李華聰 林以炳 周小平 陽(yáng)益美 陳前

［景旺電子科技（珠海）有限公司，廣東 珠海 519000］

0 引言

光模塊印制電路板（printed circuit board，PCB）的板邊插頭起到關(guān)鍵的連接和信號(hào)傳輸作用，因此客戶對(duì)板邊插頭外形區(qū)域的品質(zhì)要求也越來(lái)越高。為滿足耐插拔和耐磨性能，板邊插頭通常做電鍍硬金表面處理。為了方便插拔，插頭前端設(shè)計(jì)斜邊，插頭到板邊的區(qū)域設(shè)計(jì)為基材區(qū)且不覆蓋油墨。在成型加工時(shí)，插頭板邊易出現(xiàn)基材發(fā)白不良，嚴(yán)重的發(fā)白影響產(chǎn)品的外觀和長(zhǎng)期可靠性，因此，管控好插頭板品質(zhì)顯得尤為重要。目前對(duì)于板邊基材發(fā)白不良的情況，一般通過(guò)使用全新的雙刃螺旋銑刀取代普通單刃銑刀，且降低銑刀行進(jìn)速度或犧牲銑刀壽命來(lái)加以改善。使用此方法能一定程度上降低板邊發(fā)白的程度，但會(huì)增加成本，且無(wú)法從根源上解決問(wèn)題。本文通過(guò)試驗(yàn)探究發(fā)白的原因，并制訂相應(yīng)的改善方案，在不增加成本的前提下達(dá)到改善白邊的目的，供同行參考。

1 問(wèn)題描述

在生產(chǎn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)部分產(chǎn)品在銑板后插頭板邊的基材區(qū)域出現(xiàn)不同程度的發(fā)白不良，嚴(yán)重的發(fā)白不僅影響外觀，也引發(fā)客戶對(duì)產(chǎn)品長(zhǎng)期可靠性的擔(dān)憂，存在客訴隱患。主要的不良外觀如圖1所示。

圖1 板邊插頭板邊發(fā)白不良外觀

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)任務(wù)

（1）識(shí)別板邊插頭銑板后板邊發(fā)白的影響因素。

（2）篩選影響因素并制訂研究方向，找出改善對(duì)策。

2.2 試驗(yàn)因子選擇

對(duì)影響銑板后板邊發(fā)白的因子展開(kāi)人、機(jī)、物、法、環(huán)分析。在設(shè)備、操作規(guī)范、生產(chǎn)環(huán)境和銑刀品牌型號(hào)均相同的條件下，生產(chǎn)不同種類產(chǎn)品，只有特定產(chǎn)品銑板后才會(huì)產(chǎn)生白邊，可排除人、機(jī)、環(huán)對(duì)銑板板邊發(fā)白的影響。銑刀壽命設(shè)置縮短能明顯改善銑板白邊，是目前業(yè)內(nèi)已驗(yàn)證的因素，本文不再重復(fù)驗(yàn)證。因此，重點(diǎn)分析“物”中板料類型和“法”中銑板疊板數(shù)及銑板參數(shù)對(duì)銑板白邊產(chǎn)生的影響。

2.3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.3.1 試驗(yàn)流程

開(kāi)料→圖形→線路蝕刻→自動(dòng)光學(xué)檢查（automatic optic inspection，AOI）→棕化→壓合→機(jī)械鉆孔→電鍍→圖形→線路蝕刻→線路AOI→防焊→網(wǎng)印后固化→沉金→測(cè)試→銑板→斜邊→成品外觀檢查（final quality control，F(xiàn)QC）。

2.3.2 試驗(yàn)板疊構(gòu)和試驗(yàn)因子設(shè)計(jì)

試驗(yàn)板疊構(gòu)設(shè)計(jì)為兩種，如圖2 所示，分別稱疊構(gòu)A和疊構(gòu)B。

疊構(gòu)A 采用厚度為0.76 mm 的FR-4 芯板［基板由4 張型號(hào)為7628 的半固化片（prepreg，PP）組成］，兩邊各壓合1張型號(hào)為1080的PP和1張銅箔形成。疊構(gòu)B 采用厚度為0.2 mm 的FR-4 芯板（基板由2 張型號(hào)為1080 的PP 組成），兩邊各壓合2 張型號(hào)為7628 的PP 和1 張銅箔形成。兩種疊構(gòu)壓合后厚度均為（1.0±0.1）mm。

試驗(yàn)因子設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。其中，中高Tg銑板參數(shù)的主要區(qū)別在于銑刀壽命和行進(jìn)速度的差異，高Tg參數(shù)的銑刀壽命和行進(jìn)速度低于中Tg銑板參數(shù)。

表1 不同因子和水平設(shè)置

2.3.3 測(cè)試方法

根據(jù)試驗(yàn)流程，將三個(gè)因子的兩個(gè)水平做全因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)，分析不同因子配置情況下板邊發(fā)白的數(shù)量，結(jié)果見(jiàn)表2。根據(jù)不同方案下發(fā)白概率的差異，分析影響銑板板邊發(fā)白的主要因素。

表2 不同因子和水平配置下試驗(yàn)方案及結(jié)果

2.4 試驗(yàn)板設(shè)計(jì)

試驗(yàn)板采用生產(chǎn)中出現(xiàn)過(guò)銑板白邊的板邊插頭樣板，如圖3所示。每塊在制板含有6個(gè)出貨單元混排，每單元又含有6 塊最終成品板。板邊插頭為方便插拔，通常前端會(huì)設(shè)計(jì)斜邊流程，斜邊后切片效果如圖4所示。

圖3 試驗(yàn)板圖形設(shè)計(jì)

圖4 斜邊后切片

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

每個(gè)方案制作2 板，共96 個(gè)單元數(shù)據(jù)，分析統(tǒng)計(jì)不同方案銑板白邊情況。從表2 試驗(yàn)結(jié)果可以看出，疊板數(shù)與銑板參數(shù)對(duì)發(fā)白影響不明顯，但不同疊構(gòu)下銑板后發(fā)白概率差異明顯。疊構(gòu)B（7628×2+1080×2+7628×2）的板產(chǎn)生發(fā)白的概率均＞90%，因此，可以判斷疊構(gòu)為板邊發(fā)白的主要因素。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)白部分分布在板邊插頭前端，部分分布在板邊插頭側(cè)端，分析對(duì)比拼版，發(fā)現(xiàn)發(fā)白主要聚集在緯向，即當(dāng)板邊插頭為豎拼時(shí)，發(fā)白主要聚集在板邊插頭前端區(qū)域，當(dāng)板邊插頭橫拼時(shí)，發(fā)白聚集在板邊插頭側(cè)邊區(qū)域，如圖5 所示。綜上，需重點(diǎn)分析疊構(gòu)B 與疊構(gòu)A（1080×1+7628×4+1080×1）之間的差異以及疊構(gòu)B中材料經(jīng)緯向之間的差異，找出影響銑板后板邊發(fā)白的真正原因。

圖5 發(fā)白位置分布

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)比分析疊構(gòu)差異與經(jīng)緯向差異之前，需先從力學(xué)角度分析銑板后產(chǎn)生發(fā)白的原因。

4.1 發(fā)白機(jī)理分析

從產(chǎn)品疊構(gòu)來(lái)看，對(duì)銑板過(guò)程中貼近銅面的玻纖束做垂直方向的受力分析，如圖6 所示。由圖6 可見(jiàn)，銑板過(guò)程中，銑刀對(duì)玻纖的作用力分解到垂直方向?yàn)橄蛏系睦1，加上排塵向上的吸力F2，玻纖束上覆蓋的樹(shù)脂對(duì)玻纖束產(chǎn)生一個(gè)反作用力F3，F(xiàn)3=F1+F2。當(dāng)F3超過(guò)了樹(shù)脂承受極限時(shí)，覆蓋在玻纖上的樹(shù)脂會(huì)起翹、脫落，同時(shí)玻纖被向上拉扯破損，形成白邊。

圖6 玻纖布受力

4.2 疊構(gòu)差異分析

產(chǎn)生發(fā)白的疊構(gòu)設(shè)計(jì)中外層皆采用7628×2 的設(shè)計(jì)，不產(chǎn)生發(fā)白的疊構(gòu)最外層為1080×1 設(shè)計(jì)，結(jié)合發(fā)白產(chǎn)生機(jī)理，分析不同疊構(gòu)對(duì)發(fā)白影響的差異。

PCB行業(yè)內(nèi)，板料廠家生產(chǎn)的7628型PP的經(jīng)緯紗密度為17.4×12.2/cm，徑向17.4 根紗/cm，緯向12.2 根紗/cm。7628 的玻纖紗直徑是1080 的玻纖紗直徑的6 倍（1080 的玻纖紗直徑為11 μm），意味著7628 結(jié)構(gòu)覆蓋在玻纖上的樹(shù)脂含量低于1080 結(jié)構(gòu)，樹(shù)脂對(duì)玻纖的束縛力較小。玻纖束越粗，與銑刀相互作用力越大，造成7628和1080兩種結(jié)構(gòu)的銑板品質(zhì)差異。

4.3 經(jīng)緯向差異分析

銑板后發(fā)白主要集中在緯向，結(jié)合發(fā)白產(chǎn)生機(jī)理，分析經(jīng)緯向結(jié)構(gòu)差異，得出銑板在緯向出現(xiàn)發(fā)白的原因。

常規(guī)的7628 PP 結(jié)構(gòu)如圖7 所示。平均每平方毫米的PP 中，經(jīng)向即水平方向含有4 根玻纖布，緯向含有3 根玻纖布，經(jīng)緯向玻纖布相互交錯(cuò)編織在一起。因此，經(jīng)向玻纖布多的情況下，樹(shù)脂含量較少，能用來(lái)承受銑板所帶來(lái)的外力的物質(zhì)較少，PP 結(jié)構(gòu)更容易被外力所破壞，銑刀切割經(jīng)向玻纖時(shí)受力更大，產(chǎn)生白邊的可能性更高，導(dǎo)致驗(yàn)板白邊總是出現(xiàn)在手指?jìng)?cè)邊或者手指前端固定單一的位置。實(shí)際生產(chǎn)板發(fā)白情況如圖8 和圖9所示，與理論分析結(jié)果一致。

圖7 常規(guī)的7628 PP結(jié)構(gòu)中經(jīng)緯向玻纖布設(shè)計(jì)

圖8 板邊插頭側(cè)邊發(fā)白

圖9 板邊插頭前端發(fā)白

5 改善方案設(shè)計(jì)

5.1 物料改善

市面的厚板材基本均為7628 結(jié)構(gòu)，難以選用貼近銅層的其他型號(hào)結(jié)構(gòu)的覆銅板，因此，從板材上改善的可行性不大。

5.2 工程設(shè)計(jì)優(yōu)化

優(yōu)化拼版方式，將混排全部改為順排，將所有單片PCB 的板邊插頭前端排成與覆銅板緯向平行，如圖10 所示。使發(fā)白位置集中在板邊插頭前端，便于板邊插頭插拔。板邊插頭板設(shè)置斜邊流程，通過(guò)斜邊方式一并去除銑板產(chǎn)生的白色暈斑。

圖10 優(yōu)化后排版

6 改善方案驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證7628 結(jié)構(gòu)的缺陷性，并驗(yàn)證改善方案的可行性，選用疊構(gòu)B 制作成四層板，PP開(kāi)料的經(jīng)緯向與芯板一致，生產(chǎn)資料和流程使用按方案優(yōu)化后的試驗(yàn)板，銑板后發(fā)白位置集中在板邊插頭前端，斜邊完手指前端無(wú)明顯發(fā)白缺陷，方案驗(yàn)證結(jié)果與預(yù)想一致。

7 結(jié)論

（1）從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，疊構(gòu)B 即外層含 7628 PP結(jié)構(gòu)且橫切經(jīng)向玻纖布的區(qū)域在銑板過(guò)程中更容易發(fā)白。其原因?yàn)?628 結(jié)構(gòu)的玻璃纖維絲更粗，同時(shí)經(jīng)向玻纖絲數(shù)量大于緯向玻纖絲數(shù)量，在切割經(jīng)向玻纖維時(shí)銑刀受力更大，產(chǎn)生白邊的可能性更高。

（2）銑板參數(shù)優(yōu)化空間和改善效率不高，目前的參數(shù)為進(jìn)刀速1.8 m/min，回刀速度8 m/min，粗銑速度0.3m/min，銑程≤10 m；精銑行進(jìn)速度0.84 m/min，銑程≤15 m，能滿足現(xiàn)制程能力。

（3）優(yōu)化拼版方式，將混排全部改為順排，并將所有單片PCB 的板邊插頭前端排成與覆銅板緯向平行，讓發(fā)白位置集中在板邊插頭前端，板邊插頭板斜邊時(shí)去除掉銑板產(chǎn)生的白邊，達(dá)到改善銑板白邊的效果。