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        高速材料板厚均勻性研究

        2015-10-27 06:48:47深南電路有限公司廣東深圳518053
        印制電路信息 2015年12期
        關(guān)鍵詞:墻磚板件內(nèi)層

        李 智(深南電路有限公司,廣東 深圳 518053)

        高速材料板厚均勻性研究

        李 智
        (深南電路有限公司,廣東 深圳 518053)

        板厚均勻性是高速PCB產(chǎn)品性能的一個重要的影響因素。文章主要從高速PCB產(chǎn)品工程設(shè)計上,結(jié)合試驗驗證,系統(tǒng)的分析了不同工藝邊、圖形分布和殘銅率對現(xiàn)有高速PCB產(chǎn)品板厚均勻性的影響,為后續(xù)高速PCB產(chǎn)品板厚控制能力的提升奠定基礎(chǔ)。

        板厚;工藝邊;殘銅率

        隨著電子行業(yè)朝高端化發(fā)展,作為支撐其主體的PCB也隨之發(fā)展,表現(xiàn)為對生產(chǎn)技術(shù)要求越來越高,對生產(chǎn)設(shè)備要求越來越苛刻,對尺寸控制要求越來越嚴格等。板厚均勻性,是衡量PCB板尺寸的一個重要指標,其不僅影響板件的裝配使用,在PCB制程中,對阻抗能力、控深工藝等都有直接影響。目前通信時代的快速發(fā)展對高速PCB產(chǎn)品的Stub值控制要求越來越高,而我公司常規(guī)板厚范圍(1.0 mm≤T <4.0 mm)板厚控制能力只能到達10%,而高速產(chǎn)品板厚均勻性的水平也沒有做過系統(tǒng)的分析,對我公司高速PCB產(chǎn)品阻抗能力、背鉆Stub控制能力的提升有著直接的制約。本文主要從高速PCB產(chǎn)品工程設(shè)計上,結(jié)合試驗驗證,系統(tǒng)的分析了我司現(xiàn)有高速PCB產(chǎn)品板厚的控制能力。

        1 板厚影響因素分析

        影響高速產(chǎn)品板厚均勻性的主要因素有很多,涉及面廣,控制要點多。我司高速材料PCB產(chǎn)品壓合的壓機選擇為BK壓機,其壓合性能由設(shè)備本身能力所決定。PP和芯板來料厚度均勻性由來料決定,暫時不討論。而板件PP配置和疊層結(jié)構(gòu)是由客戶設(shè)計確定,難以進行優(yōu)化。因此,主要在我公司現(xiàn)有設(shè)備和生產(chǎn)條件下,從內(nèi)層工藝邊設(shè)計、圖形分布和殘銅率三個影響板厚均勻性的重要因素方面,設(shè)計實驗板進行具體研究。

        2 試驗設(shè)計

        2.1 板件設(shè)計

        2.1.1 內(nèi)層圖形設(shè)計

        板件設(shè)計為26層板件(圖1),設(shè)計板厚3.5 mm,材料M 4。芯板板厚0.165 mm,2張1080PP。

        圖1  層壓結(jié)構(gòu)圖

        2.1.2 內(nèi)層圖形設(shè)計

        板件(圖2)分為A、B、C、D、E5個附連板(Coupon)區(qū)域。其中每個區(qū)域又分別分為四塊。其中第2象限附連板每層圖形設(shè)計;第1象限隔一層圖形設(shè)計;第3象限隔四層圖形設(shè)計。詳見圖6所示。

        圖2 CAD圖示

        2.1.3 殘銅率設(shè)計

        目前我司常規(guī)的殘銅率設(shè)計為20%~70%。因此設(shè)計如右圖所示的四種附連板圖形,殘銅率分別為71%、51%、21%和9%。

        圖3 ABE附連板各層次圖形設(shè)計圖

        2.1.4 板件內(nèi)層工藝邊框設(shè)計

        板內(nèi)內(nèi)層工藝邊框分兩種設(shè)計,如圖4、圖5所示。具體排列詳見CAD圖紙。

        圖4 阻流PAD式工藝邊(我司現(xiàn)有設(shè)計)

        圖5 墻磚式工藝邊

        2.1.5 板件疊層方式設(shè)計

        選擇BK 1壓機同一個開口加工測試板件,壓合參數(shù)相同,疊3層。壓合結(jié)束后將ABE附連板銑出,使用千分尺測量確認3層板件共6PNL板件板內(nèi)附連板的板厚均勻性,并對數(shù)據(jù)進行分析。

        2.1.6 內(nèi)層流程

        下料——內(nèi)層圖形——內(nèi)層蝕刻——內(nèi)層沖槽——內(nèi)層檢驗——棕黑化

        2.1.7 外層流程

        配板——層壓——外層鉆靶——銑邊

        3 試驗過程

        3.1 壓合條件

        (1)PP和芯板使用現(xiàn)有的物料,不做特殊控制和挑選;

        (2)壓合時選用BK壓機3壓合,壓合曲線按我司現(xiàn)有壓合參數(shù)設(shè)定;

        (3)測試6PNL板件,疊2PNL,疊3層。

        3.2 數(shù)據(jù)收集

        (1)外形將板內(nèi)圖形試樣條銑出,然后使用千分尺分別測量左中右三個位置三個數(shù)據(jù)并記錄,每PNL共計76個試樣;

        (2)對板件邊框分別按墻磚式工藝邊和阻流PAD工藝邊測量進行數(shù)據(jù)收集。

        4 結(jié)果分析

        4.1 工藝邊對比結(jié)果

        采用不同的工藝邊,在近板邊位置,采用墻磚式工藝邊的板厚均值比采用阻流PAD式的工藝邊板厚厚0~0.03 mm。從數(shù)據(jù)分析來看,阻流PAD式工藝邊板邊板厚CPK為2.69,而墻磚式工藝邊板邊板厚CPK 為3.4。由于墻磚式工藝邊流膠少于阻流PAD式工藝邊,板邊板厚的均勻性墻磚式較優(yōu)。

        4.2 板內(nèi)板厚均勻性

        根據(jù)工藝邊設(shè)計,將從附連板位置、不同層數(shù)內(nèi)層圖形設(shè)計和殘銅率三個維度對板內(nèi)板厚的均勻性進行數(shù)據(jù)分析。下圖為板內(nèi)具體設(shè)計布局。

        圖6 板內(nèi)附連板設(shè)計結(jié)構(gòu)和分布圖

        4.2.1 附連板位置

        (1)相同設(shè)計單個附連板對比 。

        選擇A區(qū)域(阻流PAD工藝邊)1-4號附連板和E區(qū)域(墻磚式工藝邊)61-64號附連板板厚對比如圖7。

        分別對比設(shè)計結(jié)構(gòu)完全一致的A區(qū)域1-4號附連板和E區(qū)域61-64號附連板板厚的數(shù)據(jù),可以發(fā)現(xiàn):

        圖7

        ① 采用墻磚式工藝邊的附連板板厚均勻性比才用阻流PAD工藝邊板厚均勻性較好;

        ② 采用墻磚式工藝邊板厚比阻流PAD工藝邊板厚整體偏大約0.030 mm。

        (2)A區(qū)域(阻流PAD工藝邊)和E區(qū)域(墻磚式工藝邊)附連板板厚對比。

        從A、E區(qū)域板厚均勻性進行分析:

        ① 阻流PAD工藝邊區(qū)域附連板板厚公差為± 2.83%,其CPK為2.91,整體比較集中。

        ② 墻磚式工藝邊區(qū)域附連板板厚公差為± 3.1%,其CPK為2.92,整體比較稍差。

        (3)其他區(qū)域附連板板厚對比。

        ① C區(qū)域(中心區(qū)域)板厚均勻性最好,CPK達到5.63且集中性非常好;

        ② B/D區(qū)域(混合區(qū)域)板厚均勻性也<±3%,CPK分別達到3.26和3.09,集中性稍差。

        ③ 與A/E區(qū)域同比,五個區(qū)域最好的為C區(qū)域(中間),四角位置相差不大,跟工藝邊設(shè)計影響關(guān)系不明顯。分析原因為工藝邊只影響板邊的板厚均勻性,這個前期光板的研究結(jié)果也是相符的。

        4.2.2 不同殘銅率

        (1)殘銅率71%區(qū)域板厚公差±2.94%,CPK能力達到2.9;

        (2)殘銅率51%區(qū)域板厚公差±2.79%,CPK能力達到3.30;

        (3)殘銅率21%區(qū)域板厚公差±3.28%,CPK能力達到3.25;

        (4)殘銅率9%區(qū)域板厚公差±1.53%,CPK能力達到3.47。

        從不同殘銅率附連板(包含不同內(nèi)層圖形設(shè)計結(jié)構(gòu))板厚結(jié)果來看,殘銅率影響板厚的實際厚度,隨著殘銅率的減小,板厚減小,板厚均勻性無明顯規(guī)律。板厚均勻性公差范圍<±4%。

        4.2.3 不同圖形設(shè)計

        (1)每層圖形設(shè)計區(qū)域板厚公差±3.62%,CPK能力達到2.65;

        (2)隔兩層區(qū)域板厚公差±2.64%,CPK能力達到2.71;

        (3)隔四層圖形設(shè)計區(qū)域板厚公差±1.83%,CPK能力達到3.32;

        (4)中間兩層和次外層板厚公差±1.65%,CPK能力達到3.81。

        從不同內(nèi)層圖形設(shè)計附連板(包含不同殘銅率)板厚結(jié)果來看,其影響板厚的均勻性,隨著圖形設(shè)計層次的減小,板厚均勻性逐漸減小。板厚均勻性公差范圍<±4% 。

        4.2.4 不同圖形設(shè)計和殘銅率組合分析

        (1)每層圖形,隨著殘銅率的降低,板厚會降低,板厚均勻性相差范圍<6%;

        (2)隔兩層圖形,隨著殘銅率的降低,板厚會降低,板厚均勻性相差范圍<6%;

        (3)隔四層圖形,隨著殘銅率的降低,板厚會降低,板厚均勻性相差范圍<4%;

        (4)中間層和次外層,隨著殘銅率的降低,板厚會降低,板厚均勻性相差范圍<3%。

        4.2.5 重復(fù)驗證結(jié)果

        (1)第一次測試科邦板厚數(shù)據(jù)來看,公差為± 3.1%,CPK為3.21;

        (2)第二次重復(fù)驗證數(shù)據(jù)結(jié)果來看,公差為± 3.29%,CPK為2.31。

        第二次重復(fù)驗證的板厚均值比第一次整體厚約40 μm,且第二次CPK相比第一次稍差。兩次壓合的參數(shù)、壓機一致,PP和芯板的來料和鋼板也不一致,可能跟后者相關(guān)。

        將第一次和第二次驗證結(jié)果綜合來看,平均值3.501,最大值3.672,最小值3.363,公差±4.41%,CPK1.99。驗證結(jié)果在預(yù)研目標±5%公差以內(nèi)。

        5 結(jié)論

        通過不同工藝邊、圖形結(jié)構(gòu)設(shè)計和殘銅率的對比試驗驗證可以發(fā)現(xiàn):

        (1)墻磚式工藝邊的板邊板厚均勻性整體優(yōu)于阻流PAD式工藝邊板邊板厚;而板內(nèi)板厚均勻性公差相差不大。

        (2)在目前常規(guī)的殘銅率和圖形設(shè)計結(jié)構(gòu)狀況下,板厚公差能力可以滿足<±5%的公差要求。

        (3)殘銅率對板厚均勻性的影響小于內(nèi)層圖形結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響。

        ①在相同殘銅率的情況,內(nèi)層圖形設(shè)計越多均勻性越差;

        ②相同圖形設(shè)計結(jié)構(gòu)的情況下,殘銅率對板厚的影響不大。

        后續(xù)可以在現(xiàn)行阻流PAD式工藝邊設(shè)計的前提下,進一步研究不同圖形結(jié)構(gòu)設(shè)計條件下高速材料的板厚均勻性的規(guī)律,找出改善措施。

        李智,技術(shù)部工藝高級工程師,負責(zé)鉆孔、外形工序現(xiàn)場技術(shù)。

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        LI Zhi

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