改善阻焊溢油方法研究

彭春生 劉 東 朱 拓（深圳崇達(dá)多層線路板有限公司，廣東 深圳 518132）

改善阻焊溢油方法研究

彭春生 劉 東 朱 拓
（深圳崇達(dá)多層線路板有限公司，廣東 深圳 518132）

從分析“阻焊塞孔”在制造過程中產(chǎn)生“阻焊溢油”不良原因，及不同GERBER圖形設(shè)計(jì)條件下使用不同的CAM工具入手，在采用專用的“塞孔油墨”的基礎(chǔ)上，探討通過優(yōu)化“阻焊照片”、“塞孔鋁片”為主，“樹脂塞孔”工藝替代和“分段固化”為輔，達(dá)到預(yù)防和降低“阻焊溢油”不良的目的，從而提高PCB產(chǎn)品可靠性。

阻焊塞孔；阻焊溢油；CAM工具

1 前言

近年來，基于PCB產(chǎn)品可靠性要求，越來越多客戶采用“阻焊塞孔”工藝來保護(hù)金屬化過孔的導(dǎo)電層免受惡劣環(huán)境的侵蝕，這種“阻焊塞孔”工藝給“阻焊溢油”不良帶來直接隱患。

“阻焊溢油”不良主要危害是污染PCB產(chǎn)品的焊盤表面，導(dǎo)致PCB貼裝時(shí)焊接不良，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的可靠性（如圖1所示）。“阻焊印刷”已是PCB制造的后工序，而“阻焊溢油”不良產(chǎn)品只能通過返洗、重印阻焊的方式進(jìn)行返工，或者直接報(bào)廢處理，這樣就造成極大的成本浪費(fèi)和產(chǎn)品交期延誤。

針對(duì)“阻焊溢油”不良，單純采用延長(zhǎng)“阻焊固化”工序低溫段的烘板時(shí)間，或在“阻焊塞孔”顯影后增加過“UV機(jī)固化”流程，改善效果并不明顯，而且導(dǎo)致工廠能耗升高，生產(chǎn)效率降低，容易擦花阻焊油墨等問題。

目前，PCB工廠除采用專用的“塞孔油墨”來改善“阻焊溢油”不良現(xiàn)象外，主要還有兩種方式可以預(yù)防“阻焊溢油”不良的發(fā)生采用“樹脂塞孔”和“優(yōu)化工具設(shè)計(jì)”。使用“樹脂塞孔”工藝替代“阻焊塞孔”工藝，同樣會(huì)導(dǎo)致更高的成本投入以及需要更長(zhǎng)的生產(chǎn)周期。

本文則從“優(yōu)化工具設(shè)計(jì)”方面入手，分析“阻焊塞孔”工藝在制造過程中導(dǎo)致“阻焊溢油”不良的成因、影響因素、不同GERBER圖形設(shè)計(jì)條件下使用不同的CAM工具，在采用專用的“塞孔油墨”的基礎(chǔ)上，探討通過以優(yōu)化“阻焊照片”、“塞孔鋁片”的方式為主、“樹脂塞孔”工藝和“分段固化”為輔，達(dá)到有效預(yù)防和降低“阻焊溢油”不良的產(chǎn)生，從而提高PCB產(chǎn)品可靠性。產(chǎn)生“阻焊溢油”污染，但是在“阻焊后固化”高溫烘烤時(shí)，塞入孔內(nèi)的半流質(zhì)狀油墨受熱膨脹，孔口表面油墨經(jīng)紫外光曝光硬化層無法阻擋孔內(nèi)半流質(zhì)狀油墨高速膨脹的沖擊力時(shí)，“爆”或“溢”出孔口污染附近焊盤。

圖1 “阻焊溢油”不良導(dǎo)致的品質(zhì)影響

2 阻焊溢油不良產(chǎn)生原因及現(xiàn)象

導(dǎo)致“阻焊溢油”不良污染板面主要有PCB設(shè)計(jì)和生產(chǎn)控制兩方面因素，如表1所示。

2.1 PCB設(shè)計(jì)間距不足

由于PCB組裝空間制約，PCB設(shè)計(jì)時(shí)將孔與焊接PAD的阻焊開窗距離設(shè)計(jì)成＜0.15 mm或直接相交、相切；這類設(shè)計(jì)在“阻焊塞孔”工藝生產(chǎn)中增加了“阻焊溢油”不良污染板面的比例。

但是，這類設(shè)計(jì)又無法避免，因?yàn)镻CB的小型化發(fā)展使得在PCB設(shè)計(jì)方案中必須使用更加密集的BGA、PGA和SMT封裝，這必然會(huì)使PCB產(chǎn)品上更多的孔與焊接PAD之間的間距越來越小。

2.2 PCB制造工藝控制難度

PCB產(chǎn)品“阻焊塞孔”生產(chǎn)后，孔內(nèi)油墨在預(yù)烘時(shí)不能完全烘干，塞入孔內(nèi)中間的油墨呈半流質(zhì)狀態(tài)，尤其是板厚＞1.6 mm時(shí)更為明顯；同樣，由于“阻焊塞孔”孔內(nèi)的油墨太厚，在阻焊曝光時(shí)紫外光也不能使孔內(nèi)油墨完全曝透固化。

當(dāng)此“阻焊塞孔”之孔需要阻焊開窗，即孔口油墨不經(jīng)過曝光固化時(shí)，在“阻焊顯影”生產(chǎn)時(shí)，塞入孔內(nèi)的半流質(zhì)狀油墨在水洗段水壓沖刷和烘干段高壓吹風(fēng)的作用下，“溢”出孔口污染附近焊盤；當(dāng)孔徑較大時(shí)（孔徑D≥0.45 mm），這一現(xiàn)象尤其明顯。

當(dāng)此“阻焊塞孔”之孔需要阻焊覆蓋，即孔口油墨需要經(jīng)過曝光固化時(shí)，在“阻焊顯影”時(shí)不會(huì)

2.3 原因及現(xiàn)象（表1）

3 影響“阻焊溢油”不良的因素及驗(yàn)證

3.1 關(guān)鍵因素分析

影響“阻焊溢油”不良的關(guān)鍵因素有：（1）采用“阻焊塞孔”的孔徑大小；（2）孔深度（成品板厚）；（3）“阻焊塞孔”之孔邊到焊接PAD阻焊開窗的距離；（4）“阻焊塞孔”油墨飽滿度。

此外，還有一些次要因素，如用來“塞孔”的阻焊油墨膨脹系數(shù)、“阻焊塞孔”之孔的阻焊開窗方式，“阻焊后固化”烘烤參數(shù)，阻焊顯影段水洗壓力等，也對(duì)“阻焊溢油”不良發(fā)生有一定影響。

3.2 關(guān)鍵影響因素實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

針對(duì)4項(xiàng)關(guān)鍵因素，采用某品牌專用塞孔系列油墨進(jìn)行塞孔，阻焊固化分四段烘烤、溫度及時(shí)長(zhǎng)。（60 ℃×30 min）+（80 ℃×60 min）+（110 ℃×30 min）+ （150 ℃ ×60 min），實(shí)驗(yàn)結(jié)果及不良比較如表2所示。

4 預(yù)防阻焊溢油的設(shè)計(jì)方案

4.1 “阻焊塞孔”孔邊到焊接PAD阻焊開窗的距離分類

針對(duì)以上對(duì)關(guān)鍵因素的分析驗(yàn)證，為方便區(qū)分描述，根據(jù)“阻焊塞孔”孔邊到焊接盤阻焊開窗的距離，分為四種情況：間距正常、間距不足、相

交、相切。

表1 阻焊溢油不良產(chǎn)生原因及現(xiàn)象

表2 影響“阻焊溢油”的關(guān)鍵因素

4種情況中相交和相切對(duì)“阻焊塞孔”的影響最大。具體情況如表3所示。

4.2 預(yù)防“阻焊溢油”設(shè)計(jì)方案總結(jié)

針對(duì)客戶不同的原稿設(shè)計(jì)，總結(jié)預(yù)防“阻焊溢油”，具體為：（1）“阻焊照片”及“鉆孔鋁片”等CAM工具設(shè)計(jì)優(yōu)化方案詳見表4；（2）采用專用塞孔油墨；（3）固化條件：阻焊塞孔固化分四段烘烤，溫度及時(shí)長(zhǎng)：（60 ℃×30 min）+（80 ℃×60 min）+ （110 ℃×30 min）+（150 ℃×60 min）。

表3 “阻焊塞孔”之孔邊與焊接PAD阻焊開窗圖示

表4 預(yù)防“阻焊溢油”工具設(shè)計(jì)

5 改善效果驗(yàn)證

抽取10款不同設(shè)計(jì)間距、板厚以及塞孔孔徑的在線產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)，對(duì)使用優(yōu)化CAM工具前、后出現(xiàn)的“阻焊溢油”不良比例進(jìn)行比較（如表5所示），優(yōu)化工具后“阻焊溢油”良率提高接近7%。

續(xù)表4

表5 優(yōu)化工具前后 “阻焊溢油”良率比較

6 結(jié)語

通過上述的簡(jiǎn)單探討，針對(duì)不同GERBER圖形設(shè)計(jì)條件，歸納了如何綜合運(yùn)用專用塞孔油墨、增加阻焊曝光擋光點(diǎn)、分段阻焊固化，以及通過優(yōu)化塞孔鋁片孔徑來控制塞孔飽滿度等方法，有效預(yù)防和降低“阻焊溢油”不良的產(chǎn)生。

當(dāng)然，PCB工廠通過與客戶的溝通，改善GERBER的原始設(shè)計(jì)，杜絕阻焊“相交相切”現(xiàn)象是預(yù)防“阻焊溢油”最根本的方法。

[1]葉應(yīng)才. PCB樹脂塞孔工藝技術(shù)淺析[J]. 印制電路信息, 2010,S1.

[2]李春甫.電路板的塞孔與網(wǎng)印[J].絲網(wǎng)印刷, 2006, 11.

[3]陳壹華.綠油塞孔制作工藝及技術(shù)[J]. 印制電路資訊, 2004, 2.

彭春生，工程設(shè)計(jì)部經(jīng)理，從事印制板工藝技術(shù)工作12年。

Discussing the prevention method of ink overflowed of sold mask

PENG Chun-sheng LIU Dong ZHU Tuo

This paper discusses how to improve product reliability by beginning with the analysis bad reasons of ink spill over after solder mask during the resistance welding hole manufacturing process. Then it talks about using different CAM tools on GERBER graphic design under different conditions. On the basis of the use a special ink, it discusses the optimization solder mask film, based on Aluminum sheet stuff hole, Plugging resin replacement process and segment curing supplement, to prevent and reduce the ink spill over after solder mask , in order to improve the reliability of PCB products.

Solder Mask Plug; Ink Overflowed of Solder Mask; CAM Tools

TN41

A

1009-0096（2014）03-0054-05