干膜差异化加工面临的挑战

苏培涛 梅志雄

汕头超声印制板公司

1 印制板差异化加工简介

1.1 差异化是印制板行业生存之道

差异化加工是指生产者向市场提供有独特利益，并取得竞争优势产品的过程和结果。众所周知，竞争的最高境界是避开竞争，实行差异化战略。对目前印制电路板行业面临的形势和挑战，为满足客户及终端制造商苛刻的个性化设计和多样化需求，同时在制造过程中注重高品质、高效率、低污染和低成本的目标，针对客户具体要求实现差异化加工是印制板制造业的必然选择。企业需要面对的问题是对拥有的各种资源如何做到充分的整合、发挥以提升企业整体的竞争力，在创造独特的产品和服务的同时，千方百计做到人无我有，人有我精。为达到这一目标需要及时采取相应的行动和应对措施，以确保企业获得合理的利润，并使其继续生存和发展。

1.2 印制板差异化加工要求

随着客户设计及要求的多样化，PCB加工从可制造性设计开始到板料选择、加工流程确定、表面处理方式要求、品质控制规格等都存在很大的差异性，对工厂内部现有设备和生产工艺流程及控制方法等均提出越来越高的要求。因此，了解电路板差异化加工过程中存在的问题并积极应对，在保证满足客户需求的同时，有效降低成本、提高效益。例如，板料类型的差异化，从过去普通FR-4到中高Tg板料、再到无铅、无卤、高频射频等特殊材料，工厂内部从层压、钻孔、除胶渣、外形加工（含铣、V- CUT和冲外形）等工艺参数和生产条件需根据现有设备和流程做相应的试验和调整，才能找到最合适、最经济的加工条件以应对这种差异化的发展。

1.3 图形转移差异化加工要求

印制板加工过程中图形转移工序的作用已不再极限于整板的线路和图像的转移，随着客户要求的特殊化，各种各样特别的图形需要通过干膜的保护来完成多种加工，其中最常见的加工方式是选择性沉金+OSP表面完成工艺（图1）。因沉镍金和OSP二种表面处理工艺各自存在优缺点，而选择性沉镍金工艺是综合这二种工艺优点而发展起来的一种新的表面处理方式，产品应用于移动电话、通讯设备、高档电子消费品等。此外，局部位置镀厚金工艺（图2）、分段金手指（图3）和分级金手指（图4）等因客户需要对局部位置镀厚金，在加工过程中也需多次分开制作，因此需采用干膜进行局部的保护才能进行选择性镀金，板件制作中可能采用二次或三次至于多次的图形移转工艺。

2 干膜前处理加工的差异化

为应对不同板件制作的要求，干膜结合力的保证首先是前处理的控制，例如：磨板的均匀性和板面的微观粗糙度决定干膜与板面结合力的强弱，不同的板件和工艺流程需要采用不同的前处理方式。只有根据生产制作特点选择合适的前处理方式才能在保证板件质量的同时提高效率、降低生产成本。从投入产出上考虑，不同的产品档次需要采用不同的加工方式和不同层次的物料，图形转移常用前处理方式优缺点对比情况如下（表1）。

生产线需根据所加工板件特性及具体设备要求，有目的地选择最适合板件结构的前处理方式。

3 干膜贴膜控制的差异化

干膜的结合力，除前处理要求外，与干膜的型号、贴膜机状态、热压棍质量及贴膜机的工艺参数如：温度、压力、速度等均对结合力好坏有很大的影响。对内层板或开激光窗的板件，可选择厚度较薄的干膜（如感光层厚度：20 mm ～ 30 mm）以节约材料成本并提高生产效率；外层图形转移后电镀流程，因存在电镀夹膜的品质隐患，一般采用感光层厚度40 mm ～ 50 mm的干膜；而选择性干膜因板面线路已形成或有阻焊层导致平整度较差，需采用感光层厚度50 mm ～ 75 mm的厚干膜；部分特殊用途的干膜厚度可高达125 mm ～ 150 mm甚至200 mm。

贴膜过程是通过提高干膜的流动性，借助热压辊的压力使感光材料紧密粘合到板面上。因此，贴膜机热压棍选择需要特别注意，贴膜机压棍质量对干膜压合效果有极大的贡献度，特别是压棍胶层厚度和硬度对结合力的影响很明显，热压棍需结合生产板件的差异化进行相应的选择（见表2），以期得到良好贴膜效果。

此外，更换压辊时建议在加热管外壁均匀涂上高温导热胶，保证加热的均匀性，减少局部过热。如何有效评估干膜结合力的强弱，可通过设计专用的测试板定期采用各种测试图形评估生产线的实际加工状态。

4 干膜退膜加工的差异化

4.1 内层及酸性蚀刻流程干膜退除

对显影—蚀刻—退膜流程的板件，干膜退除通常较容易控制，一般采用氢氧化钠体系，去膜浓度直接影响退膜后的膜碎大小，浓度愈低，膜碎愈小，但太小的膜碎会造成过滤困难，药水的浓度在3×(1±0.5%)可完全退除干净，但需注意控制好干膜贴膜到退膜的停留时间，特别是有盲孔或薄板控制不好也会有退膜不净的问题。

4.2 外层图形电镀法干膜的退除

若板面与干膜结合力差将导致电镀后出现渗镀短路，从而影响板件良品率的控制。相反，由于干膜结合力太强在电镀后会出现退膜困难。此外还经常受外层图形分布的不均匀、孔壁铜厚要求高等因素影响导致夹膜造成退膜不净，夹膜问题成为制约很多厂家电镀板件质量及产量的主要原因，是业界急需彻底解决的技术难题之一。

随着精细线路板件的日益增多，有机退膜液不会对锡层（或铅锡层）造成攻击，并有利于成品率的提升。在有机退膜剂中，有机碱能够与干膜中带羧基的聚合物反应，使大块的干膜碎裂成小块；氯盐能促使干膜与铜镀层之间的界面快速分离；山梨醇使有机退膜剂能快速到达干膜内部；在有机碱、氯盐和山梨醇三者的配合，使得有机退膜剂具有从铜基材上快速剥离“夹膜”状干膜的优良性能（图5和图6）。已越来越多的厂家采用有机退膜剂代替原用的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，不同退膜液参数和要求存在较大的差异化（表3）。

4.3 选择性干膜的退膜

在选择性干膜制作过程中，与干膜结合的材料是阻焊剂、字符或树脂，这些物质的表面本身也是高分子聚合物，与干膜会发生不同程度的化学反应，所以选择性干膜结合力会比内外层干膜与铜面的结合力强得多，因此退膜难就成为选择性干膜的主要问题，一般需要从专用设备和退膜药水选择方面进行优化和改进，才能较好的退除二次干膜。

生产设备设计方面：建议流程可分成二步，每步处理时间约2～3分钟共需4～6分钟，前后二段采用不同的药水（如：第一段采用NaOH，第二段采用有机退膜水或第一段采用浸泡方式，第二段再上线退膜），第一段要求除掉大部分的干膜，第二段采用高压的方式对付残留的膜渣。

退膜药水和流程方面：退膜药水需与选择性干膜和所使用的阻焊剂相兼容，一般要通过现场的试验验证进行确定并优化，尽量使阻焊剂完全固化后再贴膜（可通过增加UV光固化或烘烤的方式），同时建议在化学镍金或加工局部镀金后再印字符，以减少字符油墨处退膜不净的情况。同时，根据实际板件的生产需要通过试验筛选和确定最佳的批量加工条件，实行差异化的控制。

5 常见不良对策及预防

5.1 常见不良现象的界定

印制线路板制造过程中，任何前处理的不良均会导致出现结合力下降，无论是内外层图形转移还是选择性干膜，若干膜结合力太弱，酸蚀流程会出现开路或缺口，而电镀流程容易出现渗镀现象（图7）。

然而，在印制线路板制造中，图形转移干膜加工通常属于中间过程，结合力也并不是越强越好，结合力太强会出现退膜不净（图8），导致“过犹不及”，特别是选择性干膜存在退膜难的问题非常普遍。

5.2 一般问题的分析解决方案

受图形转移差异化加工工艺的影响，特别是生产过程出现的影响因素很多，真正原因可能也较为复杂。六西格玛是在全面质量管理基础上发展起来的一种有效的管理方法，建议采用6Sigma的D-M-A-I-C模式开展改进活动。基本的工作流程和思路可描述为DMAIC：界定（Define）、测量（Measure）、分析（Analysis）、改进（Improve）和控制（Control），调查分析问题的基本对策和流程如下：

（1）DM：对板件缺陷或切片进行认真的分析和界定；

（2）A：根据实际加工流程分析，深入现场寻找问题发生的根源；

（3）I：针对存在的问题进行恢复、试验并加以改进和提升；

（4）C：及时将有效的控制方法形成文件进行固化并指导生产。

六西格玛的实践彻底打破了传统的“提高质量就意味着增加成本”的老观念，工厂可以在提高质量的同时降低成本。六西格玛精通于数据分析及先进的问题解决技术，可提供解决顽固品质问题的工具，当然六西格玛还有更重要的作用，那就是改变企业的文化，注入创新的“基因”，使企业持续保持活力。

6 小结

“高质量、低成本、短交期”和“改善无止境”的精益生产理念是印制板差异化加工需要追求的目标，通过有效整合现有资源并不断进行创新，要想在工作上有所突破，必须在精细化上下功夫。‘精’就是专业化，‘细’就是具体化，‘精细化’管理，就是在日常生产的基础上，强调细微、细小的质量标准，精益求精才能应对印制板行业不断面临的挑战。印制板行业如何整合资源、控制成本、保护环境？如何通过生产工艺的不断创新来实现差异化的加工？这将是企业可持续发展战略的根本所在。

[1]苏培涛, 王东华. 图形转移前处理方式对精细线路制作的影响[C]. 2003秋季国际PCB论坛论文集, 2003,9.

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[5]朱兴华. 新型环保硫酸—双氧水微蚀体系前处理工艺研究与应用[C]. 2011秋季国际PCB技术/信息论坛论文集,2011,10.