PCB制造缺陷解决方法

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PCB制造缺陷解决方法

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　　在印制电路板制造过程涉及到工序较多，每道工序都有可能发生质量缺陷，这些质量总是涉及到诸多方面，解决起来比较麻烦，由于产生问题的原因是多方面的，有的是属于化学、机械、板材、光学等等方面。经过几十年的生产实践，结合解决质量总是实际经验和有关的解决技术问题的相应资料，现总结归纳如下：

　　印制电路板制造工序产生缺陷、原因和解决办法

工序 产生缺陷 产生原因 解决方法
贴膜 板面膜层有浮泡 板面不干净 检查板面可润性即干净的表面能保持水均匀、连续水膜时间长达1分钟
贴膜温度和压力过低 增加温度和压力
膜层边缘翘起 由于膜层张力太大，致使膜层附着力差 调整压力螺丝
膜层绉缩 膜层与板面接触不良 锁紧压力螺丝
曝光 解象能力不佳 由于散射光及反射光射达膜层遮盖处 减少曝光时间
曝光过度 减少曝光时间
影象阴阳差；感光度太低 使最小阴阳差比为3:1
底片与板面接触不良 检查抽真空系统
调整后光线强度不足 再进行调整
过热 检查冷却系统
间歇曝光 连续曝光
干膜存放条件不佳 在黄色光下工作
显影 显影区上面有浮渣 显影不足，致使无色膜残留在板面上 减速、增加显影时间
显影液成份过低 调整含量，使达到1.5～2%碳酸钠
显影液内含膜质过多 更换
显影、清洗间隔时间过长 不得超过10分钟
显影液喷射压力不足 清理过滤器和检查喷咀
曝光过度 校正曝光时间
感光度不当 最大与最小感光度比不得小于3
膜层变色，表面不光亮 曝光不足，致使膜层聚合作用不充分 增加曝光及烘干时间
显影过度 减少显影时间，较正温度及冷却系统，检查显影液含量
膜层从板面上脱落 由于曝光不足或显影过度，致使膜层附着不牢 增加曝光时间、减少显影时间和整正含量
表面不干净 检查表面可润性
贴膜曝光后，紧接着去显影 贴膜后曝光后至少停留15～30分钟
电路图形上有余胶 干膜过期 更换
曝光不足 增加曝光时间
底片表面不干净 检查底片质量
显影液成份不当 进行调整
显影速度太快 进行调整
浅析多层印制电路板内层短路工艺因素

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随着微电子技术的飞速发展，表面封装元器件趋向小型化、轻量化和多功能化像小外形集成电路（SOIC），它的引线分布在器件的两侧，引线中心距1.27毫米、方形扁平塑封的集成电路（QFP），引线分布在器件的四边，引线中心距1-0.8-0.65毫米、塑封有引线芯片载体（PLCC），引线呈“J”型，引线中心距为1.27毫米、无引线陶瓷芯片载体（LCCC），它以分布在器件四边的金属化焊盘代替引线和金属化焊盘球栅阵列分布于芯片的底部（BGA）等。所以，表面器件的微型化的要求，促使印制电路板的设计上和印制电路板制造技术更趋向高密度、高可靠和多层次方向发展。研制和开发多层印制电路板制造技术，使印制电路板制造手段更加高、精和尖方能适应电子技术发展的需要。
就多层印制电路板研制和生产过程而言，经常发生某些产品质量问题，特别是多层印制电路板的内层，随着电子装联向更高密度发展，布线密度越来越高，很多内外层导线宽度和间距只有0.10-0.075毫米、小孔和微孔其中有埋孔、盲孔等。如球栅阵列——种组装结构形式。根据组装结构形式要求，在印制电路板的设计上和制造上必须满足它的外层布线密度为0.10-0.125毫米和内层为0.10-0.075毫米、孔径为0.25-0.35毫米等设计要求而且是六层板。这就要求层间对位要非常准确。但往往由于工艺上的差错，多层印制电路板的内层短路现象时有发生。而其内层短路是多层印制电路板最大的质量问题，这是因为多层印制电路板若内层存在短路缺陷，即成为难以修复的产品。如果在电装后发现此类缺陷，会造成很大的经济损失。所以，要解决好多层印制电路板内层短路问题，首先要弄清楚产生内层短路的主要工艺因素，才能有的放矢采取相应的工艺对策。
一、 原材料对内层短路影响：
多层印制电路板材料尺寸的稳定性是影响内层定位精度的主要因素。基材与铜箔的热膨胀系数对多层印制电路板的内层影响也必须有所考虑。从所采用的基材的物理特性分析，层压板都含有聚合物，它在一定的温度下主要结构会发生变化，通称为玻璃化转变温度Tg。玻璃化转变温度是大从数聚合物的特有性能，仅次于热膨胀系数，它是层压板最重要的特性。在通常使用的两种材料比较分析，环氧玻璃布层压板与聚酰亚胺的玻璃化转变温度分别为Tg120℃和230℃，在150℃以下的情况，环氧玻璃布层压板的自然热膨胀大约0.01in/in，而聚酰亚胺自然热膨胀只有0.001in/in。（见下图）
从有关技术资料获知，层压板在X、Y方向热膨胀系数每增高1℃为12-16ppm/℃之间，而Z方向热膨胀系数是100-200ppm/℃，它的数值比X、Y方向增大一个数量级。但在测试过程中发现当温度超过100℃时层压板及孔体之间的Z轴方向膨胀是不一致的，并且差异变大。电镀通孔要比周围的层压板的自然膨胀率要低。由于层压板热膨胀比孔体快，这就意味着通孔体沿层压板形变方向被拉伸。这个应力条件在通孔体中产生了张力的应力，当温度升高时，该张力应力将继续增高，当应力超过通孔镀层的断裂强度时，镀层将会断裂。同时层压板较高的热膨胀率，使内层导线及焊盘上的应力明显增加，致使导线与焊盘开裂，造成多层印制电路板内层短路。所以，在制造适用BGA等高密度封装结构对印制电路板的原材料的技术要求，要特别进行认真的分析，选择基材与铜箔的热膨胀系数基本要达到相匹配。
二、 底片制作和使用误差对内层短路的影响
电路图形的制作是通过CAD/CAM系统进行转化而最后生成电路图象转移用的比例为1：1光绘底片。再将此片采用转移方法生成生产用的重氮底片。在转化与生成制板用的底片过程中，就会产生人为和机械的误差。经过一段时间的研制和生产数据统计和分析，往往在以下几个方面容易产生偏差：
1、 层与层之间在冲制定位孔时，由于视觉的差错，而产生层与层之间偏差。
2、 光绘底片复制成重氮底片时，人为和设备所造成的偏差。
3、 底片转移电路图形成像时产生的位移现象，导致成像孔位的偏差。
4、 底片保存和使用过程，由于温度与湿度的影响导致片基伸长与缩进而造成的底片通孔位置的偏差。
5、 图形转移过程由于人为视觉差异和定位精度，所造成的孔位偏差。
6、 片基本身的质量问题造成的偏差。
这些是印制电路板制造过程的综合误差，根据军标和国际标准规定，其综合误差值不应大于导线的宽度。如果超过标准和工艺规定尺寸范围，就会造成多层印制电路板内层短路。为了确保底片制作质量和使用质量的可靠性，就必须加强过程的监控和管理，使制造BGA结构器件所需的多层印制电路板，从投料开始对每道工序必须制定正确的、可操作性和有效性的工艺方法和对策。
三、 定位系统的方法精度对内层短路的影响
在底片生成、电路图形制作、叠层、层压和钻孔过程，都必须进行定位，至于采用何种形式的定位方法，需要进行认真的研究和分析。这些需要定位的半成品都会因为选择的定位精度的差异，带来一系列的技术问题，稍有不慎就会导致多层印制电路板内层产生短路现象。究竟选择何种定位方法，应由所选用的定位的精度适用性和有效性而定。多层印制电路板层间对位工艺方法很多，主要有以下八种：
⊙两园孔销钉定位方法。
⊙一孔一槽定位方法。
⊙三园孔或四园孔定位方法。
⊙四槽孔定位方法。
⊙MASS LAMINATE定位方法。
⊙对位粘贴定位方法。
⊙蚀刻后定位方法。
⊙X-射线钻定位孔方法。
这八种工艺方法而言，就精度和可靠性分析，以四槽孔定位工艺方法适合此种六层印制电路板的定位加工。当然影响多层印制电路板的层间定位精度因素很多，此文所论及的光绘底片、层压芯材、上垫板及制造所采用的定位设备、生产工艺设备、工艺环境条件、工艺技术和加工操作过程诸多因素综合的结果。由于定位精度的差异和工艺方法选择上的区别，最容易造成多层印制电路板内层产生偏移、致使内层产生致使的质量问题-内层短路。
四、 内层蚀刻质量对内层短路的影响
内层蚀刻过程易产生末蚀刻掉的残铜点，这些残铜有时极小，如果不采用光学测试仪进行直观的检测，而用肉眼视觉很难发现，就会带到层压工序，将残铜压制到多层印制电路板的内部，由于内层密度很高，最容易使残留铜搭接到两导线之间而造成多层印制电路板内层短路。
五、 层压工艺参数对内层短路的影响
内层板在层压时必须采用定位销来定位，如果装板时所使用的压力不均匀，内层板的定位孔就会产生变形、压制所采取的压力过大产生的剪应力和残余应力也很大，层缩变形等等原因，都会造成多层印制电路板的内层产生短路而报废。
六、 钻孔质量对内层短路的影响
1、 孔位误差分析
为了获得高质量、高可靠性的电气连接，钻孔后焊盘与导线的连接处最小要保持50μm。要保持这么小的宽度，钻孔的位置精度要很高，产生的误差要小于或等于工艺所提出的尺寸公差技术要求。但钻小孔的孔位误差主要由钻床的精度、钻头的几何形状、盖、垫板的特性和工艺参数而定。从实际生产过程所积累的经验分析是由四个方面造成的：相对孔的真实位置钻床的振动造成的振幅、主轴的偏移、钻头进入基板点所产生的滑移和钻头进入基板后由于受玻璃纤维的阻力和钻屑引起的弯曲变形。这些因素都会造成内层孔位偏移而产生短路的可能性。
2、 根据上述所产生的孔位偏差，为解决和排除产生误差超标的可能性，建议采用分步钻孔的工艺方法，可以大减少钻屑排除的效果和钻头温升。因此，需要改变钻头的几何形状（横截面积、钻芯厚度、锥度、排屑槽角、排屑槽和长度与刃带比率等）来增加钻头的刚度，孔位精度就会大改善。同时还要正确的选择盖垫板和钻孔的工艺参数，才能确保钻孔的孔位精度在工艺规定的范围以内。除了上述保证条件外，外因也是必须注视的焦点。如果内层定位不准，在钻孔时通孔偏位，也同样导致内层断路或短路。
七、 结束语
根据上述的浅析的结果，就可以在工艺方法上和工艺装置上，进行优选。目的是确保多层印制电路板的高质量、高可靠性。尽管在制造适应BGA结构形式的高密度、多层次的多层印制电路板，难度很大，只要认真的分析制造过程容易产生的质量缺陷的根本原因，就可以采取相应的工艺对策，制造上述所要求的技术条件是可以办到的。