丝网印刷工艺在印制电路行业中的应用(三)

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  在PCB板中液态感光油墨主要有塞孔防患、绝缘、美观、阻焊限焊、防氧化、保护线路等作用,
  然而防焊制程及后续流程对油墨易造成一些不良影响,
  本期文章主要对其不良影响的成因进行分析,并提出改善对策。
  4. 液态感光油墨在PCB生产中常见问题原因分析
  以下篇幅介绍防焊制程及后续流程易对油墨造成不良影响(如空泡、FLUX侵蚀、喷锡后白化、化金后白化、化金空泡、线路点状沾金、锡球残留、曝光压痕、吸真空不良、断DAM、针孔、线路漏铜、垂流、显影不洁、孔内油墨溢出、黑色油墨作法、油墨变色、micro BGA露铜、文字油墨附着不良、侧蚀(undercut)过大、线路成像精度差、大铜面油墨剥离、化金渗镀等等)的成因及解决方法。
  4.1 塞孔peeling的预防
  塞孔空泡(s/mpeeling) ,可说是近几年来出现在防焊工艺里,最难以完全根绝的问题。因此要降低塞孔空泡的发生率仍有赖良好的设计、控制与管理。以下就工程,制程与管理进行探讨。
  (1) 工程
  1. 避免在大铜面上直接钻孔(最好设计蜘蛛脚);2. 直接钻孔的分布密度不可太高;3. 减少过小或过大的孔;4. 钻孔处不要两面都是铜面。
  (2) 制程
  1. 避免钻孔孔壁太粗糙;2. IICu剥锡要干净;3. 去蚀剥完要使板子充分散热再迭板;4. 前处理要有足够的粗糙度且不能残酸;5. 印刷塞孔处不可积墨;6. 预烤时要尽量将溶剂赶出;7. 曝光能量不可过强;8. 后烤要分段且低温段时间要够长;9. 锡槽温度不可过高;10. 浸锡时间/次数不可过多。
  (3) 管理
  1. 制程时间要有效控制不可过长;2. 后烤完至喷锡时间愈短愈好;3. 摆放板要注意温湿度控制,避免油墨吸湿;4. 喷锡完出现空泡情形可将板子重新加烤一次(120℃ 40分钟)即可大幅降低不良率。
  4.2 阻焊油常见故障与对策
  (1) FLUX侵蚀
  原因分析:
  1. Flux内含有机酸之部分,较易对板子攻击,因此若二盐机酸COOH –(CH)2 –COOH含量较高较易攻击铜面;2. 高温状态下油墨表面的纱网状结构会变大,使flux 易渗入S/M 中 (线路上油墨较薄或垂流时最明显,线路变白) ;3. Undercut或Overhang太大,都会使flux残留过多,严重时甚至产生渗锡情形;4. 油墨与铜面间之氧化物介层太厚会使FLUX较易渗入板子;5. 曝光能量过度或不足会造成FLUX容易渗入S/M;6. 浸泡的时间过久也是造成不良的重要原因之一;7. 喷锡的时间过久,温度太高或太多次重工也会造成FLUX侵蚀。
  改善对策:
  1. 减少助焊剂浸泡时间;2. 高温烘烤注意不要烘烤过度,同时要保证丝印房温湿度要控制在管控范围内,且印刷首件要保证绿油厚度;3. 显影参数要注意,显影后首板必须确认无显影过度方可生产;4. 磨板机开机量产前首板必须确认无氧化方可生产;5. 提高曝光能量;6. 减少浸泡时间;7. 喷锡前必须确认各参数正常后方可正式生产。
  (2)HASL后白化
  原因分析:
  1. 预烤不足,残留溶剂阻碍曝光;2. 曝光不足;3. 吸真空不足;4. 后烤时间不足;5. 烤箱排风不足;6. 喷锡后水洗温度太高 (65℃以上即可能) ;7. 喷锡后水洗未风干即出板;8. 制程时间过久,油墨吸湿。
  改善对策:
  1. 延长预烤时间或提高预烤温度;2. 提高曝光能量;3. 抽真空稳定后方可赶气;4. 延长后烤时间;5. 每个礼拜对烤箱抽风进行测量;6. 每次生产前必须确定各参数正常后方可生产;7. 提高风干段温度;8. 缩短各工序停放时间。
  (3) 化金后白化
  原因分析:
  1. 预烤不足,残留溶剂阻碍曝光;2. 曝光不足,曝光机温度设定过低;3. 吸真空不足;4. 油墨厚度不足;5. 制程时间过久,油墨吸湿;6. 环境温度过高。
  改善对策:
  1. 延长预烤时间或提高预烤温度;2. 提高曝光能量;3. 抽真空稳定后方可赶气;4. 更改丝印网目;5. 缩短各工序停放时间;6. 丝印房温度一定要恒温恒湿。
  (4) 化金不良
  原因分析:
  1. 化金前处理刷磨忘了开水;2. 前处理清洁剂发霉;3. 钯裂解(配槽3天,不使用即会产生);4. 钯活性太高(钯槽浓度太高或钯槽温度太高或酸浓度太低);5. 钯槽后水洗量不足。
  改善对策:
  1. 生产前必须点检机器各参数正常后方可生产;2. 制定清洁剂使用时间;3. 设备停产后重新开机生产必须确认首件合格后方可量产;4. 每班必须对钯槽取样分析二次;5. 开机前必须点检各参数正常后方可正式生产。
  4.3 阻焊油塞孔常见故障分析表
  不良项目:孔的纵横比设计不合理
  原因分析:
  1. 孔径愈小,作业就愈困难,要特别注意钻孔的粗糙度会影响后续的I Cu、 II Cu制作。清洁及清洗也要特别注意避免残留基板厚度及孔径的相对纵横比。2. 化金板若设计为一面塞孔一面打开,要特别注意小孔之纵横比不可太高,否则化镍药液易残留,清洗不易,造成化金空泡。
  改善对策:
  1. 改变工程设计,孔径加大。2. 改变防焊制作,全塞满孔或完全不塞孔。或改变加工方式,采用OSP或HASL。
  4.4 焊桥断裂故障分析
  原因分析:
  1. 工程底片设计在3mil以下容易发生;2. 基材铜厚较厚或镀铜厚度太高;3. 油墨印太厚,印越快越容易;4. 预烤时间,温度,进排风不足;5. 烤箱内板子置放量过多或摆放不当;6. 曝光能量不足或机台温度太低;7. 曝光后无静置时间即显影,通常发生在样品板;8. 显影喷压、浓度、温度、时间等太高或太长。   改善对策:
  1. 预烤时间加长;2. 分段式预烤,先烤一段时间,待板子冷却后再烤第二段;3. 降低烤箱内板子置放量;4. 增加曝光能量;5. 二次曝光;6. 曝光后静置时间拉长;7. 降低显影能力;8. 降低油墨厚度。印刷最易发生的是SMD chip 与chip之间印刷时刮刀不易压达底材,导致该处通常较厚;9. 在工程设计时尽量把QFP pad 与pad之间的距离拉到最大的极限;10. 采用正片作法直接蚀刻,降低铜厚;11. 添加稀释剂,降低油墨黏度,可使板子预烤后膜厚较薄;12. 选用浅绿透明度较好的油墨调稀后印底层(打底作二次工),上层再正常作业。
  4.5 大铜面针孔故障分析
  不良项目:大铜面上针点漏铜
  原因分析:
  1. 所使用的胶带质量不符合需求造成胶粒溶出(此一现象通常会造成许多点的针孔现象但不一定会见底漏铜);2. 消泡过慢(温度太低,油墨太黏);3. 环境中有油气产生(机台或环境)。
  改善对策:
  1. 使用好的胶带,确保胶带在使用过程中不脱胶才可使用;2. 在油墨中添加适量的开油水;3. 专人做6S确保环境中无污染。
  4.6 线路漏铜故障分析
  原因分析:
  1. 刮印速度太快;2. 油墨厚度不足;3. 油墨粘度过高;4. 油墨Ti过高;5. 网版不洁;6. 久停再印;7. 板镀铜太厚;8. 铜颗粒;9. 刮刀设计安装不良;10. 环境温度太低;11. 刮印压力太大; 12. 刮刀角度。
  改善对策:
  1. 调整印刷速度 ;2. 调整刮刀角度;3. 无尘房温湿度必须在管控范围内;4. 油墨开罐后静放时间不宜超过24H;5. 装网前必须点检无杂物后方可装网生产;6.久停再印后必须索纸3~5次后方可印刷;7. 针对厚铜板按走2次正常阻焊流程生产;8. 针对前工序有板面铜粒的必须过精磨机后方可生产;9. 调整刮刀角度;10. 提高环境温度;11. 调整刮印压力;12. 调整刮刀角度。
  4.7 阻焊油显影不好故障分析
  (1)油墨垂流
  原因分析:
  1. 油墨Ti值太低;2. 油墨中稀释剂添加太多;3. 基板镀层太厚;4. 丝印房温度太高,湿度太低。
  改善对策:
  1. 找油墨供应商调整油墨Ti值;2. 减少稀释剂的添加;3. 针对厚铜板阻焊按二次正常流程生产;4. 调整丝印房温湿度。
  (2)显影不净
  原因分析:
  1. 油墨本身
  a. 本身作业范围太窄;b. 批与批之间不稳定;c. 油墨变质;d. 油墨过期;e. 使用回收油墨。
  2. 油墨混合作业
  a. 搅拌不均;b. 搅拌方式不正确;c. 硬化剂未全部加入主剂;d. 搅拌时掺入其它已使用油墨;e. 震荡式搅拌温度太高;f. 搅拌后放置过久。
  3. 前处理作业
  a.无机酸残留;b.前处理污染;c.前处理未有效刷磨。
  4. 印刷作业
  a. 厚度控制不良(铜面及基材差异过大);b. 零件孔ring 边油墨过薄(挡点过大或偏移);c. 小孔塞入过多油墨;d. 挡点印刷管制不良;e. 印刷时混入变质油墨;f. 印刷后放置过久未进烤箱。
  5. 预烤作业
  a. 预烤温度过高/时间过久;b. 烤箱排气不良/不足;c. 板量过多或摆设不良或尺寸过大;d. 进风处空气含有挥发溶剂;e. 烤箱误差过大或均匀度不佳(上下层);f. 烤完后未立刻将板子由烤箱拉出;g. 预烤后至显影时的静置时间太长。
  6. 曝光作业
  a. 预烤后基板未降至室温即曝光;b. 底片与油墨紧贴不充分造成侧光;c. 吸真空不足造成侧光;d. 底片与油墨间有异物;e. 曝光能量过强或基板不抗UV造成透光;f. 底片密度不足;g. 棕片老化。
  7. 显影作业
  a. 显影条件不适当(温度、浓度、压力、流量);b. 未定时换槽(未依实际显影数量更换);c. 喷嘴阻塞;d. 喷嘴角度不良(水坑效应);e. 设定值与实际不符;f. 水洗量不足;g. 显影槽太脏造成回黏。
  8. 环境因素
  a. 各流程间放置时间过久;b. 环境温度太高;c. 环境湿度太高;d. 板子放置处含有酸性气体;e. 油墨被感光。
  4.8 阻焊油喷锡后掉油及化金故障分析
  (1) 喷锡后大铜面上油墨剥离
  原因分析:
  1. PCB问题
  a. 铜面上有凹点;b. 铜面上刮伤;c. 二大铜面间基材间距太小。
  2. 前制程疏失
  a.剥锡铅不洁锡铅或药液残留;b.过热迭板深度氧化。
  3. 前处理作业
  a.无机酸残留;b.前处理污染;c.前处理未有效刷磨。
  4. 制造参数错误
  a. 作业人员于制作时参数错误;b. 机器误差。
  5. 后制程疏失
  a. 文字油墨聚合收缩过大拉扯底部防焊层;b. 重工过度;c. FLUX浸泡时间过久。
  6. 环境问题
  a. 温度太高;b. 湿度太高;c. 流程时间太长。
  (2) 化金渗镀
  原因分析:
  1. 附着不良
  a.印刷前处理局部刷磨不良;b.镀金前处理微蚀过度。
  2. 侧蚀过大
  a. 曝光能量不足;b. 曝光能量过度;c. 预烤不足。
  3. 化金问题
  a. 药水攻击太强;b. 镀层太厚;c. 重工造成。
  4.9 文字附着不良
  文字油墨有光固化型及热固化型二种,光固化型油墨本身的附着力就比热固化型油墨差。热固化型油墨一般无限制,但光固化型油墨适用的范围如下:
  1. 单面板油墨表面;2. 不含消泡剂多层板油墨表面(Spray ,Curtain type);3. 表面粗糙度较大的油墨表面(如雾面油墨)。
  文字油墨印在网印油墨表面有较大的附着不良的风险,若一定要如此做则需注意以下几点:
  1. 选择附着力较好的光固化型文字油墨;2. 不要用深色的光固化型文字油墨;3. 液态感光油墨的后烘烤不可过久;4. 保持液态感光油墨表面的良好清洁度;5. 不要对板子进行加烤;6. 客户对文字油墨的附着并非主要要求点。
  以下是文字油墨与其它制程配合的先后次序,为一般通则,但并非完全不可变通:
  1. 化金板,先化金再印热固化文字油墨;2. 化金板,先印光固化文字油墨再化金;3. 喷锡板,先印热固化文字油墨再喷锡;4. 喷锡板,先喷锡再印光固化文字油墨。
  (全文完)
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