PCB的关联技术

蔡积庆 编译

（江苏 南京 210018）

1 前言

日本的电子设备产品以采用高密度安装和轻薄短小化的方向性而著称于世，处于高度优势。实现各种功能的电子设备安装中，PCB是决定电子设备特性的重要部件之一。今后高性能化的要求仍将继续，特别是在便携型电子设备的安装中，各种功能并行发展，适应各种功能的PCB开发支撑和高性能的实现。电子元件制造商选材时，安装所要求的电子元件的微细化很难兼顾到尺寸和成本两方面。尽管如此，电子设备的要求还是逐年提高。为了达到这样的高技术要求，PCB的技术重要性日益增加。本文以“PCB关联技术”为题，介绍了再生不良PCB的“PCB再生（Rescue）技术”以及PCB的采用中通过PCB用户和制造商之间的架桥（中间人），为品质提高作出贡献的商行的“车载用PCB，拓展商行的任务”2种技术。

2 再生不良PCB的“PCB再生技术”

以PCB的钻孔和外形铣加工的技术为中心占有很大份额的日本相模PCI（株）正在展开“PCB再生”的事业。

日本相模PCI（株）具有先进的钻孔加工，激光加工和钻头研磨加工技术，以PCB的钻孔，外形铣加工为中心，正在展开研磨（Lapping），抛光载体（Polishingcarrier）的制造/销售，难以切削材料的加工和钻头研磨加工等事业。

PCB再生原来是韩国的专利技术，当请教具有使用权的日本法人方时，认识到PCB再生技术是适合相模PCI（株）的技术。由于相模PCI（株）具有铣加工技术的实绩，成为铣加工技术基础的剪切加工中即使没有导入新的机械也能适应PCB再生技术，此外与PCB制造商的广泛交流也肯定了这种判断。然后把样品送到韩国，回来时获得了惊人的精度，同时进行了评估，认为这是可行的。因此与2003年开始了“PCB再生”的事业。

2.1 技术背景和工程方法

随着电子设备的轻薄短小化，嵌入PCB复杂而微细化。这种PCB日益增加，1枚板上设置（Layout）数枚小型的小型块（Piece）PCB，而且还是进行多面加工的技术。然而另一方面因为微细化，由于断线或者短路等不良情况而判定为不可使用的不良品（NG）。现在发生这种状况的小型块PCB还不少。全体不良品中约60%是表面外观的不良。

包括NG的小块PCB在内的不适合产品的处理方法如下：（1）板中的NG（X符号）小块如果在**小块以内，则可没有问题而采用。（2）表面外观不适合品采取降低价格（Cost-Down）而进行的特殊处理。（3）不采用→包括良品（○符号）小块在内作为工业废弃物处置掉。

PCB再生中，因为使不采用品（工业废弃物）或者特殊处理的不适合品成为完全的适合品，由于再生（Reduce，Reuse）而减少了再制造，除了改善成品率以外，还减少了工业废弃物和资源消耗，它是环境友好的技术，其效果获得了好评。图1表示了PCB再生的制造流程概要。

图2表示了PCB再生的工程方法。PCB再生的工程方法简单的说明如下：首先制作切取不良部分（不良小块）的数据（Data）和切取良品的数据，接着从板（Sheet）I中取出（卸下）标有NG（图中X符号）的小块PCB，然后在NG取出的部分嵌入另外板Ⅱ的良品小块（图中，○符号），至此板内的全部小块再生为良品。

2.2 性能和效果

由于嵌入了良品小块，所以在以后的安装工程中就没有障碍了。特别重要的是保证了位置精度和接合部的强度。为此开发了关于位置精度的校准装置，再加上利用全数测量来保证位置精度，规格值一般达到±50 μm，尤其是还可以适应±30 μm的最小值要求。图3表示PCB再生的高位置精度。

接合部的强度可以实现标准接合形状的最低保证强度（7.84 N）。图4表示了相模ピ－シ－アイ（株）的接合部强度试验结果。

PCB再生产生的具体效果是：（1）可以减少工业废弃物和资源消耗，（2）由于再制造的抑制而贡献了成品率的改善。韩国企业中已经有2%成品率改善实绩的报告。即使在日本的高性能品的PCB中，预计也可以达到与韩国企业同等以上的改善。

2.3 有效而重要的技术和今后的研究

如上所述，PCB再生是采用韩国的专利技术，现在韩国的大型PCB制造商几乎都采用这种技术，其中便携电话和数字摄像的不适合品可以100%的再生。即使在中国大陆和中国台湾也有导入这种再生技术的。

今后日本的PCB制造商欲与人工费便宜再加上由于再生而改善成品率的海外制造商们竞争，预计会出现成本降低，材料价格上涨等事态，因此PCB再生技术对于日本来说应当是有效而重要的技术。相模PCI（株）目前主要处理2～4面/板的便携电话PCB和数字摄像PCB，今后致力于处理10几面/板的小型模组PCB或者FPC（包括刚挠PCB）等的研究开发。关于与位置精度等PCB的品质要求相适应的技术理所当然要追求高水平，还要谋求更上一层的简单化，努力提高生产效率。另外，PCB制造商，相模PCI（株）和安装制造商的前后工程的紧密联系使产品品质更加稳定。预计未来以发生某种程度NG小块PCB为中心，以利用PCB再生为前提进行PCB的设计，希望仰仗PCB制造商的合作。

3 车载用PCB，扩展商行的任务

日本丰田集团唯一商行的丰田通商（株）是具有金属，机械/电子，汽车，能源/化学产品，食品和生活工业/物资材料6大事业领域的综合商行。由于2006年与ト－メン的合并，电子领域中由于与ト－メン电子或者ト－メン器件这样一些集团公司的横向联合分工协作的效果，正在致力于日本国内外半导体/电子元件制造商的发掘以及用户的产品/技术提案。

丰田通商/电子元件部以汽车电子为事业领域，面向以丰田集团为主的车载用户，不仅供应全世界的日本国内外的半导体或者电子元件，而且还提供根据顾客要求的电路设计，PCB试制，基板安装、箱体设计、软件开发评价和不良情况解析等整个的解决方案。

但是，当当事人对人民法院处理结果不满向检察机关申请法律监督，检察机关提出检察建议后时，由哪个部门、哪些人员审核检察建议所涉事项的问题就会非常突出。因为基层人民法院的审判监督人员数量有限，往往不足以安排不同的人员对同一事项进行两次审查。此种情况下，唯一的可能就是将检察建议所涉事项提交审判委员会讨论决定，每星期两次甚至更多次数的审判委员会能够实现对法律监督所涉事项的及时审核，并且通过审判委员会讨论决定有关事项也助于体现法律监督的严肃性。不过，目前尚没有就将检察建议所涉事项提交审判委员会的程序规定，这就意味着法律监督案件进入审判委员会讨论决定的不确定性与救济滞后的可能性。

3.1 基板工程追求功能和附加值

电子元件部的核心材料的PCB是从日本国内外的各种基板制造商购入的，利用丰田通商（株）现有的物流网进行世界各国车载用户的全球供应。

丰田通商（株）作为了解车载品质的商行，通过对PCB制造商的车载启蒙活动或者品质部门进行自主督察和不良情况发生时的跟踪等PCB制造商中车载品质提高的帮助，不久的将来，丰田通商（株）将强化与拥有的品质解析中心或者品质部品的协作，为用户提供具有附加值品质的PCB。尤其是与（有）安装彩科的专家齐藤和正缔结业务委托，一方面利用齐藤和正经验和知识，另一方面着力开拓近年来崛起的以中国为首的新兴国PCB制造商，为车载用户介绍所发掘的优良制造商。此外，利用齐藤和正的专业性，以第3者的立场帮助用户/供应商研究各种技术课题。通过上述活动，丰田通商（株）不只是简单的销售PCB，由于提供了附加品质或者技术等服务的产品，因此在PCB业务中大大提高了丰田通商（株）的声誉和知名度。

3.2 新规供应商的开拓/贯通孔连接可靠性的确保

近年来随着车载用户的海外发展，采用现地（当地）供应方式，或者追求低级车意向的原价降低要求的加速，为了呼应市场环境的变化，正在提高海外廉价PCB制造商的开拓要求。对于这些要求，丰田通商（株）正在关注不仅价格而且适应车载要求的高可靠性的PCB制造商的选择。

首先要确认PCB的制造商的经营方针和财务状况等经营管理关联或者价格水平，实绩和生产能力等概要，如果没有问题，根据3现主义（现地、现物、现实）的观点访问工厂，判断制造商的实力。现地中，除了确认经营者或者工厂作业人员等的人际关系以外，为了确保制造良好的PCB，至关重要的是要确保作为PCB的基础技术方面的贯通孔链接可靠性。

确保PCB的贯通孔连接可靠性的关键控制点是基材，钻孔和镀层，为了确认贯通孔连接可靠性的好坏，必须进行如图5所示的显微截面观察。只有这样才能确认孔的品质或者镀层状态，具体如下。

图5 PCB的贯通孔截面照片

（1）镀层厚度（角部和中央部，车载中希望25 μm以上）；

（2）孔壁状态（有无凹凸和角部的形状）；

（3）玻璃布的形状（基材品质，起因于日本国内材料还是海外材料）；

（4）内层连接的状态（内层徒刑与玻璃布的接触）；

关于基材要确认生产商。使用日本国内材料时虽然没有问题，但是例如海外当地基材的情况下有使用劣质玻璃布的情况，有必要注意由于玻璃纱线的松开而产生贯通孔连接可靠性的降低。

关于镀层厚度希望贯通孔内镀有25 μm以上的镀层，同时要确认镀层的物理性能数据（抗拉强度和延伸率）或者电镀设备，还要确认镀层厚度均匀不会发生波动。

丰田通商（株）作为理解车载品质的商行，应该向用户认真介绍上述各项的内容，正在进行经得起顾客要求的PCB制造商的准入。即使介绍和采用以后，还要根据需要定期的访问工厂，进行丰田通商（株）倡导的车载品质的启蒙活动，或者品质改善活动的跟踪，构筑长期的伙伴合作关系。图9表示了工程督查的情况。

3.3 针对基板技术课题致力于基板表面处理的问题解决

丰田通商（株）中，安装彩科的齐藤和正作为PCB技术的传承者是从外部招聘来的，针对关于PCB的各种技术课题，从超越制造商领域的第3者和专业的观点出发，致力于技术课题的解决。

作为车载用大型元件制造商，A公司占据世界上屈指可数的市场份额，采用的产品中，由于产品特性上的理由，基板表面处理的规格采用稍微特殊的“Au镀层+无Pb焊料整平”。另一方面，鉴于积极的海外发展的状况下，由于还没有找到适应稍微特殊表面处理的PCB制造商，所以由日本制造商供应PCB，输出到海外生产基地。

A公司以积极的现地（当地）供应各海外基地工厂为目的，希望基板表面处理从无铅焊料整平变更为水溶性预涂焊剂（OSP）。然而当PCB表面处理变更为OSP时，焊料湿润性的降低或着保管的保证期（一般为3个月）成为障碍，结果放弃了A公司的OSP品采用。其理由是A面再流焊和B面浸渍焊接的作业场所不同，还有工程工期长的制约。因此丰田通商（株）针对这一技术课题与A公司进行周密的接洽，介绍具有车载实绩而且也有海外工厂的B公司，与此同时开始致力于该技术课题的解决。要求特别商的可靠性的车载产品中，由于基板表面处理的状态焊料湿润性有很大关系，是重要的关键技术，因此丰田通商（株）为了清晰的了解保管期间的障碍，实际测量了输送途中（日本→海外）的温湿度环境。图6表示了海外输送路线。图7表示了由日本输往海外的途中测量的温湿度数据。其次重要的是根据稳定的品质保证的观点，不仅要关注PCB制造工艺中的表面处理工程而且还要关注它的前道工程。因此丰田通商（株）通过到B公司的频繁访问，确认了以3章表示的基本的钻孔或者电镀条件等基本制造工艺，然后到改善内容的现场展开了落实，直到确认良好的状态为止。图8表示了在B公司的洽谈情况。图9表示了B公司的OSP生产线。

另一方面同时的进行了焊料湿润性优良的OSP的调查，最终从候补的数公司中选择了C公司制的OSP（CL05018S），其理由是难以减少加热时的OSP层，而且具有难以氧化的铜表面的效果，图10表示了C公司的OSP层与其它公司的OSP层的比较结果，保管期间至少可达6个月，图11表示了C公司的PCB氧化程度与其它公司的比较。通过上述的验证结果，可以确保车载用PCB所持有的热容量大的连接器的浸焊的焊料湿润性，与此同时即使A面和B面的安装工厂不同的情况下也可以确保焊接品质。但是，与未经热履历（保管状态）的情况相比，A面再流焊以后的铜表面的氧化程度大概以10倍的速度进行。然而即使在这种状态下，直道B面浸焊的期间在通常的保管状态下大概可以达到20天的程度。这个期间之所以可能，关键是浸焊时采用无铅焊料用的后涂焊剂（Post Flux），这就是C公司制的OSP层的构造所具有的特征，即使加热也难以减少OSP层，可以延长B面的焊接期间。另一方面，B面焊接时采用比较共熔点焊料的树脂含有率高的无铅焊料用后涂焊剂。实际上即使进行焊接的结果也确认了优良的焊料湿润性。图12表示了焊料湿润性的试验数据。

重新定期的与A公司接洽，提出了采用PCB（B公司）+OSP（C公司）的供应链的提案，同时实施了利用OSP制造商的技术提案和利用丰田通商（株）的焊湿润性技术提案，最终结果选择了PCB（B公司）+OSP（C公司）的提案。获得了A公司的新规评价。

最终进行了A公司内的安装试验和可靠性试验，结果实现了从“镀金层+无铅焊料整平”到上述提案的采用海外生产PCB制造商的“OSP或者镀金层”的转换。这样对于A公司来说实现了从无铅焊料整平到OSP的变更，对于PCB制造商（B公司）或者OSP制造商（C公司）来说增加了新的商业机会。

上述计划中丰田通商（株）的任务之一是把顾客A公司，供应PCB制造商和材料制造商有机的介入和连系在一起，可以解决各种技术课题，其结果可以构筑三赢（WIN-WIN-WIN）的关系。

作为商行，不仅要考虑用户/供应商的观点，而且还要考虑第3者的专业观点，不能只限于简单的销售，而是要连续的提供附加PCB品质或者技术之类的各种功能的服务，丰田通商（株）将来继续把车载PCB作为存在的目标，以便扩大商行的任务。

[1]齐藤和正. 解体！车载プリント板 プリント板コンサルが见るカ－エレクトロニクス, Vol.14, 初版[J]. (有)实装彩科, P1-181, 2008,8.

[2]铃木贵人. 导入事例にみる铅プリ－实装とプリント配线板の表面处理[C]. 第11回プリント配线板 EXPO技术讲演集, 2010,1.

[3]メック株式会社. OSP处理における铜表面の抗酸化性とはんだ付性の评价[J]. 技术资料, Mate 2010,2.

[4]相模ビ－シ－アイ(株). NGのある配线板を再生する“PCBレスキュ－”[J]. エレクトロ实装技术, Vol.26, No.3, 2010.

[5]藤原裕久. 车载用プリント基板, 扩がる商社の役割[J]. エレクトロ实装技术, Vol.26, No.3, 2010.

林金堵 校