論文-PCB質(zhì)量管理及主要品質(zhì)缺陷分析

1、2 “零缺陷”全面質(zhì)量管理概述2.1質(zhì)量管理的概念按照2000版ISO9000標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量管理的定義為：“質(zhì)量管理是在質(zhì)量方面指揮和控制組織協(xié)調(diào)的活動”。在品質(zhì)管理方面的指揮和控制活動通常包括制定質(zhì)量方針、質(zhì)量目標(biāo)、質(zhì)量策劃、質(zhì)量控制、質(zhì)量保證和質(zhì)量改進(jìn)。質(zhì)量管理起源于20世紀(jì)初期，至今主要經(jīng)歷了三個階段，分別為質(zhì)量檢驗管理階段、統(tǒng)計質(zhì)量管理階段和全面質(zhì)量管理階段。2.2 “零缺陷”全面質(zhì)量管理方式簡述“零缺陷”全面質(zhì)量管理主要主張發(fā)揮人的主觀能動性來進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)者、操作者要努力使自己的產(chǎn)品沒有缺點并向著高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)而奮斗。所以此處所講的“零缺陷”只是一種質(zhì)量管理追求的理想目標(biāo)，因為在很多

2、情況下這種要求是不現(xiàn)實的，但是這種目標(biāo)對提高產(chǎn)品質(zhì)量卻具有現(xiàn)實意義。零缺陷的全面質(zhì)量管理是通過全員參與質(zhì)量管理方式來實現(xiàn)的。產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)活動的各個環(huán)節(jié)、各個部門全部工作的綜合反映。因此必須把企業(yè)所有人員的積極性和創(chuàng)造性充分調(diào)動起來，如果人人關(guān)心質(zhì)量問題，人人做好本職工作，那么最終產(chǎn)品的不合格率將大大降低，這樣不僅降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，同時也為客戶提供了優(yōu)良的品質(zhì)保障。該質(zhì)量管理方式可通過三種方式來實現(xiàn)（1） 全員把關(guān)全面質(zhì)量管理要求每一個人都對產(chǎn)品質(zhì)量負(fù)有責(zé)任，及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，并把問題解決于發(fā)源地。即生產(chǎn)線上的每名員工均有責(zé)任及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題并尋找其根源。也就是說，在全面質(zhì)量管理中，與強調(diào)

3、通過檢驗員嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)相比，更強調(diào)全員把關(guān)，即每一個員工保證不讓任何有質(zhì)量缺陷的加工件進(jìn)入下一工序。無論各工序可能的質(zhì)量問題有多少，這種方法都會使企業(yè)的產(chǎn)品合格率大大提高。同時，這種方法還會減少檢驗員的數(shù)目，從而降低鑒定成本。（2） QC小組QC小組是由一些基層管理人員及一般員工組成，能夠發(fā)現(xiàn)、分析并最終解決生產(chǎn)和質(zhì)量問題。這是因為許多員工如果被允許參與改進(jìn)他們所進(jìn)行的工作，這些員工往往會表現(xiàn)出更大的興趣和成就感。一般要求QC小組成員都是自愿加入的，并且小組的成員應(yīng)定期進(jìn)行討論、研究等活動，以分析、解決產(chǎn)品質(zhì)量問題。QC小組可以是在同一個班組內(nèi)建立，也可以跨班組建立。QC小組可以定期或不定期向公

4、司提出質(zhì)量改進(jìn)意見，而且企業(yè)管理人員應(yīng)對這些意見或建議給予高度重視，因為往往這些群眾意見中的某一條可行性建議，就可以使公司通過質(zhì)量改進(jìn)而提高產(chǎn)品合格率或降低成本，從而獲得更大的收益。同時QC小組還可以成為研發(fā)人力資源、調(diào)動廣大員工積極性和創(chuàng)造性的一種重要途徑2。（3） 質(zhì)量教育既然產(chǎn)品的質(zhì)量決定于企業(yè)全體員工，要求全員參與質(zhì)量管理，就必須不斷地對全體人員進(jìn)行質(zhì)量教育，讓他們在思想上重視質(zhì)量問題。進(jìn)行質(zhì)量教育時要讓每位員工了解與各自工作內(nèi)容相關(guān)的環(huán)節(jié)的工作，以便使每位員工均認(rèn)識到自己這一環(huán)節(jié)的工作如果出現(xiàn)問題會在哪些方面影響相關(guān)環(huán)節(jié)的工作。也就是應(yīng)該使每位員工都要找到自己的“顧客”。例如一條生產(chǎn)

5、線上某一工序的人應(yīng)該把下一工序的工人看做自己的“顧客”，每個人都應(yīng)該盡量滿足自己的“顧客”的需求。“零缺陷”全面質(zhì)量管理思想強調(diào)全企業(yè)所有工作人員齊心協(xié)力、循序漸進(jìn)、精益求精地進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量控制。如果利用這幾種全員參與的質(zhì)量管理方式相結(jié)合進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量管理，相信所生產(chǎn)產(chǎn)品的品質(zhì)與“零缺陷”目標(biāo)的距離將大大縮短。3 主要品質(zhì)缺陷分析由于印制電路板的制程復(fù)雜，工序繁瑣，導(dǎo)致其制造過程中出現(xiàn)的品質(zhì)缺陷較多，嚴(yán)重影響最終產(chǎn)品質(zhì)量。為了降低PCB不合格率，使其在生產(chǎn)過程中的品質(zhì)缺陷問題得到有效控制，現(xiàn)對PCB主要制造工序中的主要品質(zhì)缺陷做簡要分析，以便在實際生產(chǎn)中解決各缺陷問題提供必要的理論依據(jù)。3.1 層

6、壓工序主要缺陷分析（1） 分層： 分層是指基材的層間或?qū)щ姴c基材之間部分發(fā)生分離現(xiàn)象。分層直接影響印制板的可靠性。明顯的分層不用顯微鏡剖析，而用肉眼就可以直接觀察，也就是通常說的氣泡。多層板層壓后分層產(chǎn)生原因a.銅箔或?qū)w銅表面在層壓前處理不當(dāng)，如沒有除油、粗化或黑化棕化不均勻。b.半固化片表面不清潔。c.半固化片存放時間過長。d.壓制溫度，加壓工藝控制不正常，氣泡未被完全排除。（2） 層間錯位： 層間錯位是指層與層之間連接盤中心的偏移。層間錯位產(chǎn)生原因a. 內(nèi)層材料的熱膨脹，粘結(jié)片的樹脂流動。b. 層壓中的熱收縮。c. 層壓材料和模板的熱脹系數(shù)相差大。（3） 夾雜： 夾雜是指層壓板內(nèi)有沒被

7、蝕刻的金屬箔或其他異物。層間夾雜產(chǎn)生原因a. 工作人員操作不當(dāng)。b. 層壓環(huán)境灰塵或懸浮顆粒過多。c. 蝕刻工藝控制參數(shù)設(shè)置異常或蝕刻工藝不得當(dāng)。（4） 空洞： 層壓板的空洞通常是很小的，在實際中對于兩層導(dǎo)體之間板厚為0.254mm的情況下，空洞最大允許直徑為0.076mm。層壓空洞通常出現(xiàn)內(nèi)層導(dǎo)線的邊緣或焊盤上下面，當(dāng)鉆孔后，這個空洞很可能呈現(xiàn)在孔壁上一般情況下外層焊盤和導(dǎo)線之下允許有直徑小于0.076mm的空洞。但孔壁上層壓板空洞，由于孔金屬化空洞內(nèi)存有氣體或其他雜質(zhì)，焊接時的熱沖擊，破壞了孔金屬化，將影響印制板的可靠性。層壓板空洞產(chǎn)生原因a.半固化片化學(xué)揮發(fā)物過多。b.樹脂系統(tǒng)含水分過高

8、，工作室內(nèi)濕度大。c.壓制模具不便于排氣。3.2 鉆孔工序主要缺陷分析（1）釘頭： 由于鉆孔在多層印制板內(nèi)層導(dǎo)線焊盤上的銅箔向外傾斜的狀況叫釘頭（如圖1所示）。多數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)中沒有一個明確的尺寸要求，但對軍用多層印制電路板最大允許釘頭大小是銅箔厚度的50%，釘頭的存在，也就說明了這塊多層印制電路板的鉆孔質(zhì)量大大下降，釘頭的存在也伴有環(huán)氧樹脂膩污存在。（2）樹脂膩污： 鉆孔后，多層印制板內(nèi)層導(dǎo)體銅環(huán)上有環(huán)氧樹脂涂層，使孔內(nèi)銅環(huán)不能充分暴露，這通常叫樹脂膩污，也有資料稱之為膠渣（如圖2所示）。 由于樹脂膩污嚴(yán)重影響了孔壁金屬與內(nèi)層銅環(huán)的鏈接，所以，多層印制板不允許有樹脂膩污存在。釘頭與樹脂膩污產(chǎn)生的原

9、因 由于印制板基材的導(dǎo)熱率比金屬低，鉆孔時產(chǎn)生大量的切屑熱，絕大部分熱量傳遞給鉆頭，使其達(dá)到很高的溫度，除切屑熱外，鉆頭與孔壁的鉆擦也產(chǎn)生熱量，這就加速了鉆頭的磨損，當(dāng)用磨損的鉆頭鉆孔時就容易使內(nèi)層焊盤的銅產(chǎn)生釘頭，造成孔壁的凹凸不平。更嚴(yán)重的是，由于鉆孔時產(chǎn)生的熱量，使環(huán)氧樹脂受熱軟化，軟化的樹脂粘在鉆頭上，在鉆頭進(jìn)刀或退刀時容易使已經(jīng)暴露的銅環(huán)涂抹上一層環(huán)氧樹脂。由此可見，這種缺陷與使用的印制板材料玻璃化溫度、鉆頭材料與幾何尺寸、鉆孔操作工藝等有關(guān)系3。圖1 釘頭缺陷圖圖2 樹脂膩污（膠渣）缺陷圖（3） 焊盤撕裂： 所謂焊盤撕裂是指鉆孔時產(chǎn)生了多層印制板內(nèi)層焊盤撕斷或裂開。焊盤撕裂產(chǎn)生的原

10、因在產(chǎn)生較大的釘頭同時，往往也容易產(chǎn)生這種缺陷，但主要是由于磨損鉆頭鉆孔產(chǎn)生較大的切屑力，在層壓板與銅箔之間抗剝強度較低的情況下，更容易產(chǎn)生內(nèi)層焊盤撕裂。（4） 毛刺： 鉆孔后孔周圍印制板兩表面銅箔突起叫毛刺。目前現(xiàn)有的刷板設(shè)備可以去除大部分毛刺，但極其細(xì)小的毛刺刷板設(shè)備可能去除不徹底。并有可能使毛刺導(dǎo)向孔內(nèi)，使孔徑變小。嚴(yán)重時為了去除毛刺，造成孔周圍的銅箔損壞，使孔壁與銅接觸不良，有時可達(dá)到一圈而斷開。毛刺產(chǎn)生的原因當(dāng)鉆頭頂角磨頓時，可使印制板兩面銅箔其毛刺，如果印制板與上下兩面的墊板沒有壓緊，鉆孔后也要產(chǎn)生毛刺。毛刺倒向孔內(nèi)，影響孔金屬化可靠性。3.3 孔金屬化工序主要缺陷分析（1） 電鍍

11、空洞： 是指在金屬化孔壁上沉積的金屬層中露出基材的洞狀區(qū)域。電鍍空洞產(chǎn)生原因a. 金屬化孔之前孔壁清潔處理不好，活化處理時孔壁有附著顆粒和氣泡，使該處沒有活化從而導(dǎo)致該處的化學(xué)沉銅不能進(jìn)行，造成最終產(chǎn)品的空洞。b. 圖形電鍍錫鉛合金時局部由于附著物和氣泡在孔壁上，蝕刻時，將沒有鍍上錫鉛的部位的銅腐蝕掉就形成了空洞。（2） 瘤狀物： 是指在電鍍過程中孔壁表面形成的金屬瘤狀凸起（如圖3所示）。瘤狀物產(chǎn)生原因a. 鉆孔孔壁極不光滑，有嚴(yán)重玻璃纖維突出。b. 電鍍液內(nèi)有顆粒被鍍涂在鍍層里，或者使用電流密度過大。c. 光亮鍍銅的添加劑比例失調(diào)。圖3 瘤狀物（銅瘤）圖 （3） 裂縫或拐角開裂： 這種裂痕是

12、指在120下將被測試驗板烘4個小時，在288下浮浸焊錫10秒后，再制備顯微試樣，在200倍以下顯微效果下能觀察到的裂縫（如圖4所示）。值得注意的是，不應(yīng)該在高于200的放大倍數(shù)下檢查是否有裂縫，由于鍍層與底層之間結(jié)合部分在制備樣品時總有一定的變化，把正常的結(jié)合間隙認(rèn)為是電鍍裂縫則是不合理的。圖4 鍍銅層拐角開裂缺陷圖（放大200倍）要判斷是否為真正的鍍層裂縫和拐角開裂是很重要的，因為這種開裂最終導(dǎo)致電路故障，影響整板的可靠性。孔金屬化裂縫或拐角開裂產(chǎn)生原因當(dāng)印制板受熱后，環(huán)氧玻璃布在Z方向上玻璃化溫度（Tg120140）以下的膨脹系數(shù)為69×10 - 5，當(dāng)溫度在Tg以上時膨脹系數(shù)為

13、2.5×10 - 4，而銅膨脹系數(shù)在20時為1.7×10 - 5，在230時為1.8×10 - 5。由此可見，當(dāng)印制電路板與元器件組裝時，在焊接265進(jìn)行熱沖擊時，兩種材料膨脹系數(shù)不同，而產(chǎn)生不同的力作用于金屬化孔上，特別是在金屬化孔拐角處受力最大，當(dāng)鍍銅層的韌性不能滿足受力產(chǎn)生形變的要求時，則會發(fā)生開裂。要克服這種缺陷，除材料外，必須嚴(yán)格控制點鍍銅層的質(zhì)量。3.4 蝕刻工序主要缺陷分析（1） 側(cè)蝕： 由于蝕刻而在導(dǎo)線側(cè)面上形成的凹槽，并以該凹槽深度的程度來描述側(cè)蝕程度（如圖5所示）。造成側(cè)蝕后使焊盤尺寸發(fā)生變化，導(dǎo)線變得很細(xì)，對于普通印制板導(dǎo)體側(cè)蝕量不應(yīng)該超過金

14、屬的總厚度，而精密的細(xì)線條對側(cè)蝕要嚴(yán)格控制。側(cè)蝕現(xiàn)象是時刻中不可避免的，只能設(shè)法減少，但不能消除。圖5 側(cè)蝕缺陷圖 （銅箔線路截面圖 放大400倍）側(cè)蝕量大產(chǎn)生原因a. 銅箔厚度過大。b. 蝕刻液不是在最佳工作狀態(tài)進(jìn)行蝕刻。c. 延長了蝕刻時間。（2） “銅箔殘足”： 所謂銅箔殘足是指在所形成線路的銅箔根部存在的蝕刻不足而產(chǎn)生的銅箔殘留（如圖6所示）。 圖6 “銅箔殘足”缺陷圖（銅箔線路截面圖）“銅箔殘足”產(chǎn)生原因a. 電鍍銅箔制造時，是以1000ASF的高電流密度快速鍍得的ED銅箔，是以柱狀組織快速向上成長。起始時顆粒較細(xì)，結(jié)束時則毛面棱線的顆粒就較大，并還有額外粗糙后處理所加鍍的銅瘤與耐熱

15、的黃銅層。再加上高溫壓合時其棱線的踏入樹脂中，因而很不容易徹底蝕刻透。b. 向上的板面會有水池（內(nèi)層）或水溝（外層）效應(yīng)，再加上一銅二銅鍍得太厚，與錫鉛層的屋檐效應(yīng)等共同撻伐之下，板邊角密線路區(qū)，經(jīng)常造成蝕刻不徹底的短路情形。3.5 不同類型短路的特征及成因 （1）基銅短路其特征是在兩條線路之間形成短路的銅面明顯低于線路銅面，可能是單個的短路，也可能的大量的短路。形成原因是在蝕刻的退膜工序，干膜沒有被完全褪掉或者是因為干膜屑粘貼在板面上，在蝕刻時導(dǎo)致基銅沒有被蝕去而形成。圖7 短路圖（2） 電鍍短路特征是形成短路的銅面和線路的銅面是等高的，可能以單獨的短路出現(xiàn)，也可能以大量的短路出現(xiàn)。形成的原

16、因是因為在電鍍時時間太長或溶液攪拌劇烈導(dǎo)致干膜破裂，而在干膜應(yīng)覆蓋的區(qū)域鍍上了銅和錫鉛合金，經(jīng)過蝕刻工序后便形成了短路。（3） 細(xì)線短路特點是在兩條導(dǎo)線之間有一條很細(xì)的銅線形成短路，細(xì)線的寬度為0.0250.075mm。成因只要是在曝光時環(huán)境控制不好，例如頭發(fā)絲或其他的細(xì)小纖維落在板面上，造成曝光時有細(xì)小的干膜沒有曝光，在電鍍時刻完成后就形成了短路。細(xì)線短路也有可能是重復(fù)性短路。但不會多，因為生產(chǎn)部門每曝光一定的板會清潔曝光玻璃。（4） 凹坑短路其特點是在形成線路缺陷區(qū)域可以明顯看到有一個小凹坑，而這一短路就是因為小凹坑所導(dǎo)致。原因是在多層板被壓制時形成凹坑或基材有凹坑，因為凹坑的存在，在貼干

17、膜時造成干膜和銅面之間有空隙，因此在圖形電鍍時凹坑處也被電鍍了，蝕刻結(jié)束后就形成短路現(xiàn)象。（5） 蝕刻不足通常在大塊的無銅區(qū)域可以看到或多或少的像云塊一樣的銅，厚度較小，在觀察線路區(qū)域，所形成的短路比較長，呈連續(xù)性，短路的銅面也比線路面低，原因是在蝕刻時藥水的濃度太低或設(shè)定的蝕刻速度太快、時間太短造成的。（6） 刮擦短路其特點是沿著一條銅線（不一定是直線）有較多的短路，短路也是因為這條銅線造成的，并且沿某一方向有擦刮的痕跡。原因是因為在曝光之后、電鍍之前干膜被機械或人為原因刮破或擦傷（在電鍍之前發(fā)現(xiàn)仍可返工），經(jīng)過電鍍、蝕刻完成后即形成短路。圖8 開路圖3.6 不同類型開路的特征及成因（1）

18、重復(fù)性開路特點是在幾乎每一片板的同一個地方出現(xiàn)同樣的開路，呈多次重復(fù)的現(xiàn)象，并且曝光底片的編號是相同的。其形成原因是曝光底片上與板子開路相同的位置有缺陷，這種情況下曝光底片必須報廢，并且要加強曝光時第一和最后一片板的AOI檢測，確保第一片板無誤后才可曝光。（2） 缺口開路這種開路的特點是在一條導(dǎo)線上有一個缺口，并且因缺口導(dǎo)致剩下的線寬不足正常線寬的1/2或等于1/2，通常位置固定，呈多次重復(fù)現(xiàn)象。其形成的原因也是因為曝光底片上有缺損，因此板子相同的位置導(dǎo)線也有一個缺口。消除的辦法是換新的曝光底片，并且加強曝光過程中的AOI檢測。（3） 真空開路在某一區(qū)域，有多條導(dǎo)線呈現(xiàn)愈來愈細(xì)的現(xiàn)象（逐漸變細(xì)

19、），有的形成開路，有的沒有開路，但因為導(dǎo)線太細(xì)（小于客戶要求的最小線寬）而不得不報廢。導(dǎo)致這種缺陷的原因是因為曝光用的底片和干膜接觸不夠緊密，中間有空氣，也就是曝光臺閉合后抽真空不好，真空度達(dá)不到要求，從而導(dǎo)致曝光時導(dǎo)線變細(xì)或開路。（4） 刮擦開路其特點是能夠明顯地看到導(dǎo)線被外力刮擦的痕跡，也因此造成開路。原因是因為操作不當(dāng)（例如拿板方法錯誤不小心等）或機器的原因而將導(dǎo)線擦傷從而形成開路。由于外層線路缺陷問題的產(chǎn)生原因比較復(fù)雜，很多種情況都有可能，此處并未一一列舉，但大多數(shù)缺陷都出現(xiàn)在覆銅板、菲林片、干膜等物料上，或是在曝光、顯影、蝕刻等工序出現(xiàn)異常。4 結(jié)論對于企業(yè)來說，盡量減少品質(zhì)缺陷問題

20、的發(fā)生減少生產(chǎn)過程產(chǎn)品的報廢率，無疑是降低生產(chǎn)成本、使生產(chǎn)效益最大化的最行之有效的辦法。在此，就本文所述“零缺陷”質(zhì)量管理方式的具體實施辦法做幾點簡單建議：（1） 多開展對于員工質(zhì)量觀念教育的活動，而且教育的方式不能僅僅局限于開培訓(xùn)課程，可以將一個班組或一個部門所有成員組織在一起進(jìn)行各種團隊游戲，這樣不僅可以讓員工們在工作之余愉悅心情，使公司建立良好的企業(yè)文化，更主要的是還可以讓大家知道團隊合作的重要性，增強班組及部門的凝聚力，在工作中只有大家齊心協(xié)力共同努力參與到質(zhì)量管理中去才能生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品。（2） 開通員工參與的溝通渠道，讓員工能夠?qū)⒆约旱囊庖娀蚪ㄗh及時向有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)或管理人員反映。例如才公司內(nèi)