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PCB开路原因及其应对措施

    PCB线路开路、短路是各PCB生产厂家几乎每天都会遇到的问题，一直困扰着生产、品质管理人员，造成出货数量不足而补料，影响准时交货，导致客户抱怨，是业内人士比较难解决的问题。本人在PCB制造行业已经有20多年的工作经历，主要从事生产管理、品质管理、工艺管理和成本控制等方面的工作。对于PCB开路、短路问题的改善积累了一些经验，现形成文字以作总结，提供同行们讨论，并期待对于管理生产、品质的同行们能够作为参考之用。

　　现将造成PCB开路的原因分析和改善方法分类列举如下:

一、露基材造成的开路
　　1.1造成原因
　　（1）覆铜板进库前就有划伤现象。
　　（2）覆铜板在开料过程中的被划伤。
　　（3）覆铜板在钻孔时被钻头划伤。
　　（4）覆铜板在转运过程中被划伤。
　　（5）沉铜后堆放板时因操作不当导致表面铜箔被碰伤。
　　（6）生产板在过水平机时表面铜箔被划伤。

　　1.2改善方法
　　（1）覆铜板在进库前IQC一定要进行抽检，检查板面是否有划伤露基材现象，如有应及时与供应商联系，根据实际情况，作出恰当的处理。
　　（2）覆铜板在开料过程中被划伤，主要原因是开料机台面有硬质利器物存在，开料时覆铜板与利器物磨擦而造成铜箔划伤形成露基材的现象，因此开料前必须认真清洁台面，确保台面光滑无硬质利器物存在。
　　（3）覆铜板在钻孔时被钻头划伤，主要原因是主轴夹咀被磨损或夹咀内有杂物没有清洁干净，抓钻头时抓不牢，钻头没有上到顶部，比设置的钻头长度稍长，钻孔时抬起的高度不够，机床移动时钻头尖划伤铜箔而形成露基材的现象。
　　①可以通过抓刀记录的次数或根据夹咀的磨损程度，进行更换夹咀。
　　②按作业规程定期清洁夹咀，确保夹咀内无杂物。
　　（4）板材在转运过程中被划伤。
　　①搬运时搬运人员一次性提起的板量过多、重量太重，板在搬运时不是抬起，而是顺势拖起，造成板角和板面摩擦而划伤板面。
　　②放下板时因没有放整齐，为了重新整理好而用力去推板，造成板与板之间摩擦而划伤板面。
　　（5）沉铜后、全板电镀后堆放板时因操作不当被划伤，沉铜后、全板电镀后储存板时，由于板叠在一起再放下，板有一定数量时，重量也不轻，板角向下且加上有一个重力加速度，形成一股强大的冲击力撞击在板面上，造成板面划伤露基材。
　　（6）生产板在过水平机时被划伤。
　　①磨板机的挡板有时会接触到板面上，且挡板边缘又不平整有利器物凸起，过板时板面被划伤。
　　②不锈钢传动轴，因损伤成尖状物体，过板时划伤铜面而露基材。

　　综上所述，对于在沉铜以后的划伤露基材现象，如果在线路上是以开路或线路缺口的形式表现出来，容易判断；如果是在沉铜前出现的划伤露基材，又是在线路上时，经沉铜后又沉上了一层铜，线条的铜箔厚度明显减小，后面开路、短路测试时是难于检测出来的，这样客户使用时可能会因耐不住过大的电流而造成线路被烧断，潜在的质量问题和所导致的经济损失是相当大的。

二、孔壁未镀覆金属造成开路
　　2.1形成原因
　　（1）孔壁未沉积上铜。
　　（2）孔内有油造成孔壁未金属化。
　　（3）微蚀过度造成孔壁未金属化。
　　（4）电镀不良造成孔壁未金属化。
　　（5）钻头烧孔或粉尘堵孔造成孔壁未金属化。

　　2.2改善措施
　　（1）孔壁未沉积上铜。
　　①整孔剂造成的孔壁未沉积上铜。是因整孔剂的化学浓度不平衡或失效，整孔剂的作用是调整孔壁上绝缘基材的电性，以利于后续吸附钯离子，确保化学铜覆盖完全，如果整孔剂的化学浓度不平衡或失效，会导致孔壁未沉积上铜。
　　②活化剂。主要成份是P d、有机酸、亚锡离子及氯化物。孔壁要有金属钯均匀沉积上，就必须要控制好各方面的参数符合要求，以我们现用的活化剂为例：
　　（A）温度控制在35℃~4 4℃，温度低了造成钯沉积上去的密度不够，造成化学铜覆盖不完全；温度高了因反应过快，材料成本增加。
　　（B）浓度比色控制在8 0%~10 0%，如果浓度低了造成钯沉积上去的密度不够，化学铜覆盖不完全，浓度高了因反应过快，材料成本增加。
　　（C）在生产过程中要维护好活化剂的溶液，如果污染程度较严重，会造成孔壁沉积的钯不致密，导致后续化学铜覆盖不完全。
　　③加速剂。主要成份是有机酸，是用以去除孔壁吸附的亚锡和氯离子化合物，露出后续反应的催化金属钯。我们现在用的加速剂，化学浓度控制在0.35N~0.50N，如果浓度高了把金属钯都去掉了，导致后续化学铜覆盖不完全；如果浓度低了，去除孔壁吸附的亚锡和氯离子化合物效果不良，导致后续化学铜覆盖不完全。
　　④化学铜参数的控制是关系到化学铜覆盖好坏的关键，以我公司目前所使用的药水参数为例：
　　（A）温度控制在25℃~3 2℃，温度低了药液活性不好，造成孔壁未能沉积上铜；如果温度超过3 8℃时，因药液反应快，铜离子释出也快，造成板面铜粒而返工甚至报废，这样沉铜药液要立即进行过滤，否则药液有可能造成报废。
　　（B）Cu2+控制在1.5g/L~3.0g/L，Cu2+含量低了药液活性不好，造成孔金属化不良；如果浓度超过3.5g/L时，因药液反应快，铜离子释出也快，造成板面铜粒而返工甚至报废，这样沉铜药液要立即进行过滤，否则药液有可能造成报废。Cu2+控制主要通过添加沉铜A液进行控制。
　　（C）NaOH控制在10.5g/L~13.0g/L为宜，NaOH含量低了药液活性不好，造成孔金属化不良。NaOH控制主要通过添加沉铜B液进行控制，B液内含有药液的稳定剂，正常情况下A液和B液是1∶1进行补充添加的。
　　（D）HCHO控制在4.0g/L~8.0g/L，HCHO含量低了药液活性不好，造成金属化孔不良，如果浓度超过8.0g/L时，因药液反应快，铜离子释出也快，造成板面铜粒而返工甚至报废，这样沉铜药液要立即进行过滤，否则药液有可能造成报废。
　　HCHO控制主要通过添加沉铜C液进行控制，A液内也含有H C H O的药液成分，所以添加H C H O时，先要计算好补充A液时的H C H O浓度升高量。
　　（E）沉铜的负载量控制在0.15ft2/L~0.25ft2/L，负载量低了药液活性不好，造成孔金属化不良；如果负载量超过0.25ft2/L时，因药液反应快，铜离子释出也快，造成板面铜粒而返工甚至报废，这样沉铜药液要立即进行过滤，否则药液有可能造成报废。生产时第一缸板必须要用铜板进行拖缸，使沉铜药液的活性激活起来，便于后续沉铜产品的反应，确保孔内化学铜的致密度和提高覆盖率。建议：为了达到以上各项参数的平衡和稳定，沉铜缸添加A液、B液，应配置一台自动加料机，以更好地控制各项化学成份；同时温度也采用自动控制装置使沉铜线溶液的温度处于受控状态。
　　（2）孔内残留有油墨造成孔壁未沉积上铜。
　　①丝印湿膜时印一块板刮一次网底，确保网底没有堆油墨现象存在，正常情况下就不会孔内有残留湿膜油墨的现象。
　　②丝印湿膜时使用的是68T~77T网版，如果用错了网版，如≤5 1 T时，孔内有可能漏入湿膜油墨，显影时孔内的油墨有可能显影不干净，电镀时就会镀不上金属层而造成孔末金属化。如果网目高了，有可能因油墨厚度不够，在电镀时抗镀膜被电流击破，造成电路间很多金属点甚至导致短路。
　　（3）粗化过度造成孔末金属化。
　　①线路前如果是采用化学粗化板面的话，对粗化溶液的温度、浓度、粗化时间等参数要控制好，否则有可能因板镀孔铜厚度薄，无法承受粗化液的溶铜力而造成孔末金属化。
　　②为了加强镀层和基铜的结合力，电镀前处理都要经过化学粗化后再电镀，所以对粗化溶液的温度、浓度、粗化时间等参数要控制好，否则也有可能造成孔末金属化问题。
　　（4）电镀问题。
　　①电镀时厚径比较大（≥5∶1）时孔内有气泡，是因为振动力不足，无法使孔内的空气逸出，无法实现离子交换，使得孔内没有镀上铜/锡，蚀刻时把孔内的铜蚀掉而造成孔末金属化。
　　②厚径比较大（≥5∶1）电镀前处理时由于孔内有氧化现象未清除干净，电镀时会出现抗镀现象，没有镀上铜/锡或镀上去的铜/锡很薄，蚀刻时起不到抗蚀效果导致把孔内的铜蚀掉而造成孔末金属化。
　　（5）钻头烧孔或粉尘堵孔造成孔末金属化。
　　①钻孔时钻头使用寿命没有设置好，或者使用的钻头磨损较严重，如缺口、不锋利，钻孔时磨擦力太大而发热，造成孔壁烧焦无法覆盖化学铜而造成孔壁末金属化。
　　②吸尘机的吸力不够大，或者工程优化时没有做好，钻孔时孔内有粉尘堵塞，在化学铜时没有沉上铜而造成孔壁末未沉积上铜。

三、线路有“胶”开路（各类胶纸上的“胶”容易脱落或粘网胶溶解后形成“胶”）
　　3.1形成原因
　　（1）水平机传动辊上有“胶”粘到板面线路上造成开路。
　　（2）放板台面上有“胶”粘到板面线路上造成开路。
　　（3）粘网胶溶解在湿膜中涂覆在板面线路上造成开路。
　　（4）用胶纸封网时，胶纸上的“胶”溶解在湿膜中，然后涂覆在板面线路上时造成开路。

　　3.2改善方法
　　（1）水平机传动辊上有“胶”粘到板面线路上造成开路。
　　①生产单面板时板面上有“胶”未清理干净，过水平磨板机时粘在传动辊上，后续过板时板面线路位置正好粘上胶，电镀时抗镀，蚀刻时蚀掉线路而造成开路。
　　②生产金手指板时板面上贴着抗电镀的蓝胶，由于未贴紧使其在过水平磨板机时脱落，粘在传动辊上，蓝胶长时间高温下变成胶状，在后续过板时板面线路位置正好粘上胶迹，电镀时抗镀，蚀刻时蚀掉线路而造成开路。
　　（2）放板台面上有“胶”粘到板面线路上造成开路。
　　磨板机后面接板台、丝印台、对位台、显影机后面的接板台、线路质检台、非金属化孔塞孔台等，这些要放置生产板的台面上有“胶”时，生产板放置台面上时线路上就有可能粘上“胶”，电镀时抗镀，蚀刻时蚀掉线路而造成开路。
　　（3）粘网胶溶解在湿膜中涂覆在板面线路上造成开路。
　　①粘网胶粘网版时不要把粘网胶粘在网版内，虽然在丝印区外，但因印制每一次板时必须刮一次网底油墨，这样在网版内的粘网胶多次被刮的情况下，粘网胶被溶在油墨中，然后被印在板面的线路上，在电镀时抗镀，蚀刻时线路被蚀掉而造成开路。因在印制每一次板时都必须刮一次网底油墨，在靠近操作人员一边的网框封胶处用一块覆铜板的绝缘板封住，这样在靠近操作员一边的网框上的粘网胶就不会被刮到，避免粘网胶被溶在油墨中，从而避免电镀时抗镀，蚀刻时蚀掉线路形成开路。
　　（4）用胶纸封网时，胶纸上的胶溶解在湿膜中，然后被涂覆在板面线路上时造成开路。网印时规定不得使用胶纸封网印制，只能根据板的大小进行晒网生产，从而避免了胶纸封网时，胶纸上的胶溶解在湿膜中，然后涂覆在板面线路上时造成开路。
四、固定位开路
　　4.1形成原因
　　（1）对位菲林线路上划伤造成开路。
　　（2）对位菲林线路上有沙眼造成开路。

　　4.2改善方法
　　（1）对位菲林线路上划伤造成开路，菲林药膜面与板面或垃圾磨擦而划伤膜面线路，造成透光，在显影后菲林划伤处的线路还被油墨盖住，造成电镀时抗镀，蚀刻时线路被蚀掉而开路。
　　（2）对位时菲林药膜面线路上有沙眼，显影后菲林沙眼处的线路还被油墨盖住，造成电镀时抗镀，蚀刻时线路被蚀掉而开路。

五、显影不净开路
　　5.1形成原因
　　（1）曝光强度过大造成显影不净而开路。
　　（2）板面上有垃圾曝光前赶气不良造成显影不净而开路。
　　（3）显影药水失效导致显影不净而形成开路。
　　（4）板面划痕过深导致显影不净而形成开路。
　　（5）干膜起泡导致显影不净而形成开路。

　　5.2改善方法
　　（1）曝光强度过大造成显影不净而开路，曝光时由于点光源是散射曝光的，油墨有一定的厚度，光通过折射的感光区域大于或等于线宽时，线路被油墨封盖住，显影不出来，电镀时抗镀，在退膜蚀刻后形成断线。
　　（2）板面上有垃圾如碎干膜、碎胶带、铜屑等造成赶气不好导致显影不净而出现开路现象，这些垃圾都有一定高度，吸气时赶气不好，垃圾周围形成虚光区，显影时虚光区显影不净，电镀时抗镀退膜蚀刻后形成断线。
　　（3）显影药水失效导致显影不净而形成开路。显影药水浓度过低或显影药水过板量过多，显影速度大快等，达不到理想的显影效果，线路表面还有一层有机物附着，在电镀时抗镀，退膜蚀刻后而断路。
　　（4）板面划痕过深导致显影不净形成开路，指贴膜前处理没有去除铜面划痕（或是机械磨刷板过重），划痕有一定的深度，划痕四周铜箔外翻并有一定高度。贴膜时在一定压力下划痕处干膜会裂开，且划痕处高于板面的铜箔会在划痕周围形成虚光区，以致曝光后形成余胶，显影时线路显影不出来，线路表面还有一层余胶附着，在电镀时抗镀，退膜蚀刻后而断路。
　　（5）干膜起泡形成开路。
　　①贴干膜过程中，由于温度过高，贴膜压力过低或滚辊表面有损伤，容易出现干膜起泡的现象。
　　②对位过程中，由于对位偏操作员重新提起菲林再对位，导致薄膜有鼓起现象。
　　以上的起泡部位以及周围区域在曝光过程中形成虚光区，使线路曝光不良，造成线路开路。

六、抗镀开路
　　6.1形成原因
　　（1）显影时碎干膜附着线路上造成开路。
　　（2）线路表面附着有油墨造成开路。

　　6.2改善方法
　　（1）碎干膜附着线路上造成开路。
　　①菲林边或者菲林上的“钻孔尾孔”、“丝印孔”没有用挡光胶纸完全封好，曝光时板边缘该处的干膜被光固化死，显影时变成为干膜碎块，掉在显影液或水洗缸里，后续过板时干膜碎块附着板面线路上，在电镀时抗镀，在退膜蚀刻后形成开路。
　　②用干膜掩孔的非金属化孔，在显影时由于压力过大或附着力不够，把孔内的掩孔干膜冲破成碎片，掉在显影液或水洗缸里，后续过板时干膜碎块附着在线路上，在电镀时抗镀，在退膜蚀刻后形成开路。
　　（2）线路表面附着有油墨造成开路，主要原因是油墨没有预烤干或显影液的油墨量过多时，油墨附在板面上，然后又粘在后面的传动轴上或海棉吸水辊上，后续过板时附着在线路上，在电镀时抗镀，退膜蚀刻后形成开路。

七、锡薄开路
　　7.1形成原因
　　（1）电镀锡镀层亮边开路。
　　（2）酸水溶锡后造成开路。

　　7.2改善方法
　　（1）电镀锡镀层亮边开路。
　　①抗镀膜的有机溶剂过高、锡光剂和油墨有机溶剂不兼容，造成电镀锡时亮边，即锡薄，退膜蚀刻后形成开路。
　　②电镀锡缸的阳极棒不足，各化学成分不平衡，如硫酸亚锡过低，硫酸含量过低，光剂含量大低等等，造成电镀锡时亮边，即锡薄，退膜蚀刻后形成开路。
　　（2）酸水溶锡后造成开路。
　　①镀锡缸后，水洗缸的酸浓度过高，在水洗时摇摆力度不够，孔内溶液的酸浓度较高，到退膜蚀刻前停留时间又过长，酸溶液会溶锡，造成锡薄甚至露铜，退膜蚀刻后形成开路。
　　②板在电镀锡后，由于放置的地方地面上有含酸溶液，员工在经过时踩踏到酸溶液而溅到板面线路上，酸溶液溶锡，造成锡薄甚至露铜，退膜蚀刻后形成开路。

八、划伤开路
　　主要原因是电镀锡后，员工操作不认真，板与板之间碰撞，造成线路上的锡面被划伤，如果深度较深到接近露铜或露铜时，在退膜蚀刻后形成开路。出现的地方主要是：
　　（1）下板时多块板层叠在一起，插架逐块分开时，板与板之间的磨擦；
　　（2）退膜后插板时，不留意造成板角碰伤线路锡面；
　　（3）退膜后放入蚀刻机时，不留意造成板角碰伤线路锡面；
　　（4）退膜后先烘干然后再蚀刻时，板转运或搬动过程中稍微不留意，就造成板角碰伤线路锡面。

九、撞断线开路
　　主要原因是蚀刻后，员工操作不认真，烘干接板时接不过来，板角撞到前面板的线路上，有时甚至前面的板堆起来，后面出来的板以推移的力，使前面堆起来的板相互摩擦而造成开路。出现的地方主要是蚀刻机、退锡机、阻焊磨板机等机器后面的接板员接板接不过来或预先没有准备好插板架，转换插板架时转换的时间长，后面的板紧跟着又出来了撞到前面板的线路上。

十、结语
　　我们通过上面的各种改善方法使PCB开路问题得到了有效的改善，特别是露基材开路、孔末金属化开路、线路有胶开路、抗镀开路、锡薄开路等问题已得到有效的控制，当然其它开路的问题还有待于提高整体管理水平、员工的操作技能、环境清洁度、工艺能力等才能得到更进一步的改善。