PDF《线路板热冲击后孔口断裂问题的原因分析》

第1页共9页线路板热冲击后孔口断裂问题的原因分析 郑亚洲 (广州杰赛科技股份有限公司印制电路分公司) 摘要 我司所出现的线路板热冲击后孔口断裂问题经过查找与以下因素有 关:①.

电流密度的大小;

②.磨痕的大小;

③.锡炉的影响;

④.热冲击的方法. 其中以磨痕的大小和锡炉的影响最为严重,这是应该重点控制的.电流密度 已经在执行新的选择方法;

热冲击的方法有待于确定. 本文将详细地介绍为查找原因从八个最有可能导致此问题的因素入手, 并结 合我司的板和兄弟公司的板在我司和兄弟公司做热冲击的结果进行综合分析, 得 出了以上结论. 本文主要分析了线路板热冲击后孔口断裂问题的原因, 焊盘起翘一般伴随着 孔口断裂,它除了和以上分析到的原因有关外,还和多层板叠层中使用半固化片 的数量,以及半固化片的 Tg 值等因素有关,在此不做过多分析. 关键词: 电流密度、熔铜量、磨痕、热冲击、孔口断裂 一.目的: 1.查找热冲击后孔口断裂的原因;

2.找到解决问题的办法,来控制生产过程. 二.原理: 对经过热冲击的板取切片进行分析,在显微镜下进行数据的获取,来判断是 否有孔口断裂,并查找导致此问题的原因. 三.条件: 烘板条件:140℃*4h;

热冲击条件:288℃*10S*n 次(n=1,2,3) . 四.内容: 1.焊盘起翘和孔口断裂与电镀槽液中光亮剂的关系. 对新自动线的槽液随机取两个样,进行霍氏槽实验,对这两个槽液在连续做 7~8 块试片的情况下,才发现低电流区变为亚色,这说明槽液中光亮剂的含量偏 高,并不是不足.而且在新旧自动线用同一图号的板来进行实验(新自动线的光 亮剂含量高于旧自动线) ,发现在做热冲击时均有焊盘起翘和孔口断裂.而新自 第2页共9页动线的光亮剂含量是在 3ml/L 左右.据Shipley 的工程师讲,PCM + 光亮剂范围很 广,3ml/L 不多,但是在保证做板质量的情况下,光亮剂越少越好.因为槽液的 污染一部分来自光亮剂的分解. 我们试图以降低光亮剂来改善所出现的问题, 因此把光亮剂调整到 1.5ml/L, 用相同的方法来验证,但是问题依然存在.可以说,我司电镀槽液中的光亮剂含 量稍微偏高,但不足以使电镀铜层发脆.因此我司所出现的焊盘起翘和孔口断裂 与电镀槽液中光亮剂的含量没有很大的关系. 2.焊盘起翘和孔口断裂与电流密度大小的关系. 电流密度是单位面积上通过的电流大小. 对相同图号的板进行多次实验, 分别用 12ASF 和20ASF 的电流密度进行电镀, 最后进行热冲击实验, 发现用 12ASF 电流密度电镀的板均有孔口断裂, 而用 20ASF 电流密度电镀的板只有第三次孔口断裂,这说明用高电流密度进行电镀,电镀品 质会比低电流密度进行电镀的电镀铜品质好. 电镀参数 热冲击孔口断裂情况 一次 两次 三次 12ASF*100min 有有有20ASF*65min 无无有Shipley 的工程师介绍,PCM + 光亮剂所适用的电流密度范围为 10ASF~25ASF, 在光亮剂的有效工作范围内,电流密度越大,电镀层越致密.从观察切片的结果 也可以证实确实如此. 所以焊盘起翘和孔口断裂和电流密度的大小有关系. 3.焊盘起翘和孔口断裂与电镀铜延展性关系. 如果电镀铜的延展性不好,电镀层也会经受不起抗剥拉和热冲击.因此我们 怀疑到焊盘起翘和孔口断裂是否与电镀铜的延展性有关,并进行了延展性实验, 用20ASF*150min 参数进行电镀,目前取样已经送到 Shipley 分析. 4.焊盘起翘和孔口断裂与分析室锡炉和生产线锡炉中铅,锡,铜和其它金属 的含量的关系. 熔铜量是指线路板经过某种处理后铜的损失量. 不论是在分析室的锡炉还是在生产线上的锡炉中进行热冲击, 都发现熔铜量 第3页共9页很大,因此怀疑到是否和锡炉中铅,锡,铜和其它金属的含量有关系,所以进行了 取样分析. 分析结果如下: Pb Sn Cu Fe Zn 分析室锡炉 34.91% 64.78% 0.3% 0.002% 0.006% 生产线锡炉 31.22% 68.46% 0.27% 0.05% 0.003% 分析结果表明,各金属成分都在控制范围内,所以焊盘起翘和孔口断裂与锡 炉中铅、锡、铜和其它金属的含量没有很大关系. 5.焊盘起翘和孔口断裂与助焊剂(哈佛和艾克)的关系. 目前我司使用了两种助焊剂, 分别为哈佛和艾克. 哈佛助焊剂的 PH 值在 0.8 左右,艾克助焊剂的 PH 值1.1 左右.在小板上涂敷哈佛助焊剂大约 15min 后, 发现蚀铜量为 0.02 m μ ,这样的蚀铜量很小.这也说明焊盘起翘和孔口断裂和助 焊剂(哈佛和艾克)没有关系. 在分析室和生产线分别对相同图号的板,用两种助焊剂(哈佛和艾克)做热 冲击,发现在分析室做时,用哈佛助焊剂熔铜量比艾克助焊剂大 7.5~15 m μ .而 在生产线做时,用艾克助焊剂熔铜量比哈佛助焊剂大 2.5 m μ 左右.从在生产线 和分析室做热冲击的结果来看,不能确定焊盘起翘和孔口断裂是否和助焊剂(哈 佛和艾克)有关. 我司在生产线做热冲击是把温度升高到 288℃,用热风整平的方法,即是将 板挂在挂钉上,打下锁紧片锁紧, 按 启动 开关,把板在锡炉中浸 10S 后, 自 动完成操作过程.我认为正确的做法是板从锡炉中拿起时应该由操作员轻轻拿 起,不应该在有风刀工作并且由快速的自动程序完成. 6. 分析生产线上前处理和助焊剂对熔铜量的影响. 前处理的蚀铜量为 0.85 m μ (我公司分析室对吹锡前处理的微蚀速率要求为 〈1.5 m μ ) ;

助焊剂的蚀铜量很小, 为0.02 m μ (助焊剂在板上残留 15min 左右) . 目前生产线上前处理和助焊剂对熔铜量的影响很小, 也应该与焊盘起翘和孔 口断裂没有太大的关系. 7.通过 PTH,光成像,丝印三台磨板机磨痕大小的组合,发现了什么? 第4页共9页磨痕是指用双面板在只开磨刷而不开传动的情况下,磨板大约

10 秒左右时 的板面磨刷痕迹.其宽度也就是磨痕的大小. 通过实验,发现基铜为

18 m μ 时,在光成像、丝印磨板机磨板量相同的条件 下,PTH 磨板磨掉 5.5 m μ 时,此时对应的磨痕为 16~19mm,如图

1 所示.热冲击 几乎全部一次孔口断裂,到第三次时孔口断裂严重,如图

2 所示;

PTH 磨板磨掉

3 m μ 时,此时对应的磨痕为 11~13mm,如图

3 所示.发现三块板只有一块热冲 击第二次时孔口断裂,第三次时断裂严重,其余两块板未发现孔口断裂,但几乎 都有焊盘起翘,如图

4 所示. 发现基铜为

18 m μ 时,在PTH、光成像磨板机磨板量相同的条件下,丝印磨 板后,图镀铜为 17.5 m μ 以下时,热冲击后孔口全部断裂;

丝印磨板后,图镀铜 为17.5 m μ 以上时,只有一块在第一次和第三次孔口轻微断裂,但几乎都有焊盘 起翘. 第5页共9页所以,磨板磨痕的大小与焊盘起翘和孔口断裂有直接的关系. 8.分析室锡炉温度对热冲击的影响. 目前分析室使用的锡炉有以下缺点: 温度的均匀性不好,在锡炉中取九个 点进行测量,设定温度为 210℃,显示温度为 223℃,测量温度取点示意图如下, 并且每个点测量不同深度的温度,脚标为

1 的为表面温度,脚标为

2 的为中间温 度,脚标为

3 的为底部温度. 温度测量值为: (单位为℃) 从测量数据可以看出,锡炉的上、中、下三个高度温度差别很大.这是由于 分析室的锡炉没有循环系统,锡炉的上、中、下三个高度温度上会有差异.但是 温度的差别不应该太大.我们每次在做热冲击前测量温度时总是测量底部温度, 而在做热冲击时总是把板放在锡炉的中间部位, 并用废板刮掉浮于锡炉表面的助 焊剂等.可以知道,实际上我们做热冲击的温度已经超过了 288℃. 应该说,锡炉温度的不均匀是造成焊盘起翘和孔口断裂的重要原因. 9.去兄弟公司学习对我司焊盘起翘和孔口断裂问题的认识. ㈠. 兄弟公司做热冲击的方法: A B C D E F G H I

1 240

240 240

238 243

252 220

260 229

2 278

274 265

258 276

291 270

290 268

3 280

272 265

263 263

262 260

256 258 A D G B E H C F I 取点示意图 第6页共9页⑴.取样:用自动冲床冲 3cm*3cm 的热冲击试片;

⑵.热冲击的温度:①.288℃,此温度即为锡炉设定温度;

②.温度的测定: 兄弟公司的锡炉为自动温控,分析员在做热冲击时不用测定温度,只需要把设定 温度调整到需要温度,到锡炉停止加热即可工作.此锡炉的温度由 品保 定期 校正;

⑶.热冲击的过程:①.先把热冲击试片放入一种呈紫色的助焊剂中,使表面 涂敷均匀;

②.用一种专用的夹子夹住热冲击试片,垂直深入锡炉下 1~2cm , 10S,缓慢拿起,仔细检查经过热冲击的试片外观,放置在固定的盘子里;

如同 一个试片需要冲击多次,中间不用再次涂敷助焊剂,据分析员讲,一是为了节约 成本,二是使锡炉里保持比较干净,三是每次涂敷助焊剂也没有必要.每次做热 冲击前,也要先把锡炉里的脏物用板刮干净. ㈡. 微切片的制作: ⑴.取样:用自动冲床冲取切片样,和我司不同的是,对于同样大小(3 cm *3cm)的板,在我司冲取切片样会把孔冲烂,而在兄弟公司却不会,我认为这 和设备有关;

⑵.制作过程和我司基本一致.所不同的是:①.兄弟公司用树脂粉和一种代 号为

4004 的药水现用现配,根据切片的特点,决定树脂胶的粘稠度;

如果是进 行过热冲击的切片,可以配制粘稠的树脂胶;

如果是有孔的切片,可以配制稀的 树脂胶,目的是使孔内无气泡,而且也节约成本;

②.切片可以先用砂纸磨的很 薄,此操作可以借助钳子,然后再封胶,可以节约成本;

③.抛光粉的使用:把 抛光粉装入洗瓶中,加入适量的水,在使用时挤出到抛光布上,节约成本,目前 我司已经在实行此方法;

⑶.切片数据的读取:借助 CCD 进行数据的读取. ㈢.兄弟公司锡炉的品牌:由于兄弟公司的锡炉比较陈旧,上面没有任何品 牌标识,所以也不是很清楚.但是根据我的测量,锡面到加热管大约 4~5cm, 有3根加热管........