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HDI-PCB十大质量问题与对策

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PCB十大质量问题与对策
HDI线路板漫长的生产流程，诸多的控制点，一招不慎，板子就坏。PCB的质量问题层出不穷也是业界一直头疼的问题，一片板子有问题，贴上去的绝大部分器件就得一起报废。可恨的是，这些问题通过进料检验（IQC)还发现不了。而更让人烦躁的是，很多问题供应商还能跟你东拉西扯，改善进展缓慢，交货问题不断。
笔者收集了PCB经常出现的一些质量问题，整理柏拉图如下：

除了上述问题外，还有一些潜在风险较大的问题，笔者一共整理了十大问题，在此列出并附上一些处理的经验，与诸君分享：
1.【分层】
分层是PCB的老大难问题了，稳居常见问题之首。其发生原因大致可能如下：
（1）包装或保存不当，受潮；
（2）保存时间过长，超过了保存期，PCB板受潮；
（3）供应商材料或工艺问题；
（4）设计选材和铜面分布不佳。
受潮问题是比较容易发生的，就算选了好的包装，工厂内也有恒温恒湿仓库，可是运输和暂存过程是控制不了的。笔者曾“有幸”参观过一个保税仓库，温湿度管理是别指望了，房顶还在漏水，箱子是直接呆在水里的。不过受潮还是可以应对的，真空导电袋或者铝箔袋都可以不错地防护水汽侵入，同时包装袋里要求放湿度指示卡。如果在使用前发现湿度卡超标，上线前烘烤一般可以解决，烘烤条件通常是120度，4H。
如果是供应商处材料或工艺发生问题，那报废的可能性就比较大了。常见的可能原因包括：棕（黑）化不良，PP或内层板受潮，PP胶量不足，压合异常等。为了减少这种情况的问题发生，需要特别关注PCB供应商对对应流程的管理和分层的可靠性试验。以可靠性试验中的热应力测试为例，好的工厂通过标准要求是5次以上不能分层，在样品阶段和量产的每个周期都会进行确认，而普通工厂通过标准可能只是2次，几个月才确认一次。而模拟贴装的IR测试也可以更多地防止不良品流出，是优秀PCB厂的必备。
当然设计公司本身的PCB设计也会带来分层的隐患。例如板材Tg的选择，很多时候是没有要求的，那PCB厂为了节约成本，肯定选用普通Tg的材料，耐温性能就会比较差。在无铅成为主流的时代，还是选择Tg在145°C以上的比较安全。另外空旷的大铜面和过于密集的埋孔区域也是PCB分层的隐患，需要在设计时予以避免。
2.【焊锡性不良】
焊锡性也是比较严重的问题之一，特别是批量性问题。其可能发生原因是板面污染、氧化，黑镍、镍厚异常，防焊SCUM（阴影），存放时间过长、吸湿，防焊上PAD，太厚（修补）。
污染和吸湿问题都比较好解决，其他问题就比较麻烦，而且也没有办法通过进料检验发现，这时候需要关注PCB厂的制程能力和质量控制计划。比如黑镍，需要看PCB厂是不是化金外发，对自己的化金线药水分析频率是否足够，浓度是否稳定，是否设置了定期的剥金试验和磷含量测试来检测，内部焊锡性试验是否有良好执行等。如果都能做好，那发生批量问题的可能性就非常小了。而防焊上PAD和修补不良，则需要了解PCB供应商对检修制定的标准，检验员和检修人员是否有良好的考核上岗制度，同时明确定义焊盘密集区域不能进行修补（如BGA和QFP）。
3.【板弯板翘】
可能导致板弯板翘的原因有：供应商选材问题，生产流程异常，重工控制不良，运输或存放不当，折断孔设计不够牢固，各层铜面积差异过大等。最后2点设计上的问题需要在前期进行设计评审予以避免，同时可以要求PCB厂模拟贴装IR条件进行试验，以免出现过炉后板弯的不良。对于一些薄板，可以要求在包装时上下加压木浆板后再进行包装，避免后续变形，同时在贴片时加夹具防止器件过重压弯板子。
4.【刮伤、露铜】
刮伤、露铜是最考验PCB厂管理制度和执行力的缺陷。这问题说严重也不严重，不过确实会带来质量隐忧。很多PCB公司都会说，这个问题很难改善。笔者曾经推动过多家PCB厂的刮伤改善，发现很多时候并不是改不好，而是要不要去改，有没有动力去改。凡是认真去推动专案的PCB厂，交付的DPPM都有了显著的改善。所以这个问题的解决诀窍在于：推、压。
5.【阻抗不良】
PCB的阻抗是关系到手机板射频性能的重要指标，一般常见的问题是PCB批次之间的阻抗差异比较大。由于现在阻抗测试条一般是做在PCB的大板边，不会随板出货，所以可以让供应商每次出货时付上该批次的阻抗条和测试报告以便参考，同时还要求提供板边线径和板内线径的对比数据。
6.【BGA焊锡空洞】
BGA焊锡空洞可能导致主芯片功能不良，而且可能在测试中无法发现，隐藏风险很高。所以现在很多贴片厂都会在贴件后过X-RAY进行检查。这类不良可能发生的原因是PCB孔内残留液体或杂质，高温后汽化，或者是BGA焊盘上激光孔孔型不良。所以现在很多HDI板要求电镀填孔或者半填孔制作，可以避免此问题的发生。
7.【防焊起泡/脱落】
此类问题通常是PCB防焊过程控制出现异常，或是选用防焊油墨不适合（便宜货、非化金类油墨、不适合贴装助焊剂），也可能是贴片、重工温度过高。要防止批量问题发生，需要PCB供应商制定对应的可靠性测试要求，在不同阶段进行控制。
8.【塞孔不良】
塞孔不良主要是PCB厂技术能力不足或者是简化工艺造成的，其表现为塞孔不饱满，孔环有露铜或者假性露铜。可能造成焊锡量不足，与贴片或组装器件短路，孔内残留杂质等问题。此问题外观检验就可以发现，所以可以在进料检验就可以控制下来，要求PCB厂进行改善。
9.【尺寸不良】
尺寸不良的可能原因很多，PCB制作流程中容易产生涨缩，供应商调整了钻孔程序 / 图形比例 / 成型CNC程序，可能造成贴装容易发生偏位，结构件配合不好等问题。由于此类问题很难检查出来，只能靠供应商良好的流程控制，所以在供应商选择时需要特别关注。
10.【甲凡尼效应】
甲凡尼效应也就是高中化学中学习的原电池反应，出现在选择性化金板的OSP流程。由于金和铜之间的电位差，在OSP的处理流程中与大金面相连的铜焊盘会不断失去电子溶解成2价铜离子，导致焊盘变小，影响后续元器件贴装及可靠性。
这一问题虽然不常发生，在柏拉图中未曾出现，不过一旦出现就是批量性问题。手机PCB制作有经验的板厂都会通过电脑软件筛选出此部分焊盘，在设计时预先补偿，并且在OSP流程中设定特别的重工条件和限制重工次数，避免问题发生。所以这一问题可以在审核板厂时提前确认。
以上问题并没有把短路/开路列入，因为这个是PCB最基本问题，哪家板厂都避免不了，主要就是看谁的制程良率比较高，防错比较好，修补标准比较严，PPM控制得比较低了。笔者接触过很多PCB供应商，比较有趣的是，并不是设备很好、管理制度很严格的工厂交付的PPM就一定低，有些设备陈旧、工作气氛轻松的老厂表现说不定更好，看来操作人员的工作心情，对PCB的质量来说也是非常重要的。