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介紹
PCB（即印刷電路板）對(duì)于大多數(shù)現(xiàn)代硬件至關(guān)重要。然而，它們?cè)谥圃爝^程中很容易出現(xiàn)缺陷。這些缺陷可能會(huì)導(dǎo)致 PCB 令人失望，并對(duì)產(chǎn)品執(zhí)行和穩(wěn)定的質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。
這本影響深遠(yuǎn)的指南分析了最主要的 PCB 制造沙漠，調(diào)查了其潛在驅(qū)動(dòng)因素，并針對(duì)有限的機(jī)會(huì)給出了可能的答案。PCB 由層疊在絕緣基板上的導(dǎo)電銅跡線組成。元件被焊接到板上以形成功能性電子電路。
在每個(gè)制造階段，可能會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)致成品電路板出現(xiàn)缺陷的問題。常見缺陷包括焊接、機(jī)械損壞、污染、尺寸不準(zhǔn)確、電鍍?nèi)毕?、?nèi)層未對(duì)準(zhǔn)、鉆孔問題和材料問題。
PCB 缺陷和質(zhì)量控制，當(dāng)我們努力保持高標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量和效率時(shí)，解決并盡量減少這些常見的 PCB 制造缺陷至關(guān)重要。
這些缺陷會(huì)導(dǎo)致電氣短路、開路、美觀性差、可靠性降低以及 PCB 完全故障。
常見的 PCB 制造缺陷
深入了解 PCB 缺陷的主要原因，使制造商能夠?qū)嵤┓€(wěn)健的過程控制和檢查方法，以最大限度地降低風(fēng)險(xiǎn)。本文探討了最常見的常見 PCB 制造缺陷、其根本原因以及潛在的解決方案。
在流程的早期檢測(cè)和解決缺陷對(duì)于減少?gòu)U品和避免最終產(chǎn)品的功能問題至關(guān)重要。與 PCB 制造商密切合作并傳達(dá)質(zhì)量和缺陷預(yù)防期望會(huì)帶來積極的成果。本指南涵蓋了通過設(shè)計(jì)、過程控制、檢查、培訓(xùn)和其他方法最大限度地減少缺陷的策略。
PCB缺陷的主要原因
設(shè)計(jì)缺陷和制造變異性是造成 PCB 缺陷的兩個(gè)主要原因。以下是常見 PCB 制造缺陷的幾個(gè)主要原因：
PCB 制造涉及許多復(fù)雜的步驟，包括設(shè)計(jì)、成像、蝕刻、鉆孔、電鍍、阻焊層應(yīng)用、絲網(wǎng)印刷、布線和組裝。如果控制不當(dāng)，多個(gè)變量可能會(huì)導(dǎo)致每個(gè)階段出現(xiàn)缺陷。掌握 PCB 缺陷的重要驅(qū)動(dòng)因素可以實(shí)施預(yù)防措施。
設(shè)計(jì)不當(dāng)
許多 PCB 缺陷源于設(shè)計(jì)問題。常見的與設(shè)計(jì)相關(guān)的原因包括走線之間的間距不足、鉆孔周圍的小環(huán)形圈、超出制造能力的銳走線角度以及制造工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)的細(xì)線或間隙的公差。
其他示例包括存在酸陷阱風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)稱圖案、可能因靜電放電而損壞的細(xì)跡線以及散熱問題。執(zhí)行全面的可制造性設(shè)計(jì) (DFM) 分析并遵守PCB 設(shè)計(jì)指南可以防止許多設(shè)計(jì)引起的缺陷。
讓制造工程師參與設(shè)計(jì)過程有助于評(píng)估可制造性。仿真和建模工具還可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界壓力的耐受性并識(shí)別問題區(qū)域。優(yōu)化可制造性設(shè)計(jì)是最大限度減少常見 PCB 制造缺陷的關(guān)鍵第一步。
污染
PCB 制造涉及使用許多可能導(dǎo)致污染的化學(xué)品和工藝。在制造過程中，PCB 很容易受到助焊劑殘留物、手指油、酸性電鍍液、顆粒碎片和清潔劑殘留物等物質(zhì)的污染。
污染物會(huì)帶來電氣短路、開路、焊接缺陷和長(zhǎng)期腐蝕問題的風(fēng)險(xiǎn)。保持生產(chǎn)區(qū)域極度清潔，執(zhí)行嚴(yán)格的污染控制，并防止人手接觸，最大限度地降低污染風(fēng)險(xiǎn)。員工有關(guān)正確處理程序的培訓(xùn)也至關(guān)重要。
材料缺陷
PCB 制造中使用的材料必須沒有固有缺陷。不合格的PCB 材料（例如低質(zhì)量層壓板、預(yù)浸料、箔片和其他組件）可能包含樹脂不足、玻璃纖維突出、針孔和結(jié)節(jié)等缺陷。
這些材料缺陷會(huì)融入最終的板材中并影響性能。確保所有材料均來自具有廣泛質(zhì)量控制的信譽(yù)良好的供應(yīng)商，有助于避免與材料相關(guān)的問題。還建議對(duì)進(jìn)料進(jìn)行檢查。
機(jī)械損壞
機(jī)械損壞PCB
PCB 是薄而易碎的組件，在制造過程中容易受到機(jī)械損壞。撞擊、劃痕、彎曲、凹痕和其他來源可能會(huì)造成身體傷害。PCB 在整個(gè)生產(chǎn)過程中會(huì)與許多表面、固定裝置和搬運(yùn)設(shè)備接觸。
精心設(shè)計(jì)的處理程序和固定裝置旨在最大限度地減少接觸點(diǎn)，有助于避免機(jī)械損壞。裝載、移動(dòng)和儲(chǔ)存 PCB 時(shí)，對(duì)員工進(jìn)行正確技術(shù)培訓(xùn)也很重要。在工藝步驟之間檢查電路板可以及早發(fā)現(xiàn)損壞。
工藝變化
如果關(guān)鍵參數(shù)超出控制范圍，正常的工藝變化可能會(huì)產(chǎn)生 PCB 缺陷。常見的例子包括蝕刻劑溫度不準(zhǔn)確、鉆孔速度偏離目標(biāo)、層壓未對(duì)準(zhǔn)以及存儲(chǔ)條件差。
使用統(tǒng)計(jì)方法監(jiān)控過程可以在偏離所需公差時(shí)進(jìn)行檢測(cè)?？刂茍D提供了可視化工具，可將制造過程維持在統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)，從而最大限度地減少與變異性相關(guān)的缺陷。
人為錯(cuò)誤
盡管盡了最大努力來防止這些錯(cuò)誤，但PCB 生產(chǎn)中人為錯(cuò)誤仍不可避免。機(jī)器操作員可能會(huì)將電路板誤裝到電鍍槽中、使用不正確的鉆頭尺寸、不正確地存儲(chǔ)成品電路板以及犯下其他錯(cuò)誤，從而損壞 PCB 或產(chǎn)生缺陷。
全面的培訓(xùn)計(jì)劃、詳細(xì)的工作說明、清單等工作輔助工具以及提高的自動(dòng)化程度都有助于減少人為錯(cuò)誤。通過機(jī)器設(shè)置的二次驗(yàn)證等項(xiàng)目進(jìn)行的冗余也可以在錯(cuò)誤影響最終產(chǎn)品之前容納錯(cuò)誤。?
常見的PCB制造缺陷
現(xiàn)在讓我們探討一些最常見的 PCB 制造缺陷：
制造過程中可能會(huì)出現(xiàn)各種潛在的 PCB 缺陷。對(duì)最普遍的制造問題的認(rèn)識(shí)使工廠能夠適當(dāng)?shù)仃P(guān)注檢查和過程控制工作。以下是一些最常見的 PCB 缺陷。
焊接缺陷
PCB 焊接缺陷
大多數(shù) PCB 缺陷源自將元件焊接到板上的組裝過程。常見的焊接缺陷包括：
焊接是一個(gè)關(guān)鍵的PCB 組裝過程，如果執(zhí)行不當(dāng)，很容易出現(xiàn)多種缺陷。實(shí)施嚴(yán)格的協(xié)議和檢查技術(shù)可以最大限度地減少與焊接相關(guān)的缺陷。常見的焊接問題包括橋接、空洞、冷接點(diǎn)、焊球、墓碑和潤(rùn)濕不足。
焊橋——當(dāng)焊料無(wú)意中連接了兩個(gè)應(yīng)保持電氣隔離的區(qū)域時(shí)，就會(huì)發(fā)生橋接?；亓髌陂g焊料過多和元件未對(duì)準(zhǔn)是常見原因。
焊料空洞——接頭內(nèi)缺少焊料的小間隙。降低機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性。這是由表面污染、潤(rùn)濕不良、焊料質(zhì)量差和熱量低引起的。
冷焊點(diǎn)——由于焊接過程中熱量不足而導(dǎo)致表面之間不完全潤(rùn)濕的焊點(diǎn)。增加電阻。
焊球——形成獨(dú)立塊的小焊球。它可能會(huì)導(dǎo)致短路。通常是由于熱風(fēng)回流焊過程中的飛濺造成的。
焊料不足——焊料量不足，接頭周圍形成焊角。導(dǎo)致連接不良和可靠性問題。
立碑現(xiàn)象——由于焊接過程中的熱不平衡，表面貼裝元件的一端在回流期間從電路板上翹起。
機(jī)械損壞
機(jī)械損壞是最常見的缺陷類別之一。PCB 會(huì)因以下原因而損壞：
PCB 薄而脆弱的特性使其在制造過程中容易因沖擊、劃痕、彎曲和其他原因而受到機(jī)械損壞。保持正確的處理程序和固定裝置可以最大限度地降低風(fēng)險(xiǎn)。常見的機(jī)械缺陷包括：
凹痕——PCB表面的局部凹陷，可能會(huì)導(dǎo)致銅破裂并降低走線間距。與物體的撞擊通常會(huì)導(dǎo)致劃痕——覆蓋材料被擦掉的區(qū)域，從而暴露出基材。它可能會(huì)影響間距并導(dǎo)致短路或開路。通常由接觸固定裝置引起。
翹曲——PCB 整體平整度的變形。影響焊接工藝和裝配。它是由熱應(yīng)力或不當(dāng)處理導(dǎo)致電路板彎曲而產(chǎn)生的。
裂紋——PCB基板和銅上的裂紋，會(huì)破壞電氣連接。當(dāng)彎曲應(yīng)力超過材料極限時(shí)形成。
孔洞——電路板完全刺穿，破壞電路。通常，（續(xù)）在搬運(yùn)過程中會(huì)與尖銳物體接觸。
碎裂——小碎片從 PCB 邊緣破裂，是由于存儲(chǔ)和搬運(yùn)過程中板之間的碰撞而造成的。
污染
PCB 制造會(huì)帶來多種污染機(jī)會(huì)：
許多污染物是在 PCB 制造過程中無(wú)意引入的。這些包括助焊劑殘留物、手指油、金屬顆粒、化學(xué)溶液、灰塵和其他碎片。污染會(huì)導(dǎo)致短路、焊接受損、漏電流和腐蝕。
助焊劑殘留物– 焊接組件后剩余的松香助焊劑。隨著時(shí)間的推移，可能會(huì)導(dǎo)致漏電。
手指油——因操作而沉積在 PCB 表面的皮膚油。干擾焊接并可能導(dǎo)致電化學(xué)遷移。
金屬顆?！练e在 PCB 上的微小金屬碎片。這可能會(huì)導(dǎo)致短路并阻礙焊接。
化學(xué)溶液——電鍍?nèi)芤?、溶劑和蝕刻劑，在板上干燥后留下殘留物。促進(jìn)腐蝕。
灰塵/碎片——生產(chǎn)過程中收集的顆粒。損害焊接、組裝和操作可靠性。
尺寸缺陷
PCB 必須滿足嚴(yán)格的尺寸公差。常見的準(zhǔn)確性問題：
保持嚴(yán)格的尺寸公差對(duì)于實(shí)現(xiàn)正確的 PCB 功能至關(guān)重要。常見的尺寸缺陷包括：
傾斜– 層之間的錯(cuò)位導(dǎo)致內(nèi)層移位。它會(huì)產(chǎn)生短路或開路。
圖案重合失調(diào)– 層未正確對(duì)齊，導(dǎo)致孔等特征未正確對(duì)齊。
孔未對(duì)準(zhǔn)– 鉆孔位置與預(yù)期位置不正確。妨礙正確組裝。
孔不對(duì)中
環(huán)形環(huán)- 鉆孔周圍的環(huán)形環(huán)尺寸根據(jù)規(guī)格不正確 - 影響孔壁粘附力。
超出公差的特征– 痕跡、空間、孔和其他超過指定公差的特征。這可能會(huì)造成短路或可靠性問題。
電路板翹曲——總體而言，PCB 的翹曲超出了允許的平整度公差。這使得組裝變得困難。
電鍍?nèi)毕?/p>
高質(zhì)量的PCB電鍍至關(guān)重要。典型的電鍍?nèi)毕荩?/strong>
PCB 上的電鍍必須一致且無(wú)缺陷，以實(shí)現(xiàn)正確的電氣連接和焊接。常見的電鍍?nèi)毕莅ǎ?/p>
結(jié)節(jié)——鍍銅表面的孤立凸塊。在嚴(yán)重的情況下，它可以彌補(bǔ)導(dǎo)致短路的間隙。
凹坑——鍍層中的小空隙和凹陷。導(dǎo)致焊料潤(rùn)濕不良和接頭不可靠。
附著力差——鍍層需要正確附著在板表面上。長(zhǎng)期導(dǎo)致剝落和可靠性問題。
暗淡的鍍層——無(wú)光澤的鍍層，質(zhì)地粗糙、暗淡，而不是光滑的光澤。表明電鍍質(zhì)量不合格。
鍍層薄——鍍層比規(guī)格要求的薄。在電力負(fù)載下它會(huì)磨損得更快。
鉆孔缺陷
正確的 PCB 鉆孔至關(guān)重要。鉆孔缺陷包括：
鉆孔必須具有優(yōu)良的質(zhì)量，以實(shí)現(xiàn)層之間的正確連接。常見鉆孔缺陷：
破裂——鉆孔周圍有突出的玻璃纖維破裂。影響連接。
污跡——鉆孔后孔周圍的樹脂殘留物。它會(huì)阻礙鍍層附著力。
畸形孔——圓度或直徑不完美的孔。導(dǎo)致連接不良。
毛刺——孔邊緣粗糙，會(huì)降低電鍍質(zhì)量。
孔位置– 孔中心不正確。妨礙正確的組裝和連接。
過孔樁——僅部分穿過介電層的盲孔和埋孔。
預(yù)防常見 PCB 制造缺陷的解決方案
有很多方法可以降低 PCB 缺陷的風(fēng)險(xiǎn)：
雖然 PCB 缺陷永遠(yuǎn)無(wú)法消除，但有多種策略可以最大限度地減少其發(fā)生：
可制造性設(shè)計(jì) (DFM) 分析
在設(shè)計(jì)階段執(zhí)行 DFM 分析可識(shí)別可能難以可靠制造的功能。設(shè)計(jì)人員可以在電路板制造開始之前修改布局以消除這些可制造性風(fēng)險(xiǎn)。
讓 PCB 制造商的工程師參與設(shè)計(jì)過程可確保將制造知識(shí)融入到設(shè)計(jì)中。仿真和建模工具還驗(yàn)證設(shè)計(jì)能否承受現(xiàn)實(shí)世界的壓力并滿足規(guī)格。
過程控制
實(shí)施穩(wěn)健的過程控制對(duì)于最大限度地減少制造變異性導(dǎo)致的 PCB 缺陷至關(guān)重要。統(tǒng)計(jì)過程控制 (?SPC?) 技術(shù)可以連續(xù)監(jiān)控關(guān)鍵過程參數(shù)，以檢測(cè)它們何時(shí)偏離既定的控制限值。控制圖提供了可視化工具來保持制造過程的統(tǒng)計(jì)穩(wěn)定性。
一些需要控制的關(guān)鍵流程包括：
蝕刻 – 監(jiān)控蝕刻劑溫度、傳送帶速度和溶液化學(xué)成分可確保最佳蝕刻質(zhì)量。檢測(cè)這些漂移何時(shí)超出可接受的范圍可以最大限度地減少蝕刻不足/過度蝕刻。
層壓 – 控制參數(shù)，如施加的壓力、溫度梯度和對(duì)準(zhǔn)停止層重合失調(diào)和歪斜缺陷。
鉆孔 – 鉆頭磨損、孔尺寸、孔位置、表面光潔度和漏孔的過程測(cè)量可減少鉆孔問題。
電鍍 – 跟蹤電鍍厚度、附著力測(cè)試、表面粗糙度和溶液化學(xué)成分，盡早發(fā)現(xiàn)電鍍問題。
阻焊層——控制涂層厚度、固化時(shí)間、粘度和附著力可防止阻焊層缺陷。
焊接——監(jiān)控曲線、峰值溫度一致性和潤(rùn)濕質(zhì)量確保焊點(diǎn)堅(jiān)固無(wú)缺陷。
必須在每個(gè)流程步驟中識(shí)別和監(jiān)控影響質(zhì)量的關(guān)鍵輸入因素。統(tǒng)計(jì)過程控制提供了測(cè)量每個(gè)板上的這些輸入的工具，并在它們超出定義的控制限制時(shí)進(jìn)行可視化。
操作員培訓(xùn)
對(duì)機(jī)器操作員進(jìn)行廣泛的培訓(xùn)對(duì)于減少導(dǎo)致 PCB 缺陷的人為錯(cuò)誤至關(guān)重要。工人應(yīng)該擁有適當(dāng)?shù)赝瓿善渲圃旃ぷ鞯?a target="_blank">信息和能力，而不會(huì)出現(xiàn)任何缺陷。培訓(xùn)應(yīng)涵蓋：
設(shè)備操作 – 正確的機(jī)器裝載/卸載、啟動(dòng)/關(guān)閉、校準(zhǔn)、預(yù)防性維護(hù)和參數(shù)調(diào)整程序。動(dòng)手演示可確保熟練程度。
處理技術(shù)——精致的 PCB 處理方法，以避免劃傷、跌落、邊緣碰撞、彎曲和其他損壞源。使用防護(hù)架、手套和潔凈室協(xié)議。
視覺標(biāo)準(zhǔn)——檢測(cè)細(xì)微的 PCB 缺陷涉及識(shí)別技能。檢查員需要標(biāo)準(zhǔn)來顯示缺陷類型，例如電鍍結(jié)節(jié)、焊料空洞、污染等。
缺陷識(shí)別——除了視覺技能之外，還提供電氣測(cè)試和檢查方法方面的培訓(xùn)，以可靠地識(shí)別 PCB 缺陷。查明根本原因的診斷技能。
污染控制——污染風(fēng)險(xiǎn)以及防止手指油、化學(xué)殘留物、顆粒、纖維等在處理過程中接觸 PCB 的方法。
ESD 控制 – 靜電危害、正確使用腕帶、鞋接地、接地設(shè)備以及安全 PCB 處理以避免靜電放電損壞。
正式的認(rèn)證計(jì)劃通過測(cè)試來驗(yàn)證操作員的資格。這確保每個(gè)員工在獨(dú)立工作之前滿足知識(shí)要求。定期重新認(rèn)證和進(jìn)修課程可強(qiáng)化技能。
檢查
在多個(gè)制造階段對(duì) PCB 進(jìn)行徹底檢查對(duì)于在缺陷增加之前及早發(fā)現(xiàn)缺陷至關(guān)重要。應(yīng)同時(shí)使用自動(dòng)檢查系統(tǒng)和人工目視檢查。標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法包括：
自動(dòng)光學(xué)檢測(cè) (AOI) – 使用相機(jī)對(duì) PCB 進(jìn)行成像，并使用復(fù)雜的算法來識(shí)別人眼無(wú)法檢測(cè)到的缺陷。檢查焊料橋接、潤(rùn)濕不足、引線翹起和污染情況。
X 射線檢測(cè) – X 射線成像可以識(shí)別焊點(diǎn)中的空洞、通孔堵塞和元件定位錯(cuò)誤等缺陷。對(duì)于發(fā)現(xiàn)隱藏的缺陷特別有用。
飛針測(cè)試 – 使用探針檢查 PCB 是否存在電氣短路和開路。檢測(cè)外部不可見的斷開連接和損壞。
為了確保清潔度，離子清潔度測(cè)試 – 測(cè)量 PCB 表面上助焊劑、手指油和其他污染物的離子殘留物。
焊膏檢查——檢查焊膏沉積物的體積、偏移、塌陷和橋接是否正確。
目視檢查 – 由經(jīng)過培訓(xùn)的質(zhì)量技術(shù)人員在放大鏡下進(jìn)行手動(dòng)目視檢查，以檢測(cè)表面缺陷。
在每個(gè)主要制造步驟（成像、蝕刻、AOI、ICT、FPT等）進(jìn)行頻繁檢查，盡早發(fā)現(xiàn)缺陷。這允許返工或報(bào)廢有缺陷的電路板，而不是進(jìn)一步傳播問題。
污染控制
實(shí)施嚴(yán)格的污染控制對(duì)于防止顆粒、化學(xué)和 ESD 相關(guān)的 PCB 缺陷至關(guān)重要。方法包括：
清潔——所有濕法工藝步驟之間的徹底清潔可防止化學(xué)物質(zhì)和碎屑積聚在電路板上。超聲波清洗與去離子水沖洗相結(jié)合，可有效去除殘留物。
ESD 協(xié)議 – 腕帶、ESD 安全鞋、防靜電地板、接地工作表面、電離器和濕度控制可防止操作過程中的靜電放電損壞。
覆蓋——在不進(jìn)行主動(dòng)加工時(shí)，用蓋子或泡沫板覆蓋板材，可以防止環(huán)境顆粒沉積在表面上。
手套——所有 PCB 處理都必須使用不起毛的手套，以防止裸手接觸電路板時(shí)出現(xiàn)油污和顆粒物。經(jīng)常更換手套可保持清潔。
層流罩 – 層流罩中的組裝和檢查使用過濾氣流來阻止污染物接觸 PCB。
潔凈室——最終的污染控制環(huán)境。HEPA 過濾器可去除空氣中的顆粒，而粘性墊子則可困住鞋子。人員著裝程序保持清潔。
培訓(xùn)——對(duì)員工進(jìn)行有關(guān)污染風(fēng)險(xiǎn)、清潔方法、正確處理技術(shù)和污染預(yù)防的教育至關(guān)重要。
檢查——離子清潔度測(cè)試經(jīng)常驗(yàn)證 PCB 是否符合清潔度規(guī)范。確定何時(shí)需要改進(jìn)流程。
清潔、受控的環(huán)境對(duì)于消除與污染相關(guān)的缺陷至關(guān)重要。徹底的登機(jī)處理程序和培訓(xùn)可保持 PCB 的清潔度。污染控制必須被視為涵蓋材料、機(jī)器、員工和設(shè)施的集成系統(tǒng)。
可追溯性
通過旅行者或 MES 軟件維護(hù)詳細(xì)記錄，可以在發(fā)生缺陷時(shí)通過生產(chǎn)流程和材料追溯 PCB，以查明根本原因。
可追溯性提供故障分析所需的數(shù)據(jù)。機(jī)器參數(shù)、測(cè)試結(jié)果、圖像和材料批次的記錄有助于故障排除。
冗余和防錯(cuò)
構(gòu)建冗余可以容納不可避免的人為錯(cuò)誤，例如機(jī)器設(shè)置的二次驗(yàn)證和比較Gerber 文件。
通過檢查表、確認(rèn)提示和流程標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行防錯(cuò)，減少影響質(zhì)量的操作員錯(cuò)誤。
結(jié)論
由于設(shè)計(jì)和制造因素，PCB 制造中會(huì)出現(xiàn)缺陷。了解最常見的 PCB 缺陷使工廠能夠?qū)Ｗ⒂谟嗅槍?duì)性的預(yù)防和檢查工作。基本預(yù)防原則是執(zhí)行設(shè)計(jì)分析、嚴(yán)格控制流程、培訓(xùn)操作員、徹底檢查、保持清潔、跟蹤板和防錯(cuò)原則。
審核編輯：黃飛
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工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論