羅家偉 黃 力 楊潤伍 李 亮 范軍杰

（珠海方正科技高密電子有限公司，廣東 珠海 510310）

0 前言

芯吸（Wicking）是指印制電路板（PCB）導(dǎo)通孔孔壁上沿玻纖有化學(xué)銅層滲鍍其中，出現(xiàn)掃把刷子般形貌[1]，是生產(chǎn)制程的常見監(jiān)控項目之一。其成因在毛細作用下會將液體引入存有微隙的絲束中，傳統(tǒng)化學(xué)銅必定出現(xiàn)的一種常態(tài)[2]。伴隨著PCB不斷向高密度、高集成方向發(fā)展，芯吸效應(yīng)將會越來越受到嚴(yán)格的管控,特別是汽車電子方面。近期，我公司頻繁檢測產(chǎn)品出現(xiàn)芯吸嚴(yán)重超標(biāo)問題（＞120 μm）；為避免后續(xù)出現(xiàn)客戶重大投訴及索賠，需要批量報廢重新補料制作，給生產(chǎn)品質(zhì)、交期進度及制作成本造成嚴(yán)重影響。

為了找到影響燈芯的主要影響因素，公司特對此進行專項研究，以期找出導(dǎo)致芯吸相關(guān)因素。在內(nèi)部充分溝通討論情況下，決定采用DOE實驗驗證測試，為后續(xù)改善和解決芯吸問題提供對應(yīng)的改善思路和解決方案。見圖1所示，芯吸的測量從箔鉆孔邊緣開始，芯吸評估在一個微蝕刻樣品上進行[3]。

圖1 IPC-A-600芯吸標(biāo)注及過程效果圖

1 DOE實驗設(shè)計

1.1 實驗?zāi)康?/h3>

為確定導(dǎo)致芯吸的原因，以改善和解決芯吸問題，本文設(shè)計了實驗方案探究導(dǎo)致芯吸超標(biāo)的最主要因素，對應(yīng)優(yōu)化相關(guān)制程參數(shù)及相關(guān)設(shè)計，為改善芯吸提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

1.2 實驗流程

開料→內(nèi)層圖形→內(nèi)層蝕刻→內(nèi)層AOI（自動光學(xué)檢測）→棕化→壓合→機械鉆孔→烤板→沉銅→全板電鍍→外層圖形（負(fù)片）→酸性蝕刻→AOI檢測→測試→切片分析

1.3 檢測指標(biāo)與方法

試板完成后，垂直微切片觀察芯吸情況及測量長度。微切片制作方法按IPC-TM-650相關(guān)要求；測量標(biāo)準(zhǔn)按IPC-A-600執(zhí)行。

1.4 實驗因子確定

產(chǎn)生芯吸的原因很多，此次我公司DOE實驗采用一般全因子設(shè)計，共8因子，每因子2水平，合計512組實驗。因子及水平情況如表1所示。

表1 DOE實驗因素水平表

2 DOE實驗過程制作

2.1 試板相關(guān)信息

本次DOE實驗板層數(shù)設(shè)計為14 L，壓合后板厚3.8 mm，鉆頭大小統(tǒng)一采用0.25 mm；內(nèi)層芯板結(jié)構(gòu)這個因子有兩個不同型號執(zhí)行，A型采用：0.2 mm（不含銅）2/2（PP：3313×2，B型采用0.2 mm（不含銅）2/2（PP：7628×1）；層間均采用4張1080 RC68% PP。壓合結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 壓合結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2 實驗?zāi)KCAM（計算機輔助制造）資料設(shè)計

由于DOE采用一般全因子設(shè)計設(shè)計，累計512組實驗；怎樣設(shè)計實驗?zāi)K顯得尤為重要，這樣可以減少生產(chǎn)板數(shù)量，以及過程難度。此次DOE實驗綜合考慮涉及測試因子共8個，過程測試需要大量的測試板。為過程中最大程度節(jié)約測試物料、節(jié)約測試時間及成本，我們測試以BGA（球柵陣列）模塊化設(shè)計；包括內(nèi)層非功能環(huán)設(shè)計、鉆孔不同節(jié)距（Pitch）設(shè)計、鉆頭廠商選用、鉆頭設(shè)計選用、鉆頭不同磨次管控、鉆頭不同壽命管控，全部設(shè)計在一個模塊上如圖3所示。而芯板結(jié)構(gòu)不同為方便區(qū)分在壓合結(jié)構(gòu)設(shè)計時已經(jīng)定義為兩個不同測試型號；壓合緩沖材料應(yīng)用不同及沉銅前烤板情況，則過程中切槽作對應(yīng)標(biāo)記區(qū)分。所有實驗?zāi)K均采用0.25 mm鉆頭，每個模塊鉆孔表在末尾加數(shù)字區(qū)分。

圖3 鉆孔模塊

2.3 壓合制作

壓合涉及實驗因子：壓合緩沖材料使用，同時也關(guān)系后續(xù)制作的成??；為保證壓合品質(zhì)，制作方法如下。

（1）壓合采用熔合+鉚合（鉚合需正反對稱鉚）方式制作，保證壓合后層間偏移量。

（2）壓合疊版兩個型號均采用兩種方式，高壓縮比緩沖紙與普通牛皮紙壓合；疊版時需在邊緣銅箔標(biāo)識壓合緩沖材料使用情況；壓合疊版示意圖4所示；

圖4 壓合疊板示意圖

（3）壓合采用對應(yīng)合適參數(shù)正常制作，并保證同時同一臺壓機生產(chǎn)；

（4）采用高壓縮比緩沖紙壓合的板打靶后裁邊時切兩個槽進行區(qū)分。

由于硅膠墊厚度達6 mm，高壓縮比緩沖紙厚度2 mm，故采用高壓縮比緩沖紙疊板壓合時一個BOOK生產(chǎn)2 pnl時高度已經(jīng)滿足要求。

2.4 鉆孔制作

DOE實驗試板14 L，內(nèi)層均為70 μm厚銅，壓合后完成板厚4.0 mm。鉆孔涉及實驗因子：鉆頭壽命、鉆頭設(shè)計、鉆頭供應(yīng)商；為保證過程鉆頭選用不出錯及鉆孔品質(zhì)，制作方法如下。

（1）1 pnl/疊，密胺墊板，鍍膜鋁片。

（2）所有試板模塊內(nèi)0.25 mm孔采用分三段方式制作，并采用跳鉆。

（3）模塊內(nèi)0.2 5 mm 孔生產(chǎn)參數(shù)：轉(zhuǎn)速120～130 kr/min，進刀速27～29 mm/s，退刀速340 mm/s；Chipload：12.5～14.5 μm/rev。

（4）0.25 mm全新鉆頭DOE測試模塊刀序為T04～T19，其鉆頭情況（廠商、涂層情況、壽命）管控如圖5所示。

圖5 模塊對應(yīng)刀序

其余工藝邊孔鉆頭無要求。

3 實驗數(shù)據(jù)分析與結(jié)果

試板完成后，利用金相顯微鏡進行微切片觀察及測量芯吸，并按對應(yīng)關(guān)系進行記錄對應(yīng)數(shù)據(jù)，采用Minitab進行分析，即可得到如下實驗結(jié)果。

3.1 DOE因子設(shè)計分析

由標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)Paerto圖見圖6所示，此次實驗影響芯吸最大因素為芯板結(jié)構(gòu)，影響因素占比為68.34%；其次為不同供應(yīng)商的鉆頭，影響因素占比為7.14%；第三為鉆頭設(shè)計，影響因素占比為5.86%；第四為隔離環(huán)設(shè)計，影響因素占比為5.17%。此四項影響因素占比為高達86.51%，是后續(xù)調(diào)節(jié)改善芯吸的主要方向。

圖6 標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)Paerto圖

3.2 DOE主效應(yīng)分析

通過芯吸DOE測試主效應(yīng)圖見圖7所示：此次實驗影響芯吸最大因素為芯板結(jié)構(gòu)（玻布纖維類型）；烤板與否對芯吸改善沒有實質(zhì)性幫助。對改善芯吸影響因素主次關(guān)系為：芯板結(jié)構(gòu)＞鉆頭供應(yīng)商＞壓合緩沖材料＞內(nèi)層隔離環(huán)設(shè)計＞鉆頭設(shè)計＞不同孔間距＞鉆頭壽命＞鉆孔后烤板情況。

圖7 DOE測試主效應(yīng)圖

4 結(jié)論

基于此次DOE實驗測試及收集實驗的切片芯吸數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，結(jié)論如下。

（1）此次實驗影響芯吸最大因素為芯板結(jié)構(gòu)，影響因素占比為68.34%；其次為不同供應(yīng)商的鉆頭，影響因素占比為7.14%；第三為鉆頭設(shè)計，影響因素占比為5.86%；第四為隔離環(huán)設(shè)計，影響因素占比為5.17%。此四項影響因素占比為高達86.51%，是后續(xù)調(diào)節(jié)改善芯吸的主要方向。

（2）通過此次實驗數(shù)據(jù)分析，對改善芯吸影響因素主次關(guān)系如下：芯板結(jié)構(gòu)＞鉆頭供應(yīng)商鉆頭＞壓合緩沖材料使用＞內(nèi)層隔離環(huán)設(shè)計＞鉆頭設(shè)計＞不同孔間距＞鉆頭壽命＞鉆孔后烤板情況

（3）芯吸產(chǎn)生的因素與芯板結(jié)構(gòu)（玻布纖維類型）、孔密集度、鉆頭壽命成正相關(guān)關(guān)系；即玻布纖維越厚，孔越密集、鉆頭壽命越高，則芯吸長度越長。

（4）芯吸產(chǎn)生的因素與鉆頭質(zhì)量（不同供應(yīng)商、不同鉆頭設(shè)計）成反相關(guān)關(guān)系；即采用質(zhì)量好的鉆頭，則芯吸長度越短。

（5）需要管控芯吸的產(chǎn)品，在前端設(shè)計壓合結(jié)構(gòu)時，疊構(gòu)中（包含芯板）避免選用7628類型的PP結(jié)構(gòu)，選用3313類型的PP結(jié)構(gòu)；當(dāng)客戶對芯吸提出更高要求時，還需選用比3313類型更薄的PP類型。

（6）需要管控芯吸的產(chǎn)品，普通FR-4材料壓合時，采用普通牛皮紙即可滿足；當(dāng)采用更高級別的材料時，需對壓合緩沖材料、不同孔間距、隔離環(huán)的設(shè)計等進行微調(diào)設(shè)計。

（7）需要管控芯吸的產(chǎn)品，鉆孔時需采用質(zhì)量相對較好的全新涂層鉆頭生產(chǎn)，壽命按500 hit控制。

（8）DOE實驗可科學(xué)有效分析PCB生產(chǎn)過程中的異常問題，并為優(yōu)化生產(chǎn)工藝/設(shè)計、提升制程能力提供改善方向。