多層印制板拼板空曠區域白斑的改善

茍輝 李堅 張國榮

摘要：為改善層壓過程造成的多層印制電路板拼板空曠區域的白斑問題，選取中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所一款生產過程中存在白斑問題的多層印制板，針對造成白斑問題的典型因素進行實驗分析，根據實驗結果得出各因素對白斑的影響，最后選取合適的參數，改善層壓工藝，以達到提升印制電路板質量的目標。

關鍵詞： PCB;白斑;層壓

隨著5G、物聯網時代的到來，印制電路板的尺寸、性能以及質量等方面都面臨了新的挑戰。隨著PCB尺寸的不斷縮減，印制電路板層數逐漸增加，這對印制電路板的生產工藝提出了更高的要求[1]。因印制電路板內層重疊的電地層空曠區易出現白斑，這種白斑一般發生在玻纖布交叉點上，嚴重時將銅箔腐蝕后就能看到白斑[2]。近期，中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所某些大尺寸（16 inch×18 inch，1 inch=2.54 cm）多層印制板設計的圖形存在內層重疊的電地層基材空曠區，在生產過程中，經常出現白斑問題。該印制板完成電鍍、蝕刻工序后，會顯露出黑棕色的斑紋，表明溶液已通過空洞滲漏進去，嚴重影響印制電路板的質量，因此，需對白斑問題進行研究并加以改善。

1 分析原因

本實驗將以如下印制板為例，分析印制板的基材白斑缺陷產生原因。該印制板屬性如下：拼板方式為四拼、18層板，厚度為3.0 mm，尺寸為16 inch×18 inch，使用生益公司 S1000-2M的高TG基材，半固化片為1080（64%含膠量）和2116（54%含膠量），內層圖形區域并無特殊，只是在印制板中間拼板出部分無銅處，為純基材區域。初步分析白斑的形成原因有3種[3]：

（1）半固化片含膠量偏低或者拼板圖形殘銅率過低，導致樹脂填充不充分;

（2）半固化片流動度過低，導致半固化片熔化后，無法充分地流動填充至無銅區域;

（3）印制板拼板無銅區域受力不足，且排氣不充分，阻礙半固化片的流膠充分程度。

2 實驗及分析

2.1 填膠不充分的影響

由于印制板圖形區域外沿有一圈無銅空曠區域，并且拼板中間也為無銅區域，對半固化片的填充要求較高。首先認為，印制板在壓合過程中，無銅區域填膠不充分，導致了大面積的空洞[4]。根據該猜想，解決途徑就是減少拼板對半固化片的填充要求。由于圖形區域無法更改，工程人員重新制作文件時，需在拼板中間增加阻流塊或者銅塊。中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所選擇3.0 mm厚度的印制板，每個壓合窗口壓合2塊，壓機共有8個壓合窗口。為避免窗口不平整等因素導致結果不準確，實驗時，對每個窗口都進行壓合。利用上述3種圖形各自實驗24個樣本，實驗結果如表1所示。

由上述數據可知，提高拼板殘銅率、減少膠填充需求量對拼板空曠區域的白斑缺陷有一定程度的改善作用。拼板中間從無銅、阻流塊至銅皮，其合格率逐步提高。但當阻流塊更改至銅皮時，白斑缺陷率的提升效果只有4.2%，并且無論是增加阻流塊還是銅皮，都仍有40.0%左右的缺陷率，與中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所的產品合格標準相去甚遠，說明對于電地層拼板中間空曠區白斑的缺陷，殘銅率過低不是白斑出現的關鍵因素，僅提高殘銅率并不能有效改善白斑，還需通過其他途徑進行改善。

2.2 半固化片流動度的影響

半固化片流動度過低會導致半固化片熔化后無法充分地流動填充至無銅區域，未填充的部位就會出現明顯的白斑、空洞。根據半固化片流動度不足的猜想，提高1080和2116半固化片的流動度，每種流動度各壓合24塊印制板。拼板中間的圖形樣式為阻流塊，具體的實驗結果如表2所示。

由上述實驗數據可知，半固化片的樹脂流動度對電地層拼板中間空曠區白斑的缺陷有較小程度的改善，但影響較小。隨著樹脂流動度各提高3.0%，白斑缺陷率出現小幅度的降低，降低了8.3%。但繼續提高3.0%的流動度就沒有實質性的效果，并且還會產生溢膠嚴重的新問題。由此可知，提高半固化片樹脂流動度只能較小程度地降低空曠區出現白斑缺陷的概率，僅起到輔助的作用。

2.3 排氣不良的影響

印制板拼板正中間在壓合過程中容易受力不夠、排氣不充分，排氣不良會阻礙半固化片的流膠，在排氣不良的位置會出現大面積的白斑和空洞[5]。根據排氣不良的猜想，工程人員一方面加大拼版中間區域的距離，另一方面增加導氣槽、提高拼板正中間的排氣性，具體如圖1～2所示。每種圖形各壓24塊，具體實驗結果如表3所示。

由上述實驗數據可知，排氣不良是影響電地層拼板中間空曠區白斑缺陷率的主要因素。當僅增加拼板中間寬度時，白斑的問題會有一定程度的改善，缺陷率由41.6%降低至29.2%;增加導氣槽后，缺陷率會出現明顯的下降，分別降低29.2%和25.0%，并且出現的白斑也都為0.5～3.0 mm的小尺寸白斑。尤其在拼板中間寬度15.0 mm加導氣槽的組合下，白斑缺陷率僅有4.2%，改善效果良好。但只提高拼板導氣性，仍無法完全杜絕電地層拼板中間空曠區白斑現象，需要結合其他途徑，進一步提高產品的合格率。

3 綜合驗證

通過上述實驗可知，解決電地層拼板中間空曠區白斑故障的最佳途徑，是通過拼板讓半固化片能夠排氣通暢，同時一定程度地提高半固化片的流動度和殘銅率。現針對工藝作出如下改進：（1）將多拼板中間無銅區域改為阻流塊，提高殘銅率;（2）將阻流塊寬度提高至15.0 mm并增加導氣槽;（3）提高半固化片流動度，由2116（26%）+1080（34%）提高至2116（29%）+1080（37%）。更改工藝參數和拼板樣式后，試壓合24塊，并且批量生產330塊印制板。330塊印制板中，僅有2塊直徑不大于0.8 mm的微小白斑，其余均有白斑、空洞的缺陷。由此可見，上述的更改具有明顯成效且效果良好。

4 結語

印制電路板的白斑主要是在進行層壓工藝時產生的，產生白斑的因素有很多，主要是根據比較典型的影響因素并結合中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所印制電路板出現的白斑情況進行分析，根據實驗結果，利用生產過程中各參數進行改善。同時，根據各實驗數據可以看出，將多拼板中間無銅區域改為阻流塊，提高殘銅率;將阻流塊寬度增加至15.0 mm并增加導氣槽;將半固化片流動度提高至2116（29%）+1080（37%），可有效改善白斑情況，提升印制電路板的質量與性能，進而更好地服務不斷發展的電子技術。

[參考文獻]

[1] 張強，姚晨，唐瓊寧.超厚銅多層PCB板制造工藝研究[J].印制電路信息，2018（5）：48-53.

[2] 周林平.電路板上白色殘渣分析[J].現代傳輸，2016（6）：13-14.

[3] 王春艷.淺談層壓布紋白斑的改善[J].印制電路信息，2013（11）：64-66.

[4] 王人偉.PCB層壓白斑分層缺陷分析[J].知識經濟，2013（6）：73，90.

[5] 陳蓓，李志東.不流動性半固化片壓合白斑的思考[J].印制電路信息，2008（10）：44-48.