孫志鵬 楊先衛(wèi) 黃金枝

（惠州中京電子科技有限公司，廣東 惠州 516008）

1 背景說明

隨著電子技術(shù)日益向多功能化、小型化、輕量化的發(fā)展，剛撓結(jié)合印制電路板（R-FPCB）應用場景越來越廣泛。隨著產(chǎn)品功能的日趨完善，R-FPCB設計層數(shù)越來越高，多層撓性板設計應用已經(jīng)在越來越多的剛撓結(jié)合產(chǎn)品上體現(xiàn)，由于撓性材料在制作過程的不耐堿性攻擊的特殊屬性，多層壓合的撓性板在過孔制作時純膠層咬蝕不良一直是一個技術(shù)難點。

目前所生產(chǎn)的多款R-FPCB產(chǎn)品，由于設計為多層撓性板，在電鍍制作過程中由于除膠咬蝕過大，導致上銅出現(xiàn)斷裂，制作風險加大，給產(chǎn)品帶來可靠性制作隱患。下文主要從廠內(nèi)制作流程上出發(fā)，特針對此類問題進行改善研究。

2 原因分析

2.1 制作產(chǎn)品報廢分析

近期制作中純膠咬蝕過度報廢產(chǎn)品（見圖1）。制作時使用的純膠為三合一結(jié)構(gòu)分別為上下使用25 μm厚度純膠，中間為25 μm厚度PI加強層，共三層組合結(jié)構(gòu)。

圖1 純膠層過孔凹蝕

目前在線有純膠層過孔制作的產(chǎn)品，由于孔內(nèi)純膠層制作時凹蝕過度導致報廢的統(tǒng)計，數(shù)據(jù)顯示從去年11月至今年2月平均報廢率15.20%，品質(zhì)失控急需要進行改善。

2.2 魚骨分析產(chǎn)生問題的原因

針對咬蝕過大可能造成的原因，從人員、設備、材料、方法、測量和環(huán)境等方面考慮，使用魚骨圖進行初步分析。

通過魚骨圖進行分析，主要影響因數(shù)包含材料種類的選擇、加工參數(shù)的使用等，由于設備設置參數(shù)過多，在除膠參數(shù)設置上針對噴壓、溫度等參數(shù)進行固定，僅選擇循環(huán)泵開啟數(shù)量進行除膠段參數(shù)設計的研究。

2.3 報廢原因分析驗證

目前使用的純膠材料主要有兩種類型一類是環(huán)氧樹脂、一類是丙烯酸類純膠；通過對不同純膠材料在同樣除膠制作參數(shù)下進行制作對比分析（見表1）。

2.4 除膠段化學制作機理及純膠材料對比分析

下面通過一組除膠渣原理化學反應方程式來說明除膠制作的反應機理：

陽極反應：2Mn＋6→2Mn＋7+2e-

目前業(yè)內(nèi)主要使用的純膠材料有兩種，一種為環(huán)氧樹脂類純膠，一種為丙烯酸類純膠，下面從兩種膠材料分子結(jié)構(gòu)上進行對比，看哪種膠的分子結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，耐化學性效果更突出一些（見圖2）。

從分子結(jié)構(gòu)上分析，在高價Mn的作用下，丙烯酸的分子結(jié)構(gòu)更容易被打開被進行咬蝕刻反應。

小結(jié)：在產(chǎn)品設計時如多層撓性板過孔制作的產(chǎn)品在流程上設計有化學除膠流程的產(chǎn)品建議優(yōu)先選擇環(huán)氧類純膠進行多層軟板粘結(jié)層制作。

2.5 問題產(chǎn)生原因篩選驗證

下面重點闡述下使用環(huán)氧類純膠在制作過程中如何優(yōu)化制作條件，從而達到最佳制作效果。原因分析驗證項目見表2。

3 試驗過程

3.1 主要加工環(huán)節(jié)分析

表1 兩種樹脂的除膠量

圖2 兩種樹脂的分子結(jié)構(gòu)

表2 制作過程中原因分析

表3 加工環(huán)節(jié)重要度分析

3.2 四大重要影響因數(shù)分析

對前四大重要度因數(shù)進行進一步分析見表4所示。

通過對失效原因的分析得出主要問題產(chǎn)生的因果關(guān)系見圖3所示。

3.3 鉆頭種類對純膠凹蝕影響的分析驗證

X1：為了研究使用的鉆頭類型對純膠凹蝕是否有影響，使用雙樣本T檢驗試驗模型對不同刀具種類同尺寸鉆頭進行對比測試分析，通過切片（見圖4）分析記錄孔壁質(zhì)量情況，記錄數(shù)據(jù)（見表5）。數(shù)據(jù)說明兩種鉆頭過孔制作對純膠凹蝕量沒有顯著差異。

表4 潛在因素分析

圖3 純膠凹蝕問題產(chǎn)生的因果關(guān)系

圖4 兩種刀刃制作的孔切片圖

表5 不同鉆頭鉆孔的粗糙度 （單位：μm）

3.4 鉆孔參數(shù)對純膠凹蝕影響的分析驗證

X2：為了研究使用的鉆孔參數(shù)對純膠粗糙度是否有影響，針對鉆孔參數(shù)中容易對孔壁質(zhì)量影響最大的退刀速度進行對比測試。數(shù)據(jù)說明鉆孔參數(shù)中的退刀速加快、慢，對純膠的咬蝕量沒有顯著差異（見表6）。

表6 不同退刀速度鉆孔的粗糙度 （單位：μm）

3.5 膨脹缸與高錳酸鹽缸的循環(huán)泵開啟數(shù)量對純膠凹蝕影響的分析與驗證及DOE測試

X3、X4：進行對比測試固定線體運行速度、藥水濃度、溫度等可調(diào)參數(shù)，只對缸體循環(huán)泵開啟數(shù)量進行改變測試。針對膨脹缸泵和高錳缸泵開啟數(shù)量，進行DOE測試。 來驗證除膠參數(shù)對制作效果的影響。

DOE試驗：

第1步：由不同的膨脹泵X2、高錳循環(huán)泵X3開啟個數(shù)的純膠咬蝕量，找出最佳參數(shù)。純膠咬蝕量Y要求越小越好。

第2步：確定DOE實驗因子（見表7）。

因子：膨脹段循環(huán)泵開啟的數(shù)量、高錳段循環(huán)泵開啟的數(shù)量，為計數(shù)型數(shù)據(jù)。

水平：膨脹循環(huán)泵：低=0個，中=1個，高=2個；高錳酸鹽循環(huán)泵：低=0個，中=1個，高=2個

表7 DOE實驗因子與水平

第3步：設計實驗條件表格，設計2 K全因子分析DOE。實驗條件和實驗結(jié)果（見圖5）。

第4步：分析因子。由于因子都是屬于“計數(shù)”類型，且由于均方誤差=0 或誤差自由度=0，不能繪制指定殘差類型的圖形。從圖6確認因子對純膠的咬蝕度影響可以看出，當膨松劑和高錳酸鹽的泵個數(shù)都是0時，凹蝕數(shù)量都在20 μm以內(nèi)，滿足要求（見圖7）。由前面的DOE對比分析可以看出，膨松劑和高錳酸鹽缸只要開啟泵，純膠的凹蝕量都會比較大，最佳條件的凹蝕量也會達到30 μm。根本原因，為純膠材料的特性不耐堿，遇到堿溶液即會被咬蝕。

4 分析論證

4.1 主要影響因子篩選

針對以上分析階段得出的結(jié)論，對Y影響最大的為X3和X4，X1和X2無影響。故將從X3和X4二者搭配使用，分析二者的開、關(guān)時對純膠的影響，做出改善。

圖5 DOE實驗數(shù)據(jù) （單位：μm）

圖6 膨松劑和高錳酸鹽的循環(huán)泵數(shù)量和凹蝕深度的交互作用圖

圖7 Sweller、Pemanganate的泵數(shù)量和對應的孔凹蝕程度

4.2 主要因子對應不同條件下的制作效果確認

按表8的條件1～6試驗，得到純膠凹蝕量箱線見圖8所示。

箱線圖可以看出，條件4和條件6的純膠咬蝕量最少，平均凹蝕量基本在10 μm以內(nèi)，但出現(xiàn)有孔無銅的問題，也是不可以接受的。條件1、2、3、5的鍍銅厚度滿足要求，下面將進一步篩選最優(yōu)的生產(chǎn)條件。

圖8 凹蝕量箱線圖

表8 X3和X4二者搭配方案

圖9 四個條件的過程能力

圖10 改善前后的比較

4.3 條件1、2、3、5的純膠凹蝕量的過程能力（見圖7）

純膠凹蝕量過程能力對比可以看出，條件1的CPK為1.25，說明條件1的純膠咬蝕量的數(shù)值表現(xiàn)比較穩(wěn)定，為最優(yōu)條件。

4.4 最優(yōu)條件制作的驗證

4.4.1 測試板驗證

使用的測試板，分別按原來的生產(chǎn)條件（泵各開2組）與改善后的條件1（泵各開2組）做對比測試。對比情況（見圖8）。

（1）改善前：純膠的咬蝕量在100 μm左右，超過純膠凹蝕量≤30 μm的要求。且切片顯示有明顯的因咬蝕而造成的空洞問題，不能滿足要求（根據(jù)IPC-600F要求多層軟板去鉆污凹蝕深度小于50 μm，本文要求小于30 μm）。

（2）改善后：純膠的咬蝕在30 μm以內(nèi)，銅厚滿足要求，進行導入中批量制作。

4.1.2 批量驗證

改善制作從三月開始實施目前跟蹤3月產(chǎn)品制作效果未發(fā)生凹蝕問題，凹蝕過度產(chǎn)生報廢為零。

5 結(jié)論

（1）在多層軟板設計上，如軟板層設計有過孔制作，應優(yōu)先選擇耐化學性更加穩(wěn)定的環(huán)氧類純膠作為粘結(jié)片進行制作。

（2）純膠耐化學性尤其對堿性攻擊頗為敏感，在化學除膠工藝流程中，膨松段和高錳酸鹽段循環(huán)泵的數(shù)量在滿足品質(zhì)的情況下盡量控制到各開一臺進行制作，可達到孔壁質(zhì)量最佳的效果。