應用田口法優化印制板固化程度研究

馬亞偉 茍輝

摘要：為滿足日益發展的電子科學技術對于印制電路板質量要求的不斷提升，本文應用田口法對影響電路板固化程度的層壓參數進行分析，以通過優化參數改善固化程度，借此實現提升印制板質量的目標。最終得到了本單位層壓條件下最優參數組合：升溫速度2℃ /min、烘干時間80min、保溫時間90min、降溫速度3℃ /min，同時通過實驗測試了該組合的適用性。

關鍵詞：田口法 印制電路板 固化程度

1.引言

隨著科技的不斷進步，電子產品逐漸向高密度化發展，PCB的層數逐漸增多，但導線的間距卻越來越小。同時為了應對更加復雜苛刻的外部環境，對線路板的品質也提出了更為嚴格的要求。因此，在整個PCB的設計、加工過程中需要更加嚴格的管控。近期本單位所壓合印制板較多出現鉆孔后毛刺和孔壁凹坑現象，在鉆孔工藝無特殊改變的情況下初步推斷為印制板層壓固化不完全導致的。固化程度是衡量印制電路板質量的關鍵參數之一，而層壓工序是決定印制板固化程度的重要工序之一。層壓工序是將預制好的內層導電圖形的薄板、半固化片和外層薄型覆銅箔基材或銅箔定位后的待壓板，放置在熱壓機的層壓窗口內，按工藝規定的條件加熱加壓使得半固化片重熔、固化形成具有內層導電圖形的半成品多層板，該工序是決定最終生產出來的印制電路板質量的關鍵[1]。層壓時應先確定層壓參數以得到優良的層壓結果，層壓參數與半固化片的種類、尺寸、特性、多層板結構和熱壓機性能的關系甚密，因此無論采用哪種方法，層壓參數并非是一成不變的。

作為一種高效益、低投入的分析方法，田口法在工業上得到廣泛應用。它利用正交實驗和信噪比（S/N）得到生產產品的最優參數水平組合，通過設計提升產品的質量而不是檢驗。故本文利用田口法對層壓參數進行分析，以得到影響層壓結果的最優參數組合，提升印制電路板的質量。

2.正交試驗的設計

首先選取影響印制板固化程度的關鍵性層壓參數，并根據所選因素來設計合適的正交試驗。本研究所所使用的壓合工藝參數主要包括了四個部分：人料段、升溫段、保溫段和降溫段。在印制板的層壓過程中，保溫段對產品最終的固化程度有著至關重要的影響，保溫階段時間的充分與否直接影響產品的固化水平。升溫階段和降溫階段也對產品的固化水平有一定影響。層壓前單片烘干充分與否也就是單片是否吸潮同樣對最終的固化程度有著較大影響。于是本文最終選取升溫速度、固化時間、降溫速度、單片烘干時間這四個因素作為實驗對象。通過田口法，考慮成本原因，設計了四因素三水平的正交試驗10 （34），樣本為：基材種類S1000_2M，半固化片1080+2116，板厚2.0mm，層數20層。每個因素下的水平值選取參照平時印制板壓合層數所用，具體如下表所示。

3.實驗

根據上表1所設計的實驗，相同層壓參數條件下各壓三塊印制板。印制板固化程度行業里一般使用來進行衡量。表示在同一臺測量儀器、同種測量方式條件下，連續測得同一塊印制板的差值的絕對值，就是[Tg2Tg1]（注：Tg表示印制板從玻璃態轉變為高聚物無定性狀態的溫度）。越小表明印制板壓合完畢后固化程度越優良，理論上的最理想值為0。于是S/N計算時采用望小性的計算方法，S/N值越大表明被測對象的品質越好。具體測量計算結果和每組參數的信噪比如下表2所示。

通過上述表2中的每個實驗組合下的印制板固化程度信噪比結果計算出每個影響因子在各個水平下的信噪比均值，并且進一步算出各個影響因素信噪比均值的方差值、極差值和方差貢獻率。當一個影響因素的方差值越大或者極差值越大就能表明該因素對印制板固化好壞的影響越大，由此便能得到各個因素對于的結果的影響比重。由表3數據可得結論：通過本次實驗數據表明四個參數對固化程度影響由小至大分別是：升溫速度、降溫速度、烘干時間、保溫時間。

每個因素中水平所計算得到的信噪比均值越大就表明該水平是所屬因素中的最優條件。由表3得到實驗參數的最佳參數組合為：升溫速度2℃/min、烘干時間80min、保溫時間90min、降溫速度3'C/mm。并且由方差貢獻率可以保溫時間和烘干時間對于印制板固化程度的影響十分巨大，二者貢獻率已經超過80%。于是日后意圖改善固化程度時首先調整保溫時間和單片烘干時間，只有當二者調整為最佳條件下仍不能滿足要求是才考慮降溫速度和升溫速度的調整。因為后者對于固化程度的影響程度較小，調整的結果不會特別明顯。通過此手段能夠較大幅度減少層壓參數工藝研究的周期，從而提高滿足提高生產效率和質量的雙要求。

4.再確認驗證

為了驗證上述通過田口算法得到的層壓最佳參數組合是否具有普適性而非特殊性，本文對上述得到的組合結果進行再確認實驗。在實驗參數為升溫速度2℃/mm、烘干時間80min、保溫時間90min、降溫速度3℃/min進行5次實驗，其每組實驗所壓合的結果如下表4所示。

田口算法的再確認驗證公式如下式（1）：

（l）式中：為升溫速度影響因子三個水平中最大的信噪比均值;

為烘干時間影響因子三個水平中最大的信噪比均值;

為保溫時間影響因子三個水平中最大的信噪比均值;

為降溫速度影響因子三個水平中最大的信噪比均值;

為所有信噪比均值;

由于保溫時間和烘干時間對于印制板固化程度影響比重較大，于是為了比較準確的驗證再確認實驗的結果是否具有普適性，本文使用數理統計和概率論中的理論，包含最佳參數：烘干時間80min、保溫時間90min的所有組合都當做統計的樣本，總共有10個樣本，選取置信區間為95%，并通過下式（2）驗證在確認試驗的準確性。

（2）當選取置信區間為95%時，當再確認實驗的信噪比在[-0.68]

，0.839]區間內就是可信的，明顯再確認實驗固化程度的信噪比為0.306在置信區間內，驗證了本文所得到的最佳參數是具有普適性的。

5.結論

本文應用田口算法對印制板的層壓固化程度進行了研究，結合了正交實驗得到了本單位層壓條件下的最佳參數為：升溫速度2℃/mm、烘干時間80min、保溫時間90min、降溫速度3℃/mm。并且通過再確認實驗驗證了上述參數具有普適性，通過最佳參數壓合的印制板的固化程度指標可以達到1.0℃左右。

參考文獻

[1]林金堵.現代印制電路基礎[M].上海印制電路信息雜志社，2005.