CB鍍層缺陷成因及其對(duì)策

PCB鍍層缺陷成因分析及其對(duì)策[摘要]分析了金屬化孔鍍層的主要缺陷及產(chǎn)生原因，從各主要工序出發(fā)，提出了如何優(yōu)化工藝參數(shù)，進(jìn)行嚴(yán)格的工藝及生產(chǎn)管理，以保證孔化質(zhì)量的方法。[關(guān)鍵詞]多層印制板，金屬化孔，鍍層缺陷1前言

金屬化孔質(zhì)量與多層板質(zhì)量及可靠性息息相關(guān)。金屬化孔起著多層印制線路電氣互連的作用?？妆阱冦~層質(zhì)量是印制板質(zhì)量的核心，不僅要求鍍層有合適的厚度、均勻性和延展性，而且要求鍍層在288℃熱沖擊10秒不能產(chǎn)生斷裂。因?yàn)榭妆阱冦~層熱沖擊斷裂是一種致命的缺陷，它將造成內(nèi)層線路間和內(nèi)層與外層線路之間斷路；輕者影響線路斷續(xù)導(dǎo)電，重者引起多層板報(bào)廢。

目前，印制板生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的金屬化孔鍍層缺陷主要有：金屬化孔內(nèi)鍍銅層空洞、瘤狀物、孔內(nèi)鍍層薄、粉紅圈以及多層板孔壁與內(nèi)層銅環(huán)連接不良等。這些缺陷的絕大多數(shù)將導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，影響交貨期。2金屬化孔鍍層主要缺陷的產(chǎn)生原因及相應(yīng)對(duì)策我們首先簡(jiǎn)單回顧一下多層印制板的制造工藝過程。下料→制板→蝕刻

→黑化

→層壓→鉆孔

→去沾污及凹蝕處理→

孔金屬化→全板電鍍

→制板

→圖形電鍍

→脫膜→蝕刻

→絲印阻焊

→熱風(fēng)整平

→絲印字符本文將從鉆孔工序、孔壁去樹脂沾污及凹蝕處理工序、電鍍及多層板層壓工序等幾個(gè)方面，分析金屬化孔鍍層的主要缺陷及產(chǎn)生原因，闡述如何優(yōu)化工藝參數(shù)，進(jìn)行嚴(yán)格的工藝及生產(chǎn)管理，以保證孔化質(zhì)量。2．1鉆孔工序大多數(shù)鍍層空洞部位都伴隨出現(xiàn)鉆孔質(zhì)量差引起的孔壁缺陷，如孔口毛刺、孔壁粗糙、基材凹坑及環(huán)氧樹脂膩污等。由此造成孔壁鍍銅層空洞，孔壁基材與鍍層分離或鍍層不平整。下面，將對(duì)孔壁缺陷的成因及所采取的措施進(jìn)行闡述：2．1．1孔口毛刺的產(chǎn)生及去除無論是采用手工鉆還是數(shù)控鉆，也無論是采用何種鉆頭和鉆孔工藝參數(shù)，覆銅箔板在其鉆孔過程中，產(chǎn)生毛刺總是不可避免的?？卓诿虒?duì)于金屬化孔質(zhì)量的影響歷來不被人們所重視，但對(duì)于高可靠性印制板的金屬化孔質(zhì)量來講，它卻是一個(gè)不可忽視的因素。首先，孔口毛刺會(huì)改變孔徑尺寸，導(dǎo)致孔徑入口處尺寸變小，影響元器件的插入。其次，凸起或凹陷進(jìn)入孔內(nèi)的銅箔毛刺，將影響孔金屬化過程中電鍍時(shí)的電力線分布，導(dǎo)致孔口鍍層厚度偏薄和應(yīng)力集中，從而使成品印制板的孔口鍍銅層在受到熱沖擊時(shí)，極易因基板熱膨脹所引起的軸向拉伸應(yīng)力造成斷裂現(xiàn)象。傳統(tǒng)的去毛刺方法是用200～400號(hào)水砂紙仔細(xì)的打磨。后來發(fā)展到用碳化硅磨料的尼龍刷機(jī)械拋刷。但隨著印制板技術(shù)的不斷發(fā)展，9～18微米超薄型銅箔的推廣應(yīng)用，使印制板加工過程中的去毛刺技術(shù)也發(fā)生了很大變化。據(jù)報(bào)道，國(guó)外己開始采用液體噴砂研磨法來去除孔口毛刺。一般來說，對(duì)于去銅箔厚度在18微米以上的覆銅箔層壓板孔口毛刺，采用機(jī)械拋刷法是十分有效的，只是操作時(shí)，必須嚴(yán)格控制好刷轆中碳化硅磨料的粒度和刷板壓力，以免壓力過大和磨料太粗使孔口顯露基材。用于去毛刺的尼龍刷轆中，碳化硅磨料的粒度一般為320～380#?，F(xiàn)代的雙面去毛刺機(jī)共有四個(gè)刷轆，上下各半，能一次性將覆銅箔板兩面的孔口毛刺同時(shí)去除干凈。在去除同樣一面的孔口毛刺時(shí)，兩個(gè)刷轆的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是相反的。一個(gè)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，一個(gè)沿反時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，加上每個(gè)刷轆的軸向擺動(dòng)，使孔口毛刺受到沿板面各個(gè)方向上刷板力的均勻作用，從而被徹底地除去。去毛刺機(jī)必須配備高壓噴射式水沖洗段。液體噴砂研磨法，是利用一臺(tái)專用設(shè)備，將碳化硅磨料借助于水的噴射力噴射在板面上，從而達(dá)到去毛刺的目的。2．1．2孔壁粗糙、基材凹坑對(duì)鍍層質(zhì)量的影響在化學(xué)鍍銅體系良好的狀態(tài)下，鉆孔質(zhì)量差的孔壁容易產(chǎn)生鍍銅層空洞。因?yàn)樵诳妆诠饣谋砻嫔?，容易獲得連續(xù)的化學(xué)鍍銅層，而在粗糙的鉆孔孔壁上，由于化學(xué)鍍銅的連續(xù)性較差，容易產(chǎn)生針孔；尤其是當(dāng)孔壁有鉆孔產(chǎn)生的凹坑時(shí)，即使化學(xué)鍍層很完整，但是在隨后的電鍍銅時(shí)，因?yàn)橛须婂儗诱郫B現(xiàn)象，電鍍銅層也不易均勻一致，在鉆孔凹坑處，容易存在鍍層薄，甚至鍍不上銅而產(chǎn)生鍍層空洞。2．1．3環(huán)氧樹脂膩污的成因我們知道，印制板鉆孔是一個(gè)很復(fù)雜的加工過程，基板在鉆頭切削刃機(jī)械力，包括剪切、擠壓、扯裂、摩擦力的作用下，產(chǎn)生彈性變形、塑性變形與基材斷裂、分離形成孔。其中，很大部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能。特別是在高速切削的情況下，產(chǎn)生大量熱能，溫度陡然升高。鉆孔時(shí)，鉆頭溫度在200℃以上。印制板基材中所含樹脂的玻璃化溫度與之相比要低得多。軟化了的樹脂被鉆頭牽動(dòng)，膩在被切削孔壁的銅箔斷面上，形成膩污。清除膩污較困難，而且一旦在銅箔斷面上有一定量的膩污，會(huì)降低甚至破壞多層板的互連性。2．1．4避免鉆孔缺陷產(chǎn)生，提高鉆孔質(zhì)量的途徑孔口毛刺、孔壁粗糙、基材凹坑及環(huán)氧樹脂膩污等缺陷，可通過加強(qiáng)以下幾方面的工藝、質(zhì)量控制，得以去除或削弱，從而達(dá)到提高鉆孔質(zhì)量的目的。2．1．4．1鉆頭的質(zhì)量控制鉆頭本身的質(zhì)量，對(duì)鉆孔的質(zhì)量起著極為關(guān)鍵的作用，要求碳化鎢合金材料的粒度必須非常細(xì)微，應(yīng)達(dá)到亞微級(jí)。碳化鎢合金無疏孔能耐磨，鉆柄與切削刃部分的直徑公差，均在0～0.005mm范圍內(nèi)，整個(gè)鉆部、鉆尖及柄部同心度公差在0．005mm以內(nèi)，鉆頭的幾何外形無缺損，即在40倍放大鏡下觀察，應(yīng)無破口。一只好的鉆頭還應(yīng)該具備另外一個(gè)特性，即對(duì)稱性。鉆頭的兩面在尺寸和形狀上必須相同。對(duì)稱性差會(huì)產(chǎn)生磨損鉆頭刃。為了保證鉆頭質(zhì)量，必須對(duì)供貨廠家嚴(yán)格選擇，應(yīng)從質(zhì)量信得過的鉆頭生產(chǎn)廠家進(jìn)貨。并對(duì)鉆頭進(jìn)貨進(jìn)行檢驗(yàn)，不合格的產(chǎn)品不準(zhǔn)用于生產(chǎn)。2.1．4．2鉆頭的形狀選擇鉆頭的主要形狀，一般分為普通型及錐斜型、鏟型和特殊型，對(duì)于小孔特別是多層板小孔，最好采用后三種，后三種的特點(diǎn)是刃帶的長(zhǎng)度比較短，一般為0．5mm左右，它們可以明顯減少鉆孔的發(fā)熱量，減少沾污。2.1．4．3鉆頭排溝槽的長(zhǎng)度鉆頭排溝槽的長(zhǎng)度，對(duì)排屑是否順利起著至關(guān)重要的作用。如果排屑的溝槽太短，鉆屑無法順利排山，鉆孔的阻力增大，易造成鉆頭斷裂，且易沾污孔壁。所以，一般情況下，鉆頭排屑槽的長(zhǎng)度，應(yīng)為所疊板厚(包括上蓋板)加上鉆頭進(jìn)入下墊板深度和的1.15倍，即應(yīng)使排屑槽的長(zhǎng)度，至少有15%部分留在板外。2．1．4．4控制鉆孔的工藝參數(shù)這里所指的鉆孔工藝參數(shù)包括每疊板的塊數(shù)、鉆數(shù)／進(jìn)給比。2．1．4．5鉆頭的壽命控制由于每個(gè)工廠的情況都不完全一致，鉆頭使用的壽命也有所差異，應(yīng)根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定。當(dāng)孔的質(zhì)量指標(biāo)中，有一項(xiàng)己—下降到接近公差極限時(shí)，就需要更換鉆頭，換下去翻磨或報(bào)廢。一般情況下，多層板允許的最大鉆孔數(shù)為1500個(gè)孔，而且，多層板一般不翻磨鉆頭。2．1．4．6上蓋板、下墊板的使用2．1．4．6．1上蓋板的使用鉆孔時(shí)使用的上蓋板，可以起以下幾個(gè)方面的作用：1)防止壓力腳對(duì)板面的損壞；2)防止入口面毛刺的產(chǎn)生；3)改善孔徑精度；4)減少小孔斷鉆頭的機(jī)率。假若不使用上蓋板，那么，鉆頭在穿透薄的銅箔后，鉆頭的某一邊有可能會(huì)與玻璃布撞擊，導(dǎo)致鉆頭的一邊受到較大的切削力，因而鉆頭會(huì)發(fā)生傾斜，從而影響定位精度。而且，在穿透之后，鉆頭在退回時(shí)，受力不均衡，鉆頭易折斷。上蓋板一般可采用0．2~0．4mm厚的硬鋁箔。清2摧．索1加．撲4櫻．甘6荒．團(tuán)2縫下墊院板的舍使用坡采觀芒使用濫下墊子板，踏可以叼防止訴鉆頭涂碰到努工作肅臺(tái)面??；還嶺可防菜止出僵口面掃產(chǎn)生捉毛刺斬。寬映嚇次下墊網(wǎng)板除尊了要脹求平柴整外坑，還某需要遞有一覽定的順硬度豆，沒關(guān)有油怕污染暗，以各防止辟偏孔貝毛刺三和孔示壁沾準(zhǔn)污。檔美國(guó)嗽層壓末板公衫司有俘一種請(qǐng)波紋危板下度墊板蘭，當(dāng)筍鉆頭泄鉆透雁很簿珠的鋁斷箔后估，在的空氣瓦中高精速旋子轉(zhuǎn)，豐當(dāng)提偏鉆時(shí)罪，由換于文委氏管割效應(yīng)長(zhǎng)，一太股氣樓流有咽效地芹冷卻守鉆頭謊，大甚大降仁低了毀鉆孔掛溫度炮。度2繼．輪1鋼．柔4猜．犯7荷鉆頭知進(jìn)入祝下墊聾板的威深度扇控制招吐優(yōu)借鉆頭線進(jìn)入限下墊抖板的恒深度且應(yīng)該鍬適度潮。下諒鉆太喘深，特使得竄排屑衛(wèi)槽留富于板判外的圾部分益小，予不利棟于碎格屑的亂排出漫，易帖堵塞尤孔，誕使鉆熊頭易周于斷芝在孔洋內(nèi)。寨其次鑰，鉆貌得太唯深，旦有可輪能鉆才到鉆差機(jī)工壺作臺(tái)免上，蹄使鉆皂臺(tái)損唉壞。降另外弊，一隆般對(duì)亭1.閣5屠～陪1.束7券厚的先墊板亂，為攜提高還使用膛效率駐，降槽低生遺產(chǎn)成鵝本，方大多守使用捆兩次印，兩盤面各物用一易次，覺如果桌鉆得囑太深固，會(huì)氏使墊抄板鉆圈穿，城容易科產(chǎn)生塞毛刺晶。對(duì)辯于大均于窯0.挺6m抹m記的鉆內(nèi)頭，壇下墊診板鉆扔入深候度應(yīng)撒為稼0.鋸75途mm骨；而控小于眼0.冬6m若m敏大于望0.盜3m狀m如的鉆鞭頭，奮下墊型板的販鉆入除深度蠅為墓0.摧6m享m溫；而陜對(duì)小訴于粘0.廉3m屑m降的鉆挎頭，讓可以乎在下集墊板喇上墊蔬一厚晨紙，骨進(jìn)行莫試鉆佛，以嶺確定賢下鉆箏的深軍度。筒這些羞參數(shù)風(fēng)一旦羊確定壇，將棒這些磚數(shù)據(jù)澇編入炎鉆孔價(jià)程序型中。曬2角．優(yōu)2貿(mào)孔壁安去樹舞脂沾克污及浪凹蝕冤處理租工序枝舟霞首先濤應(yīng)該恐指出蹲，凹禾蝕與太去沾筋污是蓬兩個(gè)晚互為塵關(guān)聯(lián)沈，但雅又相湯互獨(dú)敬立的狗概念葵和工重藝過棟程。嚴(yán)桃灶所以謂凹聽蝕，輩是指饑為了弄充分苦暴露策多層姨板的笨?jī)?nèi)層蕉導(dǎo)電時(shí)表面師，而劈控制仙性地孕去除痕孔壁駁非金匠屬材襖料至表規(guī)定吸深度制的工緞藝。末但偶所姿謂去率沾污棉，是佳指去倘除孔擺壁上胃的熔死融樹北脂和搭鉆屑紛的工附藝。扭捉西顯然川，凹石蝕的翼過程腎也是風(fēng)去沾障污的層過程協(xié)。但班是，礙去沾卡污工只藝卻雙不一錄定有列凹蝕已效應(yīng)閃。淺線灘盡管慧人們統(tǒng)選擇確優(yōu)質(zhì)察基材較、優(yōu)論化多跟層板魚層壓呀及鉆層孔工沖藝參技數(shù)，脂但孔欣壁環(huán)起氧沾盾污仍賴不可行避免諸。為歲此，屈多層掀板在轉(zhuǎn)實(shí)施延孔金驕屬化薦處理冤之前尸，必殃須進(jìn)么行去犧沾污罵處理貫。為羽進(jìn)一勉步提蓮高金恐屬化搞孔與瘡內(nèi)層移導(dǎo)體心的連斜接可答靠性摔，最五好在準(zhǔn)去沾洗污的餡同時(shí)玻，進(jìn)喚行一區(qū)次凹鏟蝕處毀理。感經(jīng)過穴凹蝕南處理尖的多購(gòu)層板景孔，邊不但嫌去除辣了孔皮壁上予的環(huán)批氧樹觀脂粘嫂污層仿，而訊且使山內(nèi)層禮導(dǎo)線醬在孔嗓內(nèi)凸陡出，已這樣炸的孔軌，在怎實(shí)現(xiàn)叛了孔昂金屬耗化之挽后，鞋內(nè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