李 娟 史宏宇 李艷國(guó)（廣州興森快捷電路科技有限公司，廣東 廣州 510663）（深圳市興森快捷電路科技股份有限公司，廣東 深圳 518028）

非線性漲縮表征方法與影響因素研究

李 娟 史宏宇 李艷國(guó)
（廣州興森快捷電路科技有限公司，廣東 廣州 510663）
（深圳市興森快捷電路科技股份有限公司，廣東 深圳 518028）

在PCB制作過(guò)程中，由于各層芯板殘留內(nèi)應(yīng)力的不均勻與熱漲系數(shù)的不匹配，會(huì)有一定的漲縮存在。本文提出了一種非線性漲縮的表征方法，以整個(gè)圖形的中心為基準(zhǔn)，用CAD作出芯板預(yù)放后靶標(biāo)的理論坐標(biāo)，然后計(jì)算理論坐標(biāo)與實(shí)際坐標(biāo)的偏差，用該偏差繪制過(guò)程能力圖。結(jié)果表明，芯板壓合后的非線性差異約為±0.0127 mm，且隨機(jī)分布，漲縮的非線性差異在一定程度上已經(jīng)影響到了層間的對(duì)位精度。

非線性漲縮；表征方法；層間對(duì)位

漲縮是PCB業(yè)界內(nèi)持久關(guān)注的一個(gè)話題，是造成層間對(duì)位差的主要原因之一。在制作過(guò)程中，芯板、銅箔以及半固化片本身的材料特性會(huì)對(duì)線路板性能產(chǎn)生影響，主要表現(xiàn)在不同材料熱膨脹系數(shù)的不匹配與殘余內(nèi)應(yīng)力上［1］。對(duì)于漲縮的監(jiān)控與改善方法有很多，如采用分層補(bǔ)償原則及雙組同心圓監(jiān)控設(shè)計(jì)［2］、建立數(shù)學(xué)模型計(jì)算層壓板內(nèi)層漲縮［3］、過(guò)程監(jiān)控［4］等。這些方法能夠有效的改善芯板或壓合板的線性漲縮，但無(wú)法彌補(bǔ)離散的非線性漲縮。非線

性漲縮所引起的孔位偏移如圖1所示，從圖中可以看出，四角對(duì)位良好，但由于非線性漲縮的存在，局部對(duì)位仍然有較大偏差。本文提出了一種非線性漲縮的表征方法，并探討了非線性漲縮的影響大小。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了探討PCB板在整個(gè)制造過(guò)程中線性與非線性漲縮的差異，設(shè)計(jì)了如圖2所示8×8陣列靶標(biāo)。按正常板生產(chǎn)流程，第一步制作內(nèi)層圖形，然后用二次元以圖形中心為坐標(biāo)，依次測(cè)量64個(gè)靶標(biāo)的坐標(biāo)；第二步進(jìn)行Pin-Lam鉚合，并用X-Ray抓取鉚合之后的64個(gè)坐標(biāo)；最后用CAD表征出線性與非線性的差異，并將此差異用過(guò)程能力圖進(jìn)行表征。

圖1 非線性漲縮引起的孔位分布示意圖

圖2 非線性漲縮靶標(biāo)分布圖（色為銅皮，白色為基材）

2 非線性表征方法

要計(jì)算非線性漲縮，首先得將線性漲縮從總漲縮變化中剔除出去，這里采取預(yù)放的方式線性拉大或縮小圖形，然后將測(cè)量值與各點(diǎn)放大或縮小圖形的理論坐標(biāo)進(jìn)行比較即可得出各點(diǎn)的非線性漲縮。非線性漲縮的表現(xiàn)形式如圖3所示，小圈線交點(diǎn)即為預(yù)放之后的各點(diǎn)理論位置，而實(shí)際上由于應(yīng)力的不均勻，各點(diǎn)的實(shí)際位置與理論位置之間會(huì)有一定的偏移。本文所要實(shí)現(xiàn)的是運(yùn)用CAD將這些偏移量計(jì)算出來(lái)，并用M initab的過(guò)程能力圖對(duì)偏移量進(jìn)行表征。

圖3 非線性漲縮表現(xiàn)形式

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 芯板非線性

芯板內(nèi)層圖形轉(zhuǎn)移之后會(huì)有一定的漲縮變化，當(dāng)芯板殘銅率〈20%（絕大部分為基材）時(shí)，控制CPK≈1，X方向與Y方向的過(guò)程能力圖如圖4與圖5所示，從圖中可以看出，芯板X(qián)（長(zhǎng)）方向控制能力為±0.03 mm，Y（短）方向控制能力為±0.02 mm。長(zhǎng)方向控制能力差于短方向。

圖4 大基材芯板X(qián)（長(zhǎng)）方向非線性

圖5 大基材芯板Y（短）方向非線性

當(dāng)芯板殘銅率〉80%（絕大部分為銅皮）時(shí)，控制Cpk≈1，X方向與Y方向的過(guò)程能力圖如圖6與圖7所示，從圖中可以看出，芯板X(qián)（長(zhǎng)）方向控制能力為±0.02 mm，Y（短）方向控制能力為±0.0127 mm。長(zhǎng)方向控制能力也差于短方向，但大銅皮芯板的控制能力比大基材芯板要好0.0075 mm ～ 0.01 mm。

圖6 大銅皮芯板X(qián)（長(zhǎng)）方向非線性

圖7 大銅皮芯板Y（短）方向非線性

3.2 壓合后板非線性

將芯板進(jìn)行Pin-Lam壓合后用X-Ray抓靶測(cè)量其非線性漲縮。大基材芯板壓合后，控制Cpk≈1時(shí)，壓合板X(qián)（長(zhǎng)）方向控制能力為±0.014 mm，Y（短）方向控制能力為±0.012 mm。X，Y方向相當(dāng)。芯板壓合后，X-Ray抓靶時(shí)抓的是所有層中靶標(biāo)重合的區(qū)域，起到了一個(gè)折衷的效果，故壓合之后的非線性較芯板好。

大銅皮芯板壓合后，控制Cpk≈1時(shí)，壓合板X(qián)（長(zhǎng)）方向控制能力為±0.011 mm，Y（短）方向控制能力為±0.017 mm，由此可見(jiàn)，大銅皮與大基材芯板在壓合后的非線性規(guī)律性差異不大，但芯板壓合后的非線性差異能力近似于±0.0127 mm。

圖8 大基材壓合板X(qián)（長(zhǎng)）方向非線性

4 結(jié)論

（1）芯板壓合后的非線性差異約為±0.0127 mm，且隨機(jī)分布，一定程度上影響到了層間對(duì)位精度；

（2）殘銅率不同的芯板壓合后的非線性差異不大；

（3）不同殘銅率的芯板之間的非線性差異在0.0076 mm ～ 0.01 mm之間。

圖9 大基材壓合板Y（短）方向非線性

圖10 大銅皮壓合板X(qián)（長(zhǎng)）方向非線性

圖11 大銅皮壓合板Y（短）方向非線性

［1］鄧丹，吳豐順，許鵬等. 多層板層壓過(guò)程中的尺寸收縮分析［J］. 印制電路信息，2010（Z1）:172-180.

［2］龔俊，陳濤，張晃初等.多層板漲縮性層偏改善方法及監(jiān)控方式解析［J］. 孔化與電鍍，2012（1）:28-32.

［3］鄧丹. PCB工藝內(nèi)短問(wèn)題研究及控制策略［D］. 武漢:華中科技大學(xué)，2010.

［4］朱秀峰. PCB尺寸脹縮的危害剖析及應(yīng)對(duì)［J］. 印制電路信息，2007（7）:26-28.

李娟，碩士學(xué)位，現(xiàn)任助理工程師。

The characterization method of non-linear expansion-shrinkage and im pact study

LI Juan SHI Hong-yu LI Yan-guo

In the process of PCB manufacturing， the non-uniform internal stress and the unmatched thermal coefficients can induce the expansion and shrinkage of the cores. This paper proposed a characterization method of non-linear expansion-shrinkage. It regarded the pattern center as the origin point of the axes coordinate system， and then calculated the theoretic coordinates w ith CAD. The difference between actual and theoretic coordinates was the non-liner difference. Then we made a process capability graph about the non-liner difference. Results indicated that the control ability was nearly ±0.5m il. So we could come to a conclusion that non-linear expansion-shrinkage affect the contraposition accuracy to a certain degree.

Non-Linear Expansion and Shrinkage； Characterization Method； Contraposition

TN41

A

1009-0096（2015）12-0029-03