)試過程），最后通過吸水率測(cè)試結(jié)果找出PCB儲(chǔ)存過程中影響產(chǎn)品吸潮的最大因素。

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表5中看出，單種包裝方式中不同Tg、不同表面工藝的產(chǎn)品老化后吸水率相差不大，而縱向?qū)Ρ炔煌b方式下同一型號(hào)的產(chǎn)品老化后吸水率相差很多，PCB產(chǎn)品儲(chǔ)存過程中影響吸潮的主要因素為產(chǎn)品的包裝方式。將表5中的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，計(jì)算出每種包裝方式下C1、C2、C3三種產(chǎn)品的平均吸水率，可直觀的進(jìn)行對(duì)比。

表5 模擬不同條件PCB產(chǎn)品儲(chǔ)存過程中的吸水率測(cè)試結(jié)果

如表6所示，兩次塑封包裝的效果最好，而只進(jìn)行鋁箔袋真空包裝的效果最差，這是因?yàn)殇X箔袋很薄，其真空包裝的密封性不如塑封包裝，很容易出現(xiàn)扎破、漏氣的現(xiàn)象。同樣，塑封+鋁箔袋真空包裝的吸水率很高也是這個(gè)原因。但塑封+鋁箔袋真空包裝有一層塑封層阻礙水汽的侵入，其吸水率會(huì)比只進(jìn)行鋁箔袋真空包裝的產(chǎn)品小一些。

表6 不同包裝方式下C1、C2、C3三種產(chǎn)品的平均吸水率對(duì)比

4.4 實(shí)驗(yàn)總結(jié)

通過對(duì)不同條件下吸水率進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)影響產(chǎn)品儲(chǔ)存過程中吸潮的主要因素為產(chǎn)品的包裝方式，按從好到差的排列為：兩次塑封包裝＞一次塑封包裝＞塑封+鋁箔袋真空包裝＞鋁箔袋真空包裝。一般情況下，PCB產(chǎn)品的包裝方式采用一次塑封包裝即可，這種包裝方式既省時(shí)又節(jié)省成本，對(duì)于經(jīng)常吸潮導(dǎo)致分層反饋的客戶，我們選擇兩次塑封包裝。截止今年四月份，本公司2014年分層爆板反饋的扣款已達(dá)6萬多，從五月份起對(duì)這些客戶實(shí)行兩次塑封包裝，到目前為止，還沒有接到過這些客戶的分層爆板反饋，說明兩次塑封包裝起到了很好的效果。對(duì)于沒有特殊要求的客戶，我們最好不要選擇鋁箔袋真空包裝，這種包裝方式的密封性較差，如果客戶有鋁箔袋真空包裝的要求，我們可選擇塑封+鋁箔袋真空包裝，即在鋁箔袋包裝前先進(jìn)行一次塑封包裝，這樣可在儲(chǔ)存過程中減少產(chǎn)品的吸潮。

5 結(jié)論

客戶端產(chǎn)品分層爆板主要是由PCB制造過程和儲(chǔ)存過程中的吸潮引起的，通過上面兩個(gè)實(shí)驗(yàn)及分析，我們應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：

（1）PCB制造過程中的吸潮主要由濕法制程的多少?zèng)Q定，濕法制程越多，產(chǎn)品吸水率越高。最常見的是，表面工藝為沉鎳金產(chǎn)品的吸水率明顯高于熱風(fēng)整平工藝。對(duì)于濕法制程多的產(chǎn)品，建議增加成品板烤板，以去除板內(nèi)濕氣。

（2）PCB儲(chǔ)存過程中吸潮的多少主要是由不同的包裝方式?jīng)Q定，其中兩次塑封包裝的效果最好，鋁箔袋真空包裝的效果最差。綜合產(chǎn)能及成本的因素，一般情況下的包裝方式選擇一次塑封包裝，對(duì)于曾多次反饋吸潮導(dǎo)致分層爆板的客戶，我們選擇兩次塑封包裝，對(duì)于有鋁箔袋真空包裝要求的客戶，我們建議選擇塑封+鋁箔袋真空包裝的方式來減少產(chǎn)品的吸潮。此外，像濕度卡、干燥劑等一些輔助材料也可運(yùn)用到產(chǎn)品包裝中，起到監(jiān)控和保護(hù)的作用。

[1]呂永等.PCB吸潮爆板問題研究.2013.

[2]白蓉生.電路板失效判讀及改善.2012.

[3]Toshiba,“New Polymeric Multilayer and Packaging,”Proceedings of the Printed Circuit World ConferenceV,

[4]Glasgow, Scotland, January 1991.

趙宇，工學(xué)學(xué)士，現(xiàn)研發(fā)工程師。

The cause and improvement of the delamination problem with PCBA

ZHAO Yu

One of the major concerns reflected by the customer is the moisture absorption in the delamination defect. This article is going to introduce the method for reducing the moisture absorption of the delamination by exploring the process of produce and storing the product.

Delamination; Absorption of Moisture; Surface Technology; Manner of Packing

TN41

A

1009-0096（2015）01-0040-04