光模塊PCB板邊插頭發(fā)白的改善研究

李華聰 林以炳 周小平 陽益美 陳前

［景旺電子科技（珠海）有限公司，廣東 珠海 519000］

0 引言

光模塊印制電路板（printed circuit board，PCB）的板邊插頭起到關鍵的連接和信號傳輸作用，因此客戶對板邊插頭外形區(qū)域的品質(zhì)要求也越來越高。為滿足耐插拔和耐磨性能，板邊插頭通常做電鍍硬金表面處理。為了方便插拔，插頭前端設計斜邊，插頭到板邊的區(qū)域設計為基材區(qū)且不覆蓋油墨。在成型加工時，插頭板邊易出現(xiàn)基材發(fā)白不良，嚴重的發(fā)白影響產(chǎn)品的外觀和長期可靠性，因此，管控好插頭板品質(zhì)顯得尤為重要。目前對于板邊基材發(fā)白不良的情況，一般通過使用全新的雙刃螺旋銑刀取代普通單刃銑刀，且降低銑刀行進速度或犧牲銑刀壽命來加以改善。使用此方法能一定程度上降低板邊發(fā)白的程度，但會增加成本，且無法從根源上解決問題。本文通過試驗探究發(fā)白的原因，并制訂相應的改善方案，在不增加成本的前提下達到改善白邊的目的，供同行參考。

1 問題描述

在生產(chǎn)時，發(fā)現(xiàn)部分產(chǎn)品在銑板后插頭板邊的基材區(qū)域出現(xiàn)不同程度的發(fā)白不良，嚴重的發(fā)白不僅影響外觀，也引發(fā)客戶對產(chǎn)品長期可靠性的擔憂，存在客訴隱患。主要的不良外觀如圖1所示。

圖1 板邊插頭板邊發(fā)白不良外觀

2 試驗方案

2.1 試驗任務

（1）識別板邊插頭銑板后板邊發(fā)白的影響因素。

（2）篩選影響因素并制訂研究方向，找出改善對策。

2.2 試驗因子選擇

對影響銑板后板邊發(fā)白的因子展開人、機、物、法、環(huán)分析。在設備、操作規(guī)范、生產(chǎn)環(huán)境和銑刀品牌型號均相同的條件下，生產(chǎn)不同種類產(chǎn)品，只有特定產(chǎn)品銑板后才會產(chǎn)生白邊，可排除人、機、環(huán)對銑板板邊發(fā)白的影響。銑刀壽命設置縮短能明顯改善銑板白邊，是目前業(yè)內(nèi)已驗證的因素，本文不再重復驗證。因此，重點分析“物”中板料類型和“法”中銑板疊板數(shù)及銑板參數(shù)對銑板白邊產(chǎn)生的影響。

2.3 試驗方案設計

2.3.1 試驗流程

開料→圖形→線路蝕刻→自動光學檢查（automatic optic inspection，AOI）→棕化→壓合→機械鉆孔→電鍍→圖形→線路蝕刻→線路AOI→防焊→網(wǎng)印后固化→沉金→測試→銑板→斜邊→成品外觀檢查（final quality control，F(xiàn)QC）。

2.3.2 試驗板疊構(gòu)和試驗因子設計

試驗板疊構(gòu)設計為兩種，如圖2 所示，分別稱疊構(gòu)A和疊構(gòu)B。

疊構(gòu)A 采用厚度為0.76 mm 的FR-4 芯板［基板由4 張型號為7628 的半固化片（prepreg，PP）組成］，兩邊各壓合1張型號為1080的PP和1張銅箔形成。疊構(gòu)B 采用厚度為0.2 mm 的FR-4 芯板（基板由2 張型號為1080 的PP 組成），兩邊各壓合2 張型號為7628 的PP 和1 張銅箔形成。兩種疊構(gòu)壓合后厚度均為（1.0±0.1）mm。

試驗因子設計見表1。其中，中高Tg銑板參數(shù)的主要區(qū)別在于銑刀壽命和行進速度的差異，高Tg參數(shù)的銑刀壽命和行進速度低于中Tg銑板參數(shù)。

表1 不同因子和水平設置

2.3.3 測試方法

根據(jù)試驗流程，將三個因子的兩個水平做全因子試驗設計，分析不同因子配置情況下板邊發(fā)白的數(shù)量，結(jié)果見表2。根據(jù)不同方案下發(fā)白概率的差異，分析影響銑板板邊發(fā)白的主要因素。

表2 不同因子和水平配置下試驗方案及結(jié)果

2.4 試驗板設計

試驗板采用生產(chǎn)中出現(xiàn)過銑板白邊的板邊插頭樣板，如圖3所示。每塊在制板含有6個出貨單元混排，每單元又含有6 塊最終成品板。板邊插頭為方便插拔，通常前端會設計斜邊流程，斜邊后切片效果如圖4所示。

圖3 試驗板圖形設計

圖4 斜邊后切片

3 實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

每個方案制作2 板，共96 個單元數(shù)據(jù)，分析統(tǒng)計不同方案銑板白邊情況。從表2 試驗結(jié)果可以看出，疊板數(shù)與銑板參數(shù)對發(fā)白影響不明顯，但不同疊構(gòu)下銑板后發(fā)白概率差異明顯。疊構(gòu)B（7628×2+1080×2+7628×2）的板產(chǎn)生發(fā)白的概率均＞90%，因此，可以判斷疊構(gòu)為板邊發(fā)白的主要因素。

進一步分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)白部分分布在板邊插頭前端，部分分布在板邊插頭側(cè)端，分析對比拼版，發(fā)現(xiàn)發(fā)白主要聚集在緯向，即當板邊插頭為豎拼時，發(fā)白主要聚集在板邊插頭前端區(qū)域，當板邊插頭橫拼時，發(fā)白聚集在板邊插頭側(cè)邊區(qū)域，如圖5 所示。綜上，需重點分析疊構(gòu)B 與疊構(gòu)A（1080×1+7628×4+1080×1）之間的差異以及疊構(gòu)B中材料經(jīng)緯向之間的差異，找出影響銑板后板邊發(fā)白的真正原因。

圖5 發(fā)白位置分布

4 試驗結(jié)果分析

對比分析疊構(gòu)差異與經(jīng)緯向差異之前，需先從力學角度分析銑板后產(chǎn)生發(fā)白的原因。

4.1 發(fā)白機理分析

從產(chǎn)品疊構(gòu)來看，對銑板過程中貼近銅面的玻纖束做垂直方向的受力分析，如圖6 所示。由圖6 可見，銑板過程中，銑刀對玻纖的作用力分解到垂直方向為向上的拉力F1，加上排塵向上的吸力F2，玻纖束上覆蓋的樹脂對玻纖束產(chǎn)生一個反作用力F3，F(xiàn)3=F1+F2。當F3超過了樹脂承受極限時，覆蓋在玻纖上的樹脂會起翹、脫落，同時玻纖被向上拉扯破損，形成白邊。

圖6 玻纖布受力

4.2 疊構(gòu)差異分析

產(chǎn)生發(fā)白的疊構(gòu)設計中外層皆采用7628×2 的設計，不產(chǎn)生發(fā)白的疊構(gòu)最外層為1080×1 設計，結(jié)合發(fā)白產(chǎn)生機理，分析不同疊構(gòu)對發(fā)白影響的差異。

PCB行業(yè)內(nèi)，板料廠家生產(chǎn)的7628型PP的經(jīng)緯紗密度為17.4×12.2/cm，徑向17.4 根紗/cm，緯向12.2 根紗/cm。7628 的玻纖紗直徑是1080 的玻纖紗直徑的6 倍（1080 的玻纖紗直徑為11 μm），意味著7628 結(jié)構(gòu)覆蓋在玻纖上的樹脂含量低于1080 結(jié)構(gòu)，樹脂對玻纖的束縛力較小。玻纖束越粗，與銑刀相互作用力越大，造成7628和1080兩種結(jié)構(gòu)的銑板品質(zhì)差異。

4.3 經(jīng)緯向差異分析

銑板后發(fā)白主要集中在緯向，結(jié)合發(fā)白產(chǎn)生機理，分析經(jīng)緯向結(jié)構(gòu)差異，得出銑板在緯向出現(xiàn)發(fā)白的原因。

常規(guī)的7628 PP 結(jié)構(gòu)如圖7 所示。平均每平方毫米的PP 中，經(jīng)向即水平方向含有4 根玻纖布，緯向含有3 根玻纖布，經(jīng)緯向玻纖布相互交錯編織在一起。因此，經(jīng)向玻纖布多的情況下，樹脂含量較少，能用來承受銑板所帶來的外力的物質(zhì)較少，PP 結(jié)構(gòu)更容易被外力所破壞，銑刀切割經(jīng)向玻纖時受力更大，產(chǎn)生白邊的可能性更高，導致驗板白邊總是出現(xiàn)在手指側(cè)邊或者手指前端固定單一的位置。實際生產(chǎn)板發(fā)白情況如圖8 和圖9所示，與理論分析結(jié)果一致。

圖7 常規(guī)的7628 PP結(jié)構(gòu)中經(jīng)緯向玻纖布設計

圖8 板邊插頭側(cè)邊發(fā)白

圖9 板邊插頭前端發(fā)白

5 改善方案設計

5.1 物料改善

市面的厚板材基本均為7628 結(jié)構(gòu)，難以選用貼近銅層的其他型號結(jié)構(gòu)的覆銅板，因此，從板材上改善的可行性不大。

5.2 工程設計優(yōu)化

優(yōu)化拼版方式，將混排全部改為順排，將所有單片PCB 的板邊插頭前端排成與覆銅板緯向平行，如圖10 所示。使發(fā)白位置集中在板邊插頭前端，便于板邊插頭插拔。板邊插頭板設置斜邊流程，通過斜邊方式一并去除銑板產(chǎn)生的白色暈斑。

圖10 優(yōu)化后排版

6 改善方案驗證

為進一步驗證7628 結(jié)構(gòu)的缺陷性，并驗證改善方案的可行性，選用疊構(gòu)B 制作成四層板，PP開料的經(jīng)緯向與芯板一致，生產(chǎn)資料和流程使用按方案優(yōu)化后的試驗板，銑板后發(fā)白位置集中在板邊插頭前端，斜邊完手指前端無明顯發(fā)白缺陷，方案驗證結(jié)果與預想一致。

7 結(jié)論

（1）從試驗結(jié)果來看，疊構(gòu)B 即外層含 7628 PP結(jié)構(gòu)且橫切經(jīng)向玻纖布的區(qū)域在銑板過程中更容易發(fā)白。其原因為7628 結(jié)構(gòu)的玻璃纖維絲更粗，同時經(jīng)向玻纖絲數(shù)量大于緯向玻纖絲數(shù)量，在切割經(jīng)向玻纖維時銑刀受力更大，產(chǎn)生白邊的可能性更高。

（2）銑板參數(shù)優(yōu)化空間和改善效率不高，目前的參數(shù)為進刀速1.8 m/min，回刀速度8 m/min，粗銑速度0.3m/min，銑程≤10 m；精銑行進速度0.84 m/min，銑程≤15 m，能滿足現(xiàn)制程能力。

（3）優(yōu)化拼版方式，將混排全部改為順排，并將所有單片PCB 的板邊插頭前端排成與覆銅板緯向平行，讓發(fā)白位置集中在板邊插頭前端，板邊插頭板斜邊時去除掉銑板產(chǎn)生的白邊，達到改善銑板白邊的效果。