王勁松 杜玉芳 吳迎新 孫 鑫

深南電路有限公司

1 前言

在PCB制造業(yè)飛速發(fā)展的今天，各生產(chǎn)廠家為博取更大的市場，紛紛采用新技術(shù)、新工藝，力求在行業(yè)中占據(jù)先機(jī)。但是PCB生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的缺陷種類卻沒有隨著技術(shù)的發(fā)展而減少，很多缺陷是長期存在卻沒有徹底解決的。如阻焊顯影不凈，大家應(yīng)該不陌生。本文重點(diǎn)講述的是阻焊顯影不凈中一類不常見的缺陷——孔環(huán)顯影不凈。對于此類問題，很多公司由于沒有處理經(jīng)驗(yàn)而束手無策，足見其危害性。

筆者在從事過程質(zhì)量保證工作的幾年時(shí)間里，就遭遇了兩次此類問題。通過對此失效模式的分析以及DOE（正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)）實(shí)驗(yàn)，找到影響顯影不凈的關(guān)鍵因素，希望能給大家提供一些解決此類問題的思路。

2 孔環(huán)顯影不凈缺陷解析

孔環(huán)顯影不凈缺陷是指在孔口焊環(huán)位置殘留一圈淡淡的油墨（圖1）是造成表面處理（化金、化錫、化銀、熱風(fēng)焊料整平）失效的一種不良現(xiàn)象（圖2）。此缺陷在阻焊顯影后一般用肉眼或是十倍放大鏡是很難被發(fā)現(xiàn)的，只有在做了表面處理（OSP除外）后才比較容易發(fā)現(xiàn)。此類不良如流出到客戶端會導(dǎo)致客戶焊接失效（焊接不牢）[1]，從而被客戶投訴。

圖1 阻焊顯影后，未做表面處理

圖2 熱風(fēng)焊料整平后孔環(huán)出現(xiàn)嚴(yán)重露銅

3 原因分析及模擬實(shí)驗(yàn)

3.1 產(chǎn)生原因分析

通過對不良品的產(chǎn)生原因進(jìn)行深入分析，我們得知造成孔環(huán)顯影不凈的原因是，由于孔口位置油墨較薄，在受到某些因素影響后，較薄的油墨被完全固化，顯影液無法將其顯影干凈，形成顯影不凈。對造成孔口位置油墨被固化的因素，我們進(jìn)行了魚骨圖分析：

依據(jù)魚骨圖分析及日常經(jīng)驗(yàn)，與孔環(huán)顯影不凈相關(guān)的因素主要有：凈化間溫濕度、油墨的預(yù)烘溫度范圍、絲印后預(yù)烘前停放時(shí)間、預(yù)烘溫度、預(yù)烘時(shí)間。針對以上主要影響因素，我們設(shè)計(jì)DOE實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，來找出關(guān)鍵影響因素。以下為實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)內(nèi)容。

3.2 實(shí)驗(yàn)方案及驗(yàn)證結(jié)果

3.2.1 溫濕度模擬實(shí)驗(yàn)（極限模擬實(shí)驗(yàn)）

通過前期的分析確認(rèn)，我們認(rèn)為溫度超標(biāo)對顯影不凈的影響有限，主要影響因素為濕度。為驗(yàn)證濕度對孔環(huán)顯影不凈的影響，設(shè)計(jì)極限模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行確認(rèn)。我們選取板面插件孔孔數(shù)較多的板若干（圖3），選用E供應(yīng)商的油墨，絲印后放在一個(gè)相對封閉的小房間內(nèi)，采用人工增濕的方法，使房間內(nèi)濕度達(dá)到80%以上。正常情況下，凈化間溫度要求為：20 ℃±2 ℃，濕度40%～60%。

實(shí)驗(yàn)選用的生產(chǎn)板：

詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示：

在溫度一定濕度超標(biāo)的情況下，較高的濕度會導(dǎo)致孔口油墨變得更稀薄。在預(yù)烘時(shí)，較薄的油墨容易被完全固化，顯影后不能被顯影液完全顯影干凈而形成顯影不凈。通過上述實(shí)驗(yàn)，可以看出E供應(yīng)商油墨在濕度超標(biāo)情況下，絲印后板件停放45 min就會有孔環(huán)顯影不凈。由此可見濕度為控制孔環(huán)顯影不凈的一個(gè)關(guān)鍵因素。

圖3 實(shí)驗(yàn)用板

表1

3.2.2 針對絲印后不同停放時(shí)間模擬試板

在凈化間溫濕度及其他各設(shè)備條件不變的情況下，選取不同數(shù)量的生產(chǎn)板件，驗(yàn)證絲印后停放不同的時(shí)間，然后按正常步驟生產(chǎn)，顯影后確認(rèn)顯影不凈的比例。為對比效果，選取E供應(yīng)商的兩個(gè)不同批號（A、B）的油墨進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)。絲印后的實(shí)驗(yàn)板分別放在1米高的放板架（C位置）和凈化間的地面上（D位置）。以下為詳細(xì)實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果：

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由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，E供應(yīng)商油墨絲印后不論以何種停放方式進(jìn)行停放，停放時(shí)間3h就會有顯影不凈。說明不同的停放方式對顯影不凈沒有影響；不同的油墨批次實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致說明油墨來料批之間性能相對較穩(wěn)定。對于E供應(yīng)商油墨來講，絲印后預(yù)烘前停放時(shí)間是顯影不凈的主要影響因素之一。

3.2.3 針對油墨本身性能進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)

針對E供應(yīng)商油墨的預(yù)烘溫度操作范圍、添加稀釋劑、磨板后烘烤等因素，我們設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)選取F供應(yīng)商的油墨進(jìn)行平行對比實(shí)驗(yàn)。以下為詳細(xì)實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，打“√”表示該條件選用，空白表示該條件沒有選用。

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（1）通過實(shí)驗(yàn)1和2我們可以看出，在其他條件不變的情況下，是否添加稀釋劑對顯影不凈沒有影響，故對于E油墨，添加劑不是其顯影不凈的關(guān)鍵因素。

（2）對比實(shí)驗(yàn)3和4，在其他條件不變的情況下，適當(dāng)降低預(yù)烘溫度，可以對顯影不凈進(jìn)行有限度的改善，但是不能徹底根除，說明E油墨對預(yù)烘溫度較敏感，預(yù)烘范圍窄，不利于生產(chǎn)的加工控制。

（3）對比實(shí)驗(yàn)6和7，在其他條件不變的情況下，磨板后絲印前是否烘板，對顯影不凈沒有影響，故絲印后是否烘板不是顯影不凈的關(guān)鍵因素。

（4）對于F供應(yīng)商油墨來說，其他條件不變，預(yù)烘溫度從70 ℃～73 ℃，不會出現(xiàn)顯影不凈，說明F油墨預(yù)烘加工范圍較大，更便于生產(chǎn)的加工控制。

（5）對比實(shí)驗(yàn)9和10，在其他條件不變的情況下，F(xiàn)供應(yīng)商油墨在絲印后停放3H，不會出現(xiàn)顯影不凈，說明F油墨對絲印后的停放時(shí)間要求較寬，更利于生產(chǎn)的加工控制。

通過對比實(shí)驗(yàn)，我們可以看出F供應(yīng)商油墨比E供應(yīng)商油墨在預(yù)烘溫度范圍、絲印后停放時(shí)間等加工條件松，建議選用F供應(yīng)商油墨來滿足生產(chǎn)。

3.2.4 其他因素影響

從前期的實(shí)驗(yàn)結(jié)論來看，F(xiàn)供應(yīng)商油墨加工窗口更寬，便于生產(chǎn)管控。但是在使用F供應(yīng)商油墨一段時(shí)間后，生產(chǎn)現(xiàn)場陸續(xù)出現(xiàn)了孔環(huán)顯影不凈。經(jīng)過深入比較分析后，我們懷疑與磨板后水洗水質(zhì)有關(guān)系（本公司在前處理磨板后采用的是市水洗），故設(shè)計(jì)使用市水及DI水進(jìn)行磨板后的清洗，來對比對顯影不凈的影響。

選取現(xiàn)場生產(chǎn)板件磨板后分別采用市水、DI水清洗，對比清洗水質(zhì)對顯影不凈的影響。采用E、F兩家供應(yīng)商油墨進(jìn)行平行試驗(yàn)。

采用市水清洗，無論停放時(shí)間多久，兩家供應(yīng)商油墨都會有不同比例的顯影不凈；而采用DI水清洗，絲印后停放3小時(shí)都不會有顯影不凈。

在對所使用的市水及DI水進(jìn)行水質(zhì)分析后，我們發(fā)現(xiàn)市水電導(dǎo)率較高，達(dá)到246 μs.cm-1，DI水的電導(dǎo)率為22 μs.cm-1。本公司地理位置靠海，市水中含鹽及氯離子較多，導(dǎo)致電導(dǎo)率偏高。在不同的停放時(shí)間內(nèi)，氯離子與油墨反應(yīng)到不同狀態(tài)，造成顯影不凈。在將磨板后水洗更換為DI水后，分別采用E、F供應(yīng)商油墨進(jìn)行生產(chǎn)，3個(gè)月后，沒有再出現(xiàn)孔環(huán)顯影不凈。說明磨板后的清洗水水質(zhì)是影響顯影不凈的關(guān)鍵因素之一。

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4 結(jié)論

通過上述實(shí)驗(yàn)，我們得知油墨本身性能，如預(yù)烘溫度可操作范圍的寬窄、絲印后停放時(shí)間的長短，都會對生產(chǎn)現(xiàn)場管控造成影響。如果預(yù)烘溫度范圍過窄、絲印后停放時(shí)間較短，生產(chǎn)現(xiàn)場管控就比較困難，不適合大批量生產(chǎn)。相反，如果加工參數(shù)窗口較寬，生產(chǎn)現(xiàn)場管控教容易，適合批量生產(chǎn)。除油墨本身的性能外，另外生產(chǎn)現(xiàn)場的環(huán)境，如凈化間濕度，磨板后清洗水水質(zhì)等，都是影響孔環(huán)顯影不凈的關(guān)鍵因素。故對于PCB廠家，如能選擇加工窗口較寬的油墨，并有效地控制加工過程中的如環(huán)境、水質(zhì)等關(guān)鍵因素，孔環(huán)顯影不凈將能得到有效地解決。

以上實(shí)驗(yàn)只是對孔環(huán)顯影不凈進(jìn)行了有限的研究，可能還有其他因素的影響，需要后續(xù)做進(jìn)一步的研究，不妥之處請大家批評指正。

[1]袁繼旺. 孔口阻焊顯影不凈原因分析及論證[M].