多層印制板拼板空曠區(qū)域白斑的改善

茍輝 李堅(jiān) 張國(guó)榮

摘要：為改善層壓過程造成的多層印制電路板拼板空曠區(qū)域的白斑問題，選取中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所一款生產(chǎn)過程中存在白斑問題的多層印制板，針對(duì)造成白斑問題的典型因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出各因素對(duì)白斑的影響，最后選取合適的參數(shù)，改善層壓工藝，以達(dá)到提升印制電路板質(zhì)量的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞： PCB;白斑;層壓

隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，印制電路板的尺寸、性能以及質(zhì)量等方面都面臨了新的挑戰(zhàn)。隨著PCB尺寸的不斷縮減，印制電路板層數(shù)逐漸增加，這對(duì)印制電路板的生產(chǎn)工藝提出了更高的要求[1]。因印制電路板內(nèi)層重疊的電地層空曠區(qū)易出現(xiàn)白斑，這種白斑一般發(fā)生在玻纖布交叉點(diǎn)上，嚴(yán)重時(shí)將銅箔腐蝕后就能看到白斑[2]。近期，中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所某些大尺寸（16 inch×18 inch，1 inch=2.54 cm）多層印制板設(shè)計(jì)的圖形存在內(nèi)層重疊的電地層基材空曠區(qū)，在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)白斑問題。該印制板完成電鍍、蝕刻工序后，會(huì)顯露出黑棕色的斑紋，表明溶液已通過空洞滲漏進(jìn)去，嚴(yán)重影響印制電路板的質(zhì)量，因此，需對(duì)白斑問題進(jìn)行研究并加以改善。

1 分析原因

本實(shí)驗(yàn)將以如下印制板為例，分析印制板的基材白斑缺陷產(chǎn)生原因。該印制板屬性如下：拼板方式為四拼、18層板，厚度為3.0 mm，尺寸為16 inch×18 inch，使用生益公司 S1000-2M的高TG基材，半固化片為1080（64%含膠量）和2116（54%含膠量），內(nèi)層圖形區(qū)域并無特殊，只是在印制板中間拼板出部分無銅處，為純基材區(qū)域。初步分析白斑的形成原因有3種[3]：

（1）半固化片含膠量偏低或者拼板圖形殘銅率過低，導(dǎo)致樹脂填充不充分;

（2）半固化片流動(dòng)度過低，導(dǎo)致半固化片熔化后，無法充分地流動(dòng)填充至無銅區(qū)域;

（3）印制板拼板無銅區(qū)域受力不足，且排氣不充分，阻礙半固化片的流膠充分程度。

2 實(shí)驗(yàn)及分析

2.1 填膠不充分的影響

由于印制板圖形區(qū)域外沿有一圈無銅空曠區(qū)域，并且拼板中間也為無銅區(qū)域，對(duì)半固化片的填充要求較高。首先認(rèn)為，印制板在壓合過程中，無銅區(qū)域填膠不充分，導(dǎo)致了大面積的空洞[4]。根據(jù)該猜想，解決途徑就是減少拼板對(duì)半固化片的填充要求。由于圖形區(qū)域無法更改，工程人員重新制作文件時(shí)，需在拼板中間增加阻流塊或者銅塊。中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所選擇3.0 mm厚度的印制板，每個(gè)壓合窗口壓合2塊，壓機(jī)共有8個(gè)壓合窗口。為避免窗口不平整等因素導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)每個(gè)窗口都進(jìn)行壓合。利用上述3種圖形各自實(shí)驗(yàn)24個(gè)樣本，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由上述數(shù)據(jù)可知，提高拼板殘銅率、減少膠填充需求量對(duì)拼板空曠區(qū)域的白斑缺陷有一定程度的改善作用。拼板中間從無銅、阻流塊至銅皮，其合格率逐步提高。但當(dāng)阻流塊更改至銅皮時(shí)，白斑缺陷率的提升效果只有4.2%，并且無論是增加阻流塊還是銅皮，都仍有40.0%左右的缺陷率，與中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所的產(chǎn)品合格標(biāo)準(zhǔn)相去甚遠(yuǎn)，說明對(duì)于電地層拼板中間空曠區(qū)白斑的缺陷，殘銅率過低不是白斑出現(xiàn)的關(guān)鍵因素，僅提高殘銅率并不能有效改善白斑，還需通過其他途徑進(jìn)行改善。

2.2 半固化片流動(dòng)度的影響

半固化片流動(dòng)度過低會(huì)導(dǎo)致半固化片熔化后無法充分地流動(dòng)填充至無銅區(qū)域，未填充的部位就會(huì)出現(xiàn)明顯的白斑、空洞。根據(jù)半固化片流動(dòng)度不足的猜想，提高1080和2116半固化片的流動(dòng)度，每種流動(dòng)度各壓合24塊印制板。拼板中間的圖形樣式為阻流塊，具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

由上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，半固化片的樹脂流動(dòng)度對(duì)電地層拼板中間空曠區(qū)白斑的缺陷有較小程度的改善，但影響較小。隨著樹脂流動(dòng)度各提高3.0%，白斑缺陷率出現(xiàn)小幅度的降低，降低了8.3%。但繼續(xù)提高3.0%的流動(dòng)度就沒有實(shí)質(zhì)性的效果，并且還會(huì)產(chǎn)生溢膠嚴(yán)重的新問題。由此可知，提高半固化片樹脂流動(dòng)度只能較小程度地降低空曠區(qū)出現(xiàn)白斑缺陷的概率，僅起到輔助的作用。

2.3 排氣不良的影響

印制板拼板正中間在壓合過程中容易受力不夠、排氣不充分，排氣不良會(huì)阻礙半固化片的流膠，在排氣不良的位置會(huì)出現(xiàn)大面積的白斑和空洞[5]。根據(jù)排氣不良的猜想，工程人員一方面加大拼版中間區(qū)域的距離，另一方面增加導(dǎo)氣槽、提高拼板正中間的排氣性，具體如圖1～2所示。每種圖形各壓24塊，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，排氣不良是影響電地層拼板中間空曠區(qū)白斑缺陷率的主要因素。當(dāng)僅增加拼板中間寬度時(shí)，白斑的問題會(huì)有一定程度的改善，缺陷率由41.6%降低至29.2%;增加導(dǎo)氣槽后，缺陷率會(huì)出現(xiàn)明顯的下降，分別降低29.2%和25.0%，并且出現(xiàn)的白斑也都為0.5～3.0 mm的小尺寸白斑。尤其在拼板中間寬度15.0 mm加導(dǎo)氣槽的組合下，白斑缺陷率僅有4.2%，改善效果良好。但只提高拼板導(dǎo)氣性，仍無法完全杜絕電地層拼板中間空曠區(qū)白斑現(xiàn)象，需要結(jié)合其他途徑，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的合格率。

3 綜合驗(yàn)證

通過上述實(shí)驗(yàn)可知，解決電地層拼板中間空曠區(qū)白斑故障的最佳途徑，是通過拼板讓半固化片能夠排氣通暢，同時(shí)一定程度地提高半固化片的流動(dòng)度和殘銅率?，F(xiàn)針對(duì)工藝作出如下改進(jìn)：（1）將多拼板中間無銅區(qū)域改為阻流塊，提高殘銅率;（2）將阻流塊寬度提高至15.0 mm并增加導(dǎo)氣槽;（3）提高半固化片流動(dòng)度，由2116（26%）+1080（34%）提高至2116（29%）+1080（37%）。更改工藝參數(shù)和拼板樣式后，試壓合24塊，并且批量生產(chǎn)330塊印制板。330塊印制板中，僅有2塊直徑不大于0.8 mm的微小白斑，其余均有白斑、空洞的缺陷。由此可見，上述的更改具有明顯成效且效果良好。

4 結(jié)語

印制電路板的白斑主要是在進(jìn)行層壓工藝時(shí)產(chǎn)生的，產(chǎn)生白斑的因素有很多，主要是根據(jù)比較典型的影響因素并結(jié)合中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所印制電路板出現(xiàn)的白斑情況進(jìn)行分析，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用生產(chǎn)過程中各參數(shù)進(jìn)行改善。同時(shí)，根據(jù)各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，將多拼板中間無銅區(qū)域改為阻流塊，提高殘銅率;將阻流塊寬度增加至15.0 mm并增加導(dǎo)氣槽;將半固化片流動(dòng)度提高至2116（29%）+1080（37%），可有效改善白斑情況，提升印制電路板的質(zhì)量與性能，進(jìn)而更好地服務(wù)不斷發(fā)展的電子技術(shù)。

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