關(guān)于覆銅板定位面銅損傷的兩種猜想

?摘要：覆銅板（CCL）銅面定位損傷是印制電路板（PCB）經(jīng)常反饋的一種缺陷。定位損傷的表現(xiàn)形式有銅皮缺失、三角擦花、銅皮鼓起等，由于定位損傷的缺陷在CCL上，是在CCL加工過(guò)程中產(chǎn)生的。關(guān)于定位損傷的形成機(jī)理，目前還存在爭(zhēng)議，主要是靜電與負(fù)壓兩個(gè)方面的猜想，本文主要針對(duì)定位面銅損傷的兩種猜想進(jìn)行了考察與研究。

* 本文刊載于《印制電路信息》2022年8月（總第369期）

00前言

在覆銅板（CCL）的各類缺陷中，銅箔表面固定位置的損傷是種常見(jiàn)的表觀缺陷，其主要特點(diǎn)為：相鄰的板在固定位置存在相同或類似的三角擦花、銅皮缺失、銅皮凸起等表觀缺陷，如圖1所示，以下稱定位面銅損傷。

目前定位面銅損傷基本是在PCB廠拆包或開(kāi)料時(shí)發(fā)現(xiàn)，定位面銅損傷伴隨著多種表現(xiàn)形式，銅皮凸起附近可能還伴隨著三角擦花，并且都是在分板時(shí)板與板之間存在吸力，從而在垂直分板時(shí)會(huì)伴隨著銅箔拉裂（靜電釋放）的聲音，定位面銅損傷給CCL廠以及PCB工廠都會(huì)造成一定損失，此問(wèn)題的形成原因目前還存在爭(zhēng)議，主要是靜電與負(fù)壓兩個(gè)方面的猜想，本文主要針對(duì)定位面銅損傷的兩種猜想進(jìn)行了考察與研究。

01靜電的產(chǎn)生與擊穿

因?yàn)槎ㄎ幻驺~損傷在天氣較為干燥的秋冬季節(jié)客戶反饋較為頻繁，并且在分板時(shí)存在類似靜電釋放的聲音，而在一些板材損傷處附近存在擦痕，故猜想與氣候干燥加之板材間摩擦產(chǎn)生靜電導(dǎo)致，而造成損傷的方向主要有兩個(gè)，靜電的吸附與擊穿。

首先我們談一談在此問(wèn)題上可能產(chǎn)生靜電的條件，首先摩擦起電是接觸分離產(chǎn)生靜電，實(shí)質(zhì)是電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，兩種物體接觸，其間距小于25×10-8cm時(shí)，由于不同原子核對(duì)電子的束縛能力不同，得失電子的能力不同，物體接觸分離期間發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致接觸界面兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)大小相等、極性相反的兩層電荷，原理如圖2所示。

摩擦起電必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件： 條件一：緊密接觸且摩擦，摩擦物體與外界絕緣。 條件二：兩種不同物體，且不能同時(shí)為金屬。 ? 我們猜想的摩擦起電導(dǎo)致板材間吸附從而在分板時(shí)造成銅箔拉裂，由于此定位面銅損傷是處在兩板間相對(duì)位置的銅箔，兩面都是銅金屬，不具備摩擦起電的基本條件。

另外，當(dāng)發(fā)生靜電擊穿時(shí)，這種放電屬于尖端放電。如帶靜電的人觸摸金屬把手而在手指放電，而尖端放電不會(huì)損傷電物體的本身，如避雷針在遇到雷電時(shí)，避雷針將閃電電流通過(guò)接地線引向大地，但是避雷針并不會(huì)受到損壞，并且摩擦起電的電壓通常在600~1200V之間。經(jīng)相關(guān)驗(yàn)證在這樣的能量下，無(wú)法將18μm厚的銅面擊穿，說(shuō)明常規(guī)的靜電不會(huì)導(dǎo)致?lián)舸┿~面的問(wèn)題發(fā)生。 ? 02 機(jī)理探究 2.1 機(jī)械定位面銅損傷機(jī)理探究 針對(duì)機(jī)械定位銅面損傷我們做過(guò)一定的機(jī)理探究，主要原因是：銅箔光面在微觀狀態(tài)下觀察是凹凸不平的，在板料受到壓力的作用時(shí)，相鄰的銅箔光面的凹凸位置緊密地鑲嵌在一起，同時(shí)受到平行于銅箔方向的力的作用時(shí)，這個(gè)力平行于銅箔并且作用到銅箔上，可以將銅箔損傷、將銅箔從基材上面刮掉、使銅箔發(fā)生形變。在銅箔發(fā)生形變的時(shí)候會(huì)在垂直方向給相鄰的基材和銅箔施加力的作用，進(jìn)一步損傷基材。由于銅箔間的黏附力（來(lái)自銅箔之間的物理結(jié)合或者是真空吸附或兩者皆有），在將板子分開(kāi)的時(shí)候，會(huì)伴隨拉扯的聲音，將損傷的銅箔帶起。進(jìn)而導(dǎo)致銅箔缺失、鼓泡、擦花等定位面銅損傷的現(xiàn)象，機(jī)理如圖3。

因?yàn)槎ㄎ幻驺~損傷問(wèn)題在不同板厚、銅厚、銅箔粗糙度、不同的受力方式下表現(xiàn)形式存差異，最直觀的區(qū)別為，相同力度下薄銅板表現(xiàn)形式為銅箔拉扯掉落而厚銅板為三角擦花甚至銅箔鼓起。原因是面銅的厚度和類型使面銅粗糙程度不同，所以相同壓力與摩擦力下，面銅鑲嵌的程度與剝離強(qiáng)度值也有差異，導(dǎo)致表現(xiàn)形式也存在差異。

2.2 負(fù)壓機(jī)理探究

負(fù)壓吸力宏觀上主要發(fā)生在兩張板自然緊密貼合在一起時(shí)，兩板之間的空氣被擠出，形成了壓力為P2的真空狀態(tài)。此時(shí)兩板間內(nèi)部的壓力低于外部的大氣壓力P1，即P2＜P1時(shí)，板材在外部壓力的作用下被吸起，內(nèi)部真空度越高，兩板吸附越緊，如圖4所示。這也是導(dǎo)致操作員工在垂直掀板時(shí)會(huì)感覺(jué)到吃力的原因。

微觀上，因?yàn)楣饷驺~牙（Ra）的存在，使光面粗糙程度不同。在兩板接觸時(shí)整板在微觀上產(chǎn)生了密密麻麻的小真空點(diǎn)，所以在垂直掀板時(shí)只掀起板角，并不能全部破壞板間的真空點(diǎn)，如圖5所示。

所以員工在抬起板角進(jìn)行垂直掀板動(dòng)作時(shí)仍然存在吸附力而導(dǎo)致掀板受阻；如果將兩板進(jìn)行一定距離的滑動(dòng)，則破壞了兩板之間的真空狀態(tài)，所以在滑動(dòng)后就能夠輕松地掀開(kāi)，原因就在于此；所以單點(diǎn)的機(jī)械壓力和摩擦力再加上負(fù)壓吸力的綜合因素導(dǎo)致定位面銅損傷。

03 機(jī)械壓力與負(fù)壓吸力損傷的判據(jù)

3.1 定位面銅損傷表面形態(tài)

首先觀察定位面銅損傷的表面形態(tài)，A面銅箔凸起位置伴隨著三角擦花和銅箔缺失，如圖6所示，缺失的銅箔會(huì)附著在B面的三角擦花處。并且銅箔凸起是以缺失位置為圓心，銅箔凸起圓心位置是處于三角擦花尖端位置。通過(guò)以上特點(diǎn)可以初步推斷出，板材受機(jī)械力擠壓導(dǎo)致銅箔間鑲嵌同時(shí)伴隨負(fù)壓吸力，在分板時(shí)垂直拉扯使銅箔與基材分離并拉裂。通過(guò)以上觀察可以發(fā)現(xiàn)，在銅箔三角擦花損傷處邊緣位置有很明顯的撕扯痕跡，并且不管是在面銅處還是在基材處并沒(méi)有明顯的類似電擊穿或燒焦痕跡，因此可以斷定此缺陷為機(jī)械損傷，為此我們進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

3.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.2.1 方案一

試驗(yàn)方法：使用樣品一（板厚1.4mm ，銅厚140/140μm），尺寸457mm×610mm，將每沓板材在車上豎起，模擬齊板動(dòng)作，反復(fù)5次。隨后快速掀開(kāi)，復(fù)檢板面表觀情況，如圖7所示。

試驗(yàn)結(jié)果：經(jīng)過(guò)板材表觀復(fù)檢，板面上主要為條狀劃痕、點(diǎn)狀擦花的缺陷，無(wú)出現(xiàn)板面銅箔凸起。

3.2.2 方案二

試驗(yàn)方法：取樣品一，將板材疊在一起，再取兩PNL錯(cuò)位放置，后用力擠壓兩側(cè)板角，擠壓的同時(shí)將板材錯(cuò)位部分輕輕往箭頭方向平移，隨后掀開(kāi)，模擬橫向齊板動(dòng)作，在掀開(kāi)的同時(shí)伴隨著銅箔拉裂的聲音，復(fù)檢板面表觀情況。

試驗(yàn)結(jié)果：兩PNL板材在相鄰板面的同一位置都出現(xiàn)了凸起缺陷，并伴隨著三角擦花，銅箔由于外力拉扯導(dǎo)致凸起，中間區(qū)域破銅缺失，缺失的銅黏附在相鄰的銅箔上，如圖8所示。

3.2.3 方案三

試驗(yàn)方法：使用樣品二（板厚0.6mm，銅厚18/18μm）使用固定夾具，用來(lái)給板材施加壓力，將板料錯(cuò)位放置（錯(cuò)位的距離小于1mm），用夾具施加壓力，然后用力齊板，模擬板子之間的相對(duì)摩擦，之后觀察是否有定位損傷存在，試驗(yàn)步驟如圖9所示。

試驗(yàn)結(jié)果：經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，模擬出銅箔缺失、銅箔鼓起、三角擦花等現(xiàn)象均是定位存在，如圖10所示。因薄厚銅剝離強(qiáng)度差異原因，故面銅損傷表現(xiàn)形式也有差異，厚銅以銅箔凸起和三角擦花為主，薄銅以銅箔缺失和三角擦花為主。

3.2.4 方案四

試驗(yàn)方法：使用兩張板厚1.5mm、銅厚18/18μm， 15cm×15cm的小樣進(jìn)行自然貼合，垂直掀起，模擬垂直抬板時(shí)的吸附力，如圖11所示。

將兩板自然貼合在一起，垂直抬起，兩板牢牢地吸附在一起。為了更深入地研究負(fù)壓吸附的機(jī)理，我們同步也驗(yàn)證了板間墊紙、板材與玻璃、玻璃與玻璃進(jìn)行貼合，來(lái)驗(yàn)證負(fù)壓吸附的存在，如圖12所示。

試驗(yàn)結(jié)果：經(jīng)過(guò)以上試驗(yàn)可以得出結(jié)論，負(fù)壓吸附的確存在。負(fù)壓吸附受物體表面粗糙度影響和接觸面積影響，表面越粗糙吸附力越強(qiáng)，表面越光滑吸附能力越低，并且吸附力與接觸面積成正比關(guān)系。

04 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

定位面銅損傷屬于機(jī)械類損傷，不屬于靜電導(dǎo)致的擊穿與吸附，具體的理論依據(jù)有以下三點(diǎn)。

（1）銅面與銅面接觸摩擦并不具備靜電產(chǎn)生的條件，所以靜電吸附無(wú)理論與實(shí)踐依據(jù)；采用高于摩擦起電的電壓及能量，無(wú)法擊穿18μm銅面的情況，故定位面銅損傷不屬于靜電擊穿。

（2）通過(guò)橫向齊板模擬出與PCB反饋相同的定位面銅損傷，橫向齊板只是造成定位面銅損傷的原因之一，因薄厚銅剝離強(qiáng)度差異原因，故面銅損傷表現(xiàn)形式也有差異，厚銅以銅箔凸起和三角擦花為主，薄銅以銅箔缺失和三角擦花為主。

（3）定位面銅損傷形成過(guò)程為：CCL面銅在摩擦力作用下，首先尖端銅被刮起，在剪切力的繼續(xù)作用下隨著刮起銅屑體積的增加，撕裂銅面不斷擴(kuò)大。最終由于撕裂銅面的末端的剪切力分離，導(dǎo)致被刮的銅面面積無(wú)法繼續(xù)擴(kuò)大而止于圓弧端，局部被刮起的銅皮與樹(shù)脂基材分離脫落，部分銅皮嵌入另一面銅面上。

（4）負(fù)壓吸力確實(shí)存在板間，且吸附力與物體接觸面的粗糙程度和接觸面積成正比關(guān)系。這能夠解釋為什么操作人員在垂直掀板時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大阻力，并且大板在掀板時(shí)的吸附力遠(yuǎn)大于此次試驗(yàn)的力。

4.2 建議

從改進(jìn)操作不當(dāng)行為著手，主要?dú)w納為幾點(diǎn)：（1）生產(chǎn)過(guò)程中規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)操作動(dòng)作，實(shí)施有效監(jiān)控，有效減少人為造成板面遭受破壞性的機(jī)械力；（2）優(yōu)化板材運(yùn)輸與轉(zhuǎn)載的流程，減少人工搬臺(tái)操作與車輛轉(zhuǎn)運(yùn)步驟；（3）規(guī)范板材堆疊數(shù)量與方式，可采用固定數(shù)量交叉疊放或板間隔膠片或紙皮。

05 結(jié)語(yǔ)

此類型的定位損傷筆者認(rèn)為屬于機(jī)械壓力和負(fù)壓吸附力導(dǎo)致，隨著設(shè)備自動(dòng)化水平的提高，作業(yè)流程的優(yōu)化，定位損傷類型的問(wèn)題也會(huì)逐漸改善。但在CCL與PCB加工過(guò)程中，仍有不同原因產(chǎn)生的定位性的各項(xiàng)損傷問(wèn)題，其中涉及的機(jī)理也各不相同，因此對(duì)CCL在加工過(guò)程中出現(xiàn)各項(xiàng)問(wèn)題的認(rèn)知也要不斷迭代。筆者希望在今后的工作中，能夠有更多業(yè)內(nèi)的專家提出針對(duì)定位類損傷問(wèn)題的看法，為此類問(wèn)題的改善提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

?

作者簡(jiǎn)介

歐陽(yáng)川磊、王立峰、楊樂(lè)、高楊：廣東生益科技股份有限公司

?

編輯：黃飛

?