一、前言

　　PCB之组装制程主要分为两种，表面黏着技术（SMTsolder）及传统波焊过锡炉（wavesolder）。在民国81年前不论SMT或wavesolder全部都使用CFC为溶剂将助焊剂洗掉，自从1996年1月1日禁产CFC后，wavesolder制程已由CFC改用HCFC、水洗及免洗；但在SMTsolder方面，超过7成以上业者已改成免洗制程。

　　SMT技术之主要制程是在PCB之焊垫上印上锡膏后，将SMT零件放在锡膏上，再经过高温reflow把SMT零件焊在PCB上面。以往用CFC溶剂清洗flux，如此不会影响焊点及电性。但在免洗制程中SMT锡膏之助焊能力不能太强，否则会增加两个相近零件之表面绝缘阻抗，而使漏电流变大，致整个电子系统无法正常运作，严重者可能会腐蚀锡点。所以使用免洗flux于SMT时需做SIR（表面绝缘阻抗）测试。其方法是将锡膏印在IPC-B-25标准测试板，经过reflow之后放在85℃，85%RH及加50V电压于恒温恒湿箱内，经过168小时之后观察其阻抗，若大于108Ω即合格。

　　由此可知SMT所用于锡膏内flux之活性不能太强，为弥补SMT技术之flux助焊能力不足，必须从其他方面着手才能使免洗SMT制程良率和以前CFC清洗flux一样好。本文主要提出改善钢板品质来增加免洗SMT制程之良率。

 

二、钢板生产方法

　　目前国内生产钢板（stensile）的厂商约十几家，主要生产方法有化学蚀刻法及雷射蚀刻法两种，其中以化学蚀刻法最多，主要原因可能是技术较成熟，设备便宜及生产速率较快。而雷射蚀刻是利用一束束的小雷射光，将钢板再开口地方去掉，每处理一个孔约花2-3秒的时间，因此若一个基板有5,000个孔时，所需时间将超过3小时，估计一天祗能生产8片，如此生产速率慢且不合经济效率。若使用较大束的雷射，生产速度快，但孔内壁就会较粗糙。化学蚀刻法是利用氯化铁来蚀刻钢板，在没有光阻地方就会被蚀刻一个洞，因其从两面同时蚀刻，所以钢板内部多少会有undercut的现象，如图1至8显示A、B、C及D工厂生产钢板之孔内壁的形状，其倍率分别为50倍及500倍。这些钢板为现在生产PC-586及P6之主机板208pinQFP之孔。

 

三、钢板的形状

　　图1至4中，箭头1及2为线距长度，箭头3及4为线宽长度，一般线宽长度愈大则印下去锡膏的量就愈多，而增加使焊锡性，但其缺点为减少线距的距离，即pin和pin的距离变短，此易造成表面绝缘阻抗下降，漏电流增加，严重者会形成短路。理论上208pin之线距及线宽的距离是相等的，约为9-10mil，但有时考量钢板内壁粗糙易黏锡膏，所以一般都将线宽予以放大，以确保印在bondingpad之锡膏量足够。下表列出A、B、C、及D工厂所做钢板之208pin线距及线宽，除了A工厂线距及线宽相等外，工厂B、C、D之线宽都大于线距。将线宽加大可改善锡膏黏着钢板内壁之情况，但线距变小易造成bondingpad之间表面绝缘阻抗增加及短路现象。此现象在更细的线宽及线距之345pin产品会更严重，所以这种产品若加大线宽来增加锡膏量可能会遭遇更大的困难。在图4的箭头6可发现D工厂所生产208pin之线宽末端有向下垂的现象，而在另一端并没有这种现象，此现象可能是显影制程不良，或蚀刻不是以输送带（conveyer）方式所造成的不对称。

 

单位（mil） A工厂B工厂C工厂D工厂备注

线距8.87.99.17.9 

线宽8.89.810.010.8 

 

四、钢板孔内壁之形状

　　钢板孔内之undercut及粗糙度结果显示于图5至8。从箭头5中可以清楚看出A工厂并没有明显之undercut现象，而B及C工厂有一点点undercut，但并不严重，较严重者为D工厂（图8）其孔壁表面有不规则之凹凸形状。除了undercut外，另一重要现象为表面粗糙度，从图5-8中可看出A、C工厂之钢板孔内粗糙度较B工厂细，B工厂之钢板明显有较粗的表面。而D工厂之钢板表面有凹凸形状故粗糙度不好，但其平行于钢板表面之细线纹与A及C工厂非常接近。为了更了解钢板内之粗糙度情况，本计画研究人员将钢板切开并旋转90度，再由SEM观察其俯视图，图9至10为A、B工厂之钢板cross-section之SEM2000X的像片，可看出A工厂钢板表面有些约1μm凹洞，但B工厂钢板表面有大约2μm凹孔及约6－10μm之凸出物，这些凸出物可能就是在图2造成表面粗糙的现象。因此从粗糙度不良的现象得知A、C工厂比B、D工厂好，再考量undercut时，显然A工厂所生产的钢板最好。

 

五、钢板生产条件控制

　　影响SMT技术的主要因素为钢板之表面粗糙度，而影响表面粗糙度的因素为钢板基材及生产制程。由SEM/WDS之定量分析A、B工厂钢板发现其成份及比例都相同，主成份为Fe（69%）、Ni及Cr，可见钢板成份与表面粗糙关系不大。其次再探讨钢材之结晶情况，从蚀刻情形看B工厂钢板之结晶有较粗糙现象，由此可推测钢板表面粗糙可能和结晶有关系。

　　此外，钢板生产制程中，A工厂使用显影制程之光阻剂为液态，其方式是先将一片片钢板个别放在密闭空间，再用氯化铁水溶液进行蚀刻，而B工厂所用之光阻剂为干膜（dryfilm）。另一关键是氯化铁蚀刻液的浓度及酸度，如控制不好可能产出不好的钢板。比较图5及11发现同为A工厂所生产之钢板，图5没有undercut而图11可明显看出有undercut现象，由此可说明undercut并不易控制，稍不小心就会产生不良钢板。在B工厂中比较图6及12，发现图12之粗糙度比图6严重很多。因此钢板进料时应进行检验。

 

六、结论

　　在SMT制程中要求钢板孔内壁没有undercut，主要原因是印刷时undercut会阻抗锡膏前进，使印下去锡膏的形状不清晰（sharp），同时也会减少锡膏之量，一般锡膏形状不清晰最明显可以见到锡膏外形凹凸不平，这种现象容易造成bondingpad（焊垫）之间表面绝缘阻抗的增加或短路。所以用刀片在两个焊垫之间画一下，可消除表面绝缘阻抗及短路之现象。

　　钢板孔内壁粗糙度不好，容易造成锡膏粉残留，所印下来锡膏的形状并不清晰，和前面undercut一样会产生较低之表面绝缘阻抗。

　　SMT焊接的好坏与钢板制造技术的关系很大，一般钢板开孔的要求是无undercut及孔壁平滑，另外考虑因素为钢板厚度及设计。当然好的钢板价钱就愈贵，基于经济的观点，如果线距不是很密，就不需要太贵的钢板，业者可依情况购买适合的钢板，但必须检验进料以确保其品质。

 

（资料整理：工研院电子所梁明况）