多層微波板背鉆孔樹脂塞孔不良改善與分析

楊 純 甘 靜

（安徽四創(chuàng)電子股份有限公司，安徽 合肥 230088）

1 背景

1.1 背鉆孔簡述

背鉆孔結(jié)構(gòu)為大孔套小孔，做法為先鉆通孔，孔金屬化使之連通各層，二次鉆孔鉆掉不需要連接的層數(shù)，再通過上述流程完成背鉆孔塞孔過程。背鉆孔圖及塞孔結(jié)果（見圖1）。

圖1 背鉆孔及樹脂塞孔

1.2 當(dāng)前問題

塞孔工藝采用先進(jìn)的真空網(wǎng)印方式，在孔內(nèi)塞樹脂油墨將背鉆孔及內(nèi)部通孔填平，經(jīng)固化后打磨平整。打磨后檢查塞孔結(jié)果，當(dāng)前存在的問題有：（1）孔內(nèi)樹脂外翻，形成爆炸樣空洞；（2）樹脂中間球形空洞，孔內(nèi)整體凹陷；（3）針孔樣缺陷。

1.3 塞孔不合格率現(xiàn)狀

通過ERP系統(tǒng)統(tǒng)計，2020年3月1日～4月1日已制多層微波板送檢16039 pcs，經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)局部塞孔不實有空洞、樹脂黑洞、凹陷等問題，匯總結(jié)果（見表1）。

針對塞孔不良現(xiàn)象，利用萊卡數(shù)字顯微鏡，通過三維測厚的方式，測試背鉆孔塞孔的樹脂飽滿度，進(jìn)一步分析背鉆孔深度及塞孔飽滿度之間的關(guān)系，數(shù)據(jù)分布（見圖2）。由數(shù)據(jù)可以看出，背鉆深度在＜0.2 mm時飽滿度在1.0～1.05之間，背鉆深度0.2～0.3 mm范圍內(nèi)的飽滿度在0.7～0.98之間，背鉆深度0.3～0.4 mm范圍內(nèi)的飽滿度在0.2～0.3之間。隨著背鉆深度的增加，飽滿度呈下降趨勢，塞孔不良的狀況嚴(yán)重。

表1 2020年3月1日～4月1日塞孔不合格率報表

2 塞孔不良原因分析

2.1 工藝流程分析

針對工藝流程圖中各個步驟，調(diào)查所用設(shè)備、型號、老舊程度、工藝參數(shù)，調(diào)查結(jié)果（見表2）。操作員工技能水平、現(xiàn)場環(huán)境均正常。通過調(diào)查表發(fā)現(xiàn)在刷板、預(yù)印刷、印刷、固化方面存在問題，需要在預(yù)烘溫度，印刷速度、預(yù)烘參數(shù)、網(wǎng)版張力、后固化參數(shù)方面進(jìn)行優(yōu)化改善。

2.2 生產(chǎn)過程因素影響程度分析

對生產(chǎn)過程進(jìn)行IPO（IPO圖：鑒定過程輸入產(chǎn)生的有缺陷的目標(biāo)特征輸出）因子查找，其中因子篩選中U代表不可控因子，C代表可控因子，并進(jìn)行CE（CE矩陣分析是指篩選因子對不良結(jié)果的影響程度并進(jìn)行打分，總和為相應(yīng)打分乘以對客戶重要性分?jǐn)?shù)，再進(jìn)行加和）因果矩陣篩選因子，見表3所示。

通過分析生產(chǎn)過程IPO因子查詢，將不同的生產(chǎn)過程會產(chǎn)生哪種不良結(jié)果進(jìn)行區(qū)域性劃分，找出產(chǎn)生塞孔不良的方向。隨后做CE矩陣分析，篩選因子對不良結(jié)果的影響程度并進(jìn)行打分，總和為相應(yīng)打分乘以對客戶重要性分?jǐn)?shù)，再進(jìn)行加和?？偤头?jǐn)?shù)較大的14個因子（見表4）。

CE篩選后對14個得分較高的因子進(jìn)行PFMEA分析。分析確認(rèn)造成背鉆孔塞孔合格率低的主要原因（見表5）。

通過PFMEA分析（PEMWA分析是指一種用來確定潛在失效模式及其原因的分析方法），我確認(rèn)造成背鉆孔塞孔合格率低的主要原因有：

（1）預(yù)烘時間不足；

（2）繃網(wǎng)機(jī)老舊，網(wǎng)版張力不均勻；

（3）塞孔機(jī)真空度參數(shù)設(shè)置不當(dāng)；

（4）抽真空時間過短；

（5）后固化溫度區(qū)間過窄；

（6）深度過深，返工次數(shù)多。

圖2 背鉆深度與塞孔飽滿度分布

表2 工藝流程調(diào)查表

3 改善方法

3.1 優(yōu)化預(yù)烘參數(shù)

預(yù)烘目的是去除孔內(nèi)濕氣，設(shè)計不同預(yù)烘參數(shù)，經(jīng)稱重法驗證，摘取部分取值做時間-質(zhì)量曲線圖（見圖5）。

通過時間——質(zhì)量曲線圖分析可知，隨時間的增加，質(zhì)量線趨于水平，說明質(zhì)量逐漸趨于穩(wěn)定，即孔內(nèi)濕氣被烘干殆盡；100 ℃烘干時間為180 min，110 ℃烘干時間為160 min，120 ℃烘干時間為120 min，130 ℃烘干時間為120 min；綜合以上結(jié)果，確定預(yù)烘參數(shù)設(shè)定為120 ℃，120 min。

3.2 網(wǎng)板采用自動繃網(wǎng)機(jī)繃網(wǎng)

2006年購買的繃網(wǎng)機(jī)由于使用年數(shù)較長，測試張力值不滿足要求，采用自動繃網(wǎng)機(jī)，五點測試均合格，新繃網(wǎng)版張力值符合要求（見表6）。

3.3 重新設(shè)置塞孔機(jī)參數(shù)

根據(jù)設(shè)備廠商建議，將塞孔機(jī)真空度由45 Pa更改為80 Pa，為減少樹脂中殘留氣泡將抽真空時間設(shè)定為每程式3 min，根據(jù)氣泡殘留情況可選擇一次程式至四次程式，四次程式時間為2 h。

3.4 優(yōu)化后固化溫度參數(shù)

根據(jù)樹脂特性低溫預(yù)烤，分段兩次高溫固化是常用的后固化方式，結(jié)合樹脂特性，選定低溫升溫區(qū)間，將低溫區(qū)間延長至80 ℃，烘60 min。

確定后烘參數(shù)設(shè)定為：80 ℃，30 min+100 ℃，30 min+140 ℃，60 min。

表3 塞孔過程IPO因子查找

表4 CE因果矩陣篩選總和分?jǐn)?shù)較大的因子

3.5 根據(jù)我廠制程能力適當(dāng)調(diào)整背鉆深度

經(jīng)疊層分析，背鉆深度與需鉆通層及銅箔厚度相關(guān)，隔離層在設(shè)計時已確定，制作時調(diào)整的是半固化片厚度或介質(zhì)厚度。HY65801設(shè)計背鉆深度為0.36 mm，優(yōu)化后理論背鉆深度只需要0.29 mm即可，減少深度為半固化片和殘樁高度對高頻信號性能無影響。

表5 PFMEA分析主要原因表

圖5 預(yù)烘時間-質(zhì)量曲線圖

表6 張力測試表（單位：N）

4 結(jié)論

經(jīng)以上改善方法優(yōu)化后，統(tǒng)計2020年5月1日至6月1日不合格品審理數(shù)據(jù)，送件數(shù)19408 pcs，報廢數(shù)占比0.025%，超差代用占比13.22%。

通過分析塞孔不良的現(xiàn)象，采用相應(yīng)的改善方法，最終順利改善當(dāng)前塞孔不良的焦點問題，并形成以下工藝改善方案：

（1）塞孔前進(jìn)行烤板預(yù)烘，去除孔內(nèi)濕氣，預(yù)烘參數(shù)設(shè)定為120 ℃，120 min；

（2）制作網(wǎng)版張力要均勻一致，并且張力值達(dá)標(biāo)；

（3）重新設(shè)置塞孔機(jī)參數(shù)，真空度為80 Pa，抽真空時間為2 h；

（4）采用分段后烤方式，后烤溫度區(qū)間設(shè)定為80 ℃，30 min+100 ℃，30 min+140 ℃，60 min；

（5）適當(dāng)調(diào)整背鉆深度，背鉆深度越深塞孔不良越突出，為減少返工及不良次數(shù)，應(yīng)盡可能減小背鉆深度。