一、第一次試做及試焊

（一）、PCB結(jié)構(gòu)與回焊

首先利用高Tg與Dicy硬化的FR-4板材，做成22層及24層之兩種高多層板。并將空板利用兩種回焊爐，在兩種L形的回焊曲線之下，進(jìn)行6-9次的模擬回焊，現(xiàn)將其兩種板類(lèi)與其回焊曲線說(shuō)明于下表與下三圖（事實(shí)上筆者認(rèn)為此種未具吸熱鞍部的回焊曲線，根本不適合一般多層板，甚至更不能用于厚大多層板的無(wú)鉛回焊）：

表1 、兩種考試板的內(nèi)容

圖1、此熱風(fēng)回焊曲線之峰溫為253℃~260℃ ，升溫速度介于0.55℃~0.72℃/sec ，

冷卻速率0.81℃/sec，是一種相當(dāng)緩慢的做法。

圖2、此回焊曲線之升溫速率為0.87℃/sec，降溫速率為2.05℃/sec，屬較快速冷卻的做法。

（二）、微切片分析

經(jīng)過(guò)多次回焊與多處爆板后，隨即針對(duì)爆板區(qū)進(jìn)行失效分析，以下即為其等切片之發(fā)現(xiàn)。

（三）、討論

經(jīng)過(guò)上述第一次回焊，可看出幾種具代表性的邏輯：

●回焊曲線升溫太快者容易爆板，至于降溫太快是否與爆板有關(guān)尚不可知。且筆者感覺(jué)s上述電路板公司所用之回焊曲線其實(shí)并不恰當(dāng)，此種直上直下并無(wú)鞍吸熱的形曲線，只適用于低階板類(lèi)與簡(jiǎn)單零件之回焊。複雜多層須採(cǎi)有鞍部，或長(zhǎng)鞍部吸熱段的曲線，使板體處于內(nèi)外均溫情況時(shí)，才可進(jìn)行快速上衝峰溫的動(dòng)作而完成焊接。

圖3、此為兩種厚多層板採(cǎi)兩種曲線經(jīng)6次回焊后之存活率比較，以A板在回焊曲線(快熱快冷）回焊后之成績(jī)最差。

其首焊之未爆板只有40%而已，二次回焊后即全部都失敗了。

其次是人板經(jīng)由回焊曲線1的成績(jī)，其中以B板回焊曲線1的成績(jī)最好，

即使回焊了5次尚有67%的存活率，第6次才全數(shù)失敗。

圖4、（左）為A板採(cǎi)回焊曲線1在內(nèi)層大銅面處所發(fā)生的爆板情形，其開(kāi)裂處分別出現(xiàn)在銅面，或樹(shù)脂等介面位置

圖5、（右）此為B板採(cǎi)回焊曲線1回焊后在BGA腹底多孔區(qū)發(fā)生的板材開(kāi)裂情形， 且多半出現(xiàn)在樹(shù)脂與玻纖之介面間

圖6、（左）當(dāng)孔環(huán)變窄時(shí)，即容易發(fā)生翹環(huán)之浮離現(xiàn)象。原因當(dāng)然是強(qiáng)熱中Z軸CTE太大與銅環(huán)附著力不足所造成。

圖7、（右）此為八板採(cǎi)回焊曲線 2回焊后在大銅面區(qū)所發(fā)生的板材裂層情形， 位置也出現(xiàn)在銅面與樹(shù)脂，以及樹(shù)脂與玻纖之間。

●BGA腹底多孔密孔區(qū)容易積熱而爆板。

●做過(guò)無(wú)鉛噴錫流程者也較容易爆板。譬內(nèi)層大銅面區(qū)容易爆板。

●本次試驗(yàn)之板材雖均為Dicy硬化之高Tg板材，但參考許多其他証據(jù)可知；採(cǎi)用Dicy硬化之板材，即使其電路板制作做得再好，其爆板也不如PN硬化者來(lái)的更少。

二、第二次試做與試焊

二次試驗(yàn)的板材已搭配Dicy與PN兩種硬化劑的不同板材，并由本次試驗(yàn)的結(jié)果可知，PN型的耐熱性確實(shí)要比Dicy更好。同時(shí)也可看出影響無(wú)鉛焊接導(dǎo)致爆板的原因尚有：壓合製程，壓合后烘烤，內(nèi)層板吸水情形，完工板的吸水情形，以及樹(shù)脂聚合程度等因素。

電路板制作過(guò)程中A板分別採(cǎi)用Dicy硬化與PN硬化等兩種板材，雖然也選擇了兩種不同的壓合流程，但卻發(fā)現(xiàn)對(duì)結(jié)果影響不大。反倒是焊接前空板的烘烤與否，對(duì)爆板才有著直接的影響。烘烤條件是125℃ ，共計(jì)24小時(shí)，現(xiàn)將其板材與無(wú)鉛回焊后的存活率整理于后。

表2、針對(duì)考試板所做各種熱機(jī)分析的數(shù)據(jù)整理

圖8、兩種硬化板材，與回焊前有否烘烤等不同條件所呈現(xiàn)爆板存活率的比較。

（一）、討論

●FR-4經(jīng)Dicy硬化者，其爆板現(xiàn)象幾乎是全板各處同時(shí)開(kāi)裂，而PN硬化者則只在腹底多孔區(qū)才出現(xiàn)局部開(kāi)裂。

●Dicy硬化者不管回焊前有無(wú)烘烤，兩次回焊后都會(huì)全部爆板。但經(jīng)PN硬化又焊前烘烤者，歷經(jīng)四次回焊后尚可存活50% 。

●說(shuō)明Dicy因極性大易吸水，故不易通過(guò)熱應(yīng)力的考驗(yàn)。而PN之極性很小，吸水率極低，且添加量又在20%bywt以上，事實(shí)上已經(jīng)大幅改變了環(huán)氧樹(shù)脂的線狀本性，而另具酚醛樹(shù)脂的立體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，因而強(qiáng)熱中已不易發(fā)生裂解了 。

圖9、（左）經(jīng)Dicy硬化之A板，經(jīng)過(guò)回焊曲線 2 的兩次回焊后，在孔邊發(fā)現(xiàn)的爆板情沉。

其開(kāi)裂多出自于樹(shù)脂與玻纖之介面間，并由此圖也可見(jiàn)到PTH所展現(xiàn)的鉚釘效果。

圖10、（右）此為A板在BGA腹底通孔附近的爆板情形，但卻是經(jīng)由PN硬化的板材，

系採(cǎi)用回焊曲線2經(jīng)過(guò)5次回焊后，才發(fā)現(xiàn)樹(shù)脂與玻纖之間的開(kāi)裂，成績(jī)比Dicy已大有進(jìn)步。

三、第三次試做與試焊

（一）、試驗(yàn)之淮備

第三度試驗(yàn)時(shí)，已將板材全數(shù)改為硬化型，而且還特別將PCB的流程加以改善。也就是為了無(wú)鉛回焊的良率更好起見(jiàn)，刻意將所有完工的內(nèi)層板都在110 ℃烘烤3小時(shí)，外層板在除膠渣后則另置于150℃中烘烤4小時(shí)，至于表面處理方面，該22層的八板是採(cǎi)用電鍍鎳金而非ENIG。此次共做了6批每批共有15片板子，而且還在回焊前又刻意將其6片板子置于125℃中再烤24小時(shí)。另外6片板子則回焊前刻意不進(jìn)行烘烤，以做為效果的對(duì)比。且該兩批中還各取兩片板子分別進(jìn)行：漂錫熱應(yīng)力試驗(yàn)，Tg的量測(cè)，T260/T288試驗(yàn)，以及採(cǎi)回焊曲線2模擬回焊。此次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)焊前烘烤與未烤兩類(lèi)PN硬化的板子，經(jīng)過(guò)12次模擬回焊后均未出現(xiàn)爆板。

表4、六批考試板其PCB流程的改善與強(qiáng)化

（二）、結(jié)果之討論

現(xiàn)整理上述六批板子的試驗(yàn)結(jié)果并討論如下：參六批PN硬化的板子，不管其PCB流程中有否執(zhí)行兩次烘烤，均可通過(guò)12次的模擬回焊。參回焊前曾用三種方法分別測(cè)試Tg1與Tg 2之△T ，雖然發(fā)現(xiàn)各△T仍有1-8℃的差異，但12次回焊后其△T的確都已變小很多。即表示原始樹(shù)脂的硬化程度已十分良好，此硬化度與壓合製程以及壓合后烘烤都有著直接關(guān)系。

●由于Tg2仍高于Tg1 ，此即說(shuō)明板材中之樹(shù)脂尚未出現(xiàn)裂解的徵兆。

●12次回焊后再進(jìn)行T288測(cè)試，發(fā)現(xiàn)所得數(shù)據(jù)并不低于焊前之讀値，此亦可解讀為樹(shù)脂尚未出現(xiàn)裂解的証據(jù)。

●經(jīng)過(guò)三次與六次漂錫均全數(shù)過(guò)關(guān)，未出現(xiàn)任何起泡與爆板，雖然切片上也出現(xiàn)由于CTE不匹配的孔環(huán)浮起，與體積收縮的樹(shù)脂縮陷（尚未超過(guò)孔長(zhǎng)的20%），但此等均為強(qiáng)熱所必然發(fā)生的現(xiàn)象，只要板材切片中尚未出現(xiàn)微裂，一般均可視為尚可允收的小瑕疵。

圖11、（左）此為表4之第二批兩次烘烤者， 經(jīng)過(guò)12次回焊后于大銅面區(qū)見(jiàn)到的畫(huà)面，并未發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂。

圖12、（右）此為表4之第4批內(nèi)烤外來(lái)烤者，經(jīng)12次回焊后在BGA腹底多孔區(qū)見(jiàn)到的切片畫(huà)面，亦未出現(xiàn)開(kāi)裂。

圖13、（左）此為表4之第6批內(nèi)外均未烤者，經(jīng)過(guò)12次回焊后并未出現(xiàn)爆板，甚至連樹(shù)脂縮陷與孔環(huán)浮離也未發(fā)生的精采畫(huà)面。

圖14、（右）此為表4第6批內(nèi)均未烤者，經(jīng)3次漂錫后，均未出現(xiàn)板材開(kāi)裂與孔銅拉斷等問(wèn)題，樹(shù)脂縮陷也未超過(guò)孔長(zhǎng)的20% 。

圖15、（左）此為第5批內(nèi)均未烤者，經(jīng)6次漂錫亦未出現(xiàn)板材開(kāi)裂與孔銅拉斷，但樹(shù)脂縮陷則仍然存在。

圖16、（右）此為第4批內(nèi)烤外未烤者經(jīng)過(guò)6次漂錫后，出現(xiàn)孔環(huán)浮離之缺失。

圖17、（左）此片板子之大銅面區(qū)已通過(guò)20次無(wú)鉛回焊的考驗(yàn)，尚未發(fā)現(xiàn)板材的開(kāi)裂。

圖18、（右）此板亦通過(guò)20次無(wú)鉛回焊考驗(yàn)，即使BGA腹底多孔區(qū)亦未出現(xiàn)板材的開(kāi)裂，甚至連樹(shù)脂縮陷亦未發(fā)現(xiàn)。

山東芯演欣電子科技發(fā)展有限公司    聯(lián)系電話：18865375835