楊 樂 郭 鵬 晁偉輝

（西安微電子技術(shù)研究所，陜西 西安 710600）

0 前言

導(dǎo)通孔主要用于層與層間的導(dǎo)通，過去對其的阻焊制作沒有特殊要求，但隨著電子產(chǎn)品向“輕、薄、短、小”方向發(fā)展，PCB密度也越來越高，特別是BGA（球柵陣列）、SMT（表面貼裝）、QFP（四邊扁平封裝）等封裝技術(shù)的發(fā)展，客戶在貼裝元器件時提出了對導(dǎo)通孔（Via Hole）塞孔要求，導(dǎo)通孔采用阻焊塞孔主要有以下作用：

（2）可以有效解決焊接過程中助焊劑殘留在導(dǎo)通孔的問題，提高產(chǎn)品安全問題；

（3）客戶元件裝配完成后在測試機上形成真空負(fù)壓狀態(tài)；

（4）預(yù)防表面錫膏流入孔內(nèi)造成虛焊、影響裝貼；

（5）杜絕導(dǎo)通孔內(nèi)產(chǎn)生錫珠、避免PCB過回流焊時錫珠彈出造成短路。

1 現(xiàn)象描述

印制板塞孔掉油區(qū)域普遍存在油墨發(fā)白現(xiàn)象，用3M膠帶對發(fā)白區(qū)域進行油墨附著力測試，即出現(xiàn)不同位置油墨脫落，取切片對發(fā)白區(qū)域進行觀察，確認(rèn)在塞孔孔口處表面油墨與銅層出現(xiàn)了分層，形成未被油墨覆蓋的封閉區(qū)域。（如圖1）：光線透過此區(qū)域?qū)?yīng)的表面油墨，目視即出現(xiàn)了油墨發(fā)白現(xiàn)象，同時表面油墨也失去了附著面，受到機械力會出現(xiàn)脫落。由于此現(xiàn)象都出現(xiàn)于塞孔板，發(fā)現(xiàn)時已固化，無法返工，幾乎全部報廢處理，如不能快速改善杜絕，對質(zhì)量、進度、生產(chǎn)成本帶來很大影響（如圖1）。

2 原因分析

圖1 塞孔孔口發(fā)白掉膜表面與剖面圖

塞孔內(nèi)部在烘烤過程中，溶劑和水份的蒸發(fā)會產(chǎn)生由孔內(nèi)向孔外的應(yīng)力，同時油墨經(jīng)歷了物相的轉(zhuǎn)變，由液態(tài)到玻璃態(tài)，再到固態(tài)，對應(yīng)的體積會發(fā)生先膨脹在收縮的過程，也會產(chǎn)生向外作用的應(yīng)力，示意圖（如圖2）。

分析或因烘烤參數(shù)不適宜，低溫固化段時間短，會導(dǎo)致孔內(nèi)溶劑及水份未揮發(fā)完全，孔內(nèi)中間油墨未切底完成物相轉(zhuǎn)變時孔口已完全固化，后續(xù)過程可能有兩個原因?qū)е氯卓卓诎l(fā)白掉阻焊膜現(xiàn)象：

（1）未徹底完成物相轉(zhuǎn)變的孔中間油墨在后續(xù)烘烤中會對表面已固化部分產(chǎn)生沖擊，可能導(dǎo)致后烤后塞孔表面油墨已與焊盤產(chǎn)生分離，如此原理是主因，后烤后即可觀察到孔口發(fā)白的變化。

（2）孔內(nèi)仍殘留未揮發(fā)的溶劑和水份，在熱風(fēng)整平時由于受瞬間250 ℃～260 ℃高溫作用，殘留成分迅速揮發(fā)，孔內(nèi)應(yīng)力急劇增加，沖破表面已固化層，造成塞孔表面發(fā)白或掉膜，如此原理是主因，后烤后觀察孔口正常，熱風(fēng)后出現(xiàn)發(fā)白或掉膜現(xiàn)象。

（3）從哲學(xué)角度分析，可體現(xiàn)以下方面：意識具有能動作用，要樹立正確的質(zhì)量意識，改變不良習(xí)慣；辯證否定觀要求我們樹立創(chuàng)新意識。要堅持改革創(chuàng)新，實施質(zhì)量強國戰(zhàn)略；人生的真正價值在于對社會的貢獻。弘揚工匠精神有利于實現(xiàn)人生的真正價值。在日常教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生從不同角度分析社會熱點問題，有助于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維能力和歸納概括能力，進而促進解讀能力的提升。

我部實際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)塞孔孔口發(fā)白掉膜現(xiàn)象有以下特點：

（1）連續(xù)雨天，環(huán)境濕度較高時出現(xiàn)概率大；

（2）故障現(xiàn)象產(chǎn)生在熱風(fēng)整平工序后；

（3）故障現(xiàn)象都分布在一面的孔口處。

通過前面分析很容易解釋特點（1）和（2）。環(huán)境濕度高，孔內(nèi)水份會增加，更容易揮發(fā)不凈；孔內(nèi)殘留的揮發(fā)物在受高溫時產(chǎn)生的應(yīng)力沖破表面固化層，造成熱風(fēng)后發(fā)白掉膜。說明此現(xiàn)象的主因是：孔內(nèi)仍殘留未揮發(fā)的溶劑和水份。

下面詳細分析特點（3）產(chǎn)生的原因：

我部的加工方式是：先手工塞孔，然后直接雙面印刷，最后預(yù)考，手工塞孔—印B面—印A面—預(yù)考。

A面后印，刮刀剛刮過A面塞孔表面時是平整的，因孔內(nèi)油墨受重力影響會下沉，導(dǎo)致A面孔口程凹弧形，屬于”情況1”，此時B面孔口有兩種狀態(tài)（1）塞孔飽滿，因A面下凹故B面凸出屬于”情況2”（2）塞孔不飽滿，視塞孔不飽滿程度，B面可能屬于”情況1”，也可能屬于”情況2”。示意圖（如圖3）。

分析情況1和情況2兩種力學(xué)模型，情況1：在受到內(nèi)部溶劑揮發(fā)應(yīng)力時，表面固化層程被壓縮狀態(tài)；情況2：在受到內(nèi)部溶劑揮發(fā)應(yīng)力時，表面固化層程被分離狀態(tài)。

A、B表面分別是情況1和情況2時，在表面固化層強度、所受應(yīng)力相同的情況下情況2先破裂。與實際工程造橋的模型原理相同。

A、B表面都是情況1時，在表面固化層強度、所受應(yīng)力相同的情況下，破裂的先后順序取決于它們的弧度角。

所以在熱風(fēng)整平時，受到相同應(yīng)力時總是一面先破裂，孔口發(fā)白掉膜現(xiàn)象呈現(xiàn)出分布在一面的特點，且分布在B面（先印面）概率較大（與實際統(tǒng)計吻合）。

圖2 塞孔內(nèi)部烘烤過程示意圖

圖3 塞孔孔口狀態(tài)示意圖

3 優(yōu)化措施

過程控制：當(dāng)環(huán)境濕度較大時，縮短前處理與預(yù)考間隔時間，油墨攪拌后加蓋，減少油墨與孔壁吸收水份，可以減輕此現(xiàn)象的發(fā)生。

工藝參數(shù)：增加后烤低溫段時間，降低低溫段溫度，是根本上杜絕此現(xiàn)象發(fā)生。經(jīng)驗證，后烤參數(shù)如表1時可完全杜絕此現(xiàn)象。

表1 后烤參數(shù)表

4 結(jié)語

通過分析驗證，可以對過程時效性管控、優(yōu)化后固化參數(shù)改進甚至杜絕PCB熱風(fēng)后阻焊塞孔孔口發(fā)白掉膜現(xiàn)象。因增加低溫段烘烤時間，改善問題的同時也降低了生產(chǎn)效率，所以還需根據(jù)各廠實際情況，比如產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、油墨型號、廠房溫濕度控制等等，試驗摸索出效率、質(zhì)量雙贏的最優(yōu)參數(shù)。