应用田口法优化印制板固化程度研究

马亚伟 苟辉

摘要：为满足日益发展的电子科学技术对于印制电路板质量要求的不断提升，本文应用田口法对影响電路板固化程度的层压参数进行分析，以通过优化参数改善固化程度，借此实现提升印制板质量的目标。最终得到了本单位层压条件下最优参数组合：升温速度2℃ /min、烘干时间80min、保温时间90min、降温速度3℃ /min，同时通过实验测试了该组合的适用性。

关键词：田口法 印制电路板 固化程度

1.引言

随着科技的不断进步，电子产品逐渐向高密度化发展，PCB的层数逐渐增多，但导线的间距却越来越小。同时为了应对更加复杂苛刻的外部环境，对线路板的品质也提出了更为严格的要求。因此，在整个PCB的设计、加工过程中需要更加严格的管控。近期本单位所压合印制板较多出现钻孔后毛刺和孔壁凹坑现象，在钻孔工艺无特殊改变的情况下初步推断为印制板层压固化不完全导致的。固化程度是衡量印制电路板质量的关键参数之一，而层压工序是决定印制板固化程度的重要工序之一。层压工序是将预制好的内层导电图形的薄板、半固化片和外层薄型覆铜箔基材或铜箔定位后的待压板，放置在热压机的层压窗口内，按工艺规定的条件加热加压使得半固化片重熔、固化形成具有内层导电图形的半成品多层板，该工序是决定最终生产出来的印制电路板质量的关键[1]。层压时应先确定层压参数以得到优良的层压结果，层压参数与半固化片的种类、尺寸、特性、多层板结构和热压机性能的关系甚密，因此无论采用哪种方法，层压参数并非是一成不变的。

作为一种高效益、低投入的分析方法，田口法在工业上得到广泛应用。它利用正交实验和信噪比（S/N）得到生产产品的最优参数水平组合，通过设计提升产品的质量而不是检验。故本文利用田口法对层压参数进行分析，以得到影响层压结果的最优参数组合，提升印制电路板的质量。

2.正交试验的设计

首先选取影响印制板固化程度的关键性层压参数，并根据所选因素来设计合适的正交试验。本研究所所使用的压合工艺参数主要包括了四个部分：人料段、升温段、保温段和降温段。在印制板的层压过程中，保温段对产品最终的固化程度有着至关重要的影响，保温阶段时间的充分与否直接影响产品的固化水平。升温阶段和降温阶段也对产品的固化水平有一定影响。层压前单片烘干充分与否也就是单片是否吸潮同样对最终的固化程度有着较大影响。于是本文最终选取升温速度、固化时间、降温速度、单片烘干时间这四个因素作为实验对象。通过田口法，考虑成本原因，设计了四因素三水平的正交试验10 （34），样本为：基材种类S1000_2M，半固化片1080+2116，板厚2.0mm，层数20层。每个因素下的水平值选取参照平时印制板压合层数所用，具体如下表所示。

3.实验

根据上表1所设计的实验，相同层压参数条件下各压三块印制板。印制板固化程度行业里一般使用来进行衡量。表示在同一台测量仪器、同种测量方式条件下，连续测得同一块印制板的差值的绝对值，就是[Tg2Tg1]（注：Tg表示印制板从玻璃态转变为高聚物无定性状态的温度）。越小表明印制板压合完毕后固化程度越优良，理论上的最理想值为0。于是S/N计算时采用望小性的计算方法，S/N值越大表明被测对象的品质越好。具体测量计算结果和每组参数的信噪比如下表2所示。

通过上述表2中的每个实验组合下的印制板固化程度信噪比结果计算出每个影响因子在各个水平下的信噪比均值，并且进一步算出各个影响因素信噪比均值的方差值、极差值和方差贡献率。当一个影响因素的方差值越大或者极差值越大就能表明该因素对印制板固化好坏的影响越大，由此便能得到各个因素对于的结果的影响比重。由表3数据可得结论：通过本次实验数据表明四个参数对固化程度影响由小至大分别是：升温速度、降温速度、烘干时间、保温时间。

每个因素中水平所计算得到的信噪比均值越大就表明该水平是所属因素中的最优条件。由表3得到实验参数的最佳参数组合为：升温速度2℃/min、烘干时间80min、保温时间90min、降温速度3'C/mm。并且由方差贡献率可以保温时间和烘干时间对于印制板固化程度的影响十分巨大，二者贡献率已经超过80%。于是日后意图改善固化程度时首先调整保温时间和单片烘干时间，只有当二者调整为最佳条件下仍不能满足要求是才考虑降温速度和升温速度的调整。因为后者对于固化程度的影响程度较小，调整的结果不会特别明显。通过此手段能够较大幅度减少层压参数工艺研究的周期，从而提高满足提高生产效率和质量的双要求。

4.再确认验证

为了验证上述通过田口算法得到的层压最佳参数组合是否具有普适性而非特殊性，本文对上述得到的组合结果进行再确认实验。在实验参数为升温速度2℃/mm、烘干时间80min、保温时间90min、降温速度3℃/min进行5次实验，其每组实验所压合的结果如下表4所示。

田口算法的再确认验证公式如下式（1）：

（l）式中：为升温速度影响因子三个水平中最大的信噪比均值;

为烘干时间影响因子三个水平中最大的信噪比均值;

为保温时间影响因子三个水平中最大的信噪比均值;

为降温速度影响因子三个水平中最大的信噪比均值;

为所有信噪比均值;

由于保温时间和烘干时间对于印制板固化程度影响比重较大，于是为了比较准确的验证再确认实验的结果是否具有普适性，本文使用数理统计和概率论中的理论，包含最佳参数：烘干时间80min、保温时间90min的所有组合都当做统计的样本，总共有10个样本，选取置信区间为95%，并通过下式（2）验证在确认试验的准确性。

（2）当选取置信区间为95%时，当再确认实验的信噪比在[-0.68]

，0.839]区间内就是可信的，明显再确认实验固化程度的信噪比为0.306在置信区间内，验证了本文所得到的最佳参数是具有普适性的。

5.结论

本文应用田口算法对印制板的层压固化程度进行了研究，结合了正交实验得到了本单位层压条件下的最佳参数为：升温速度2℃/mm、烘干时间80min、保温时间90min、降温速度3℃/mm。并且通过再确认实验验证了上述参数具有普适性，通过最佳参数压合的印制板的固化程度指标可以达到1.0℃左右。

参考文献

[1]林金堵.现代印制电路基础[M].上海印制电路信息杂志社，2005.