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        高層數(shù)板內(nèi)層孔線間距制程能力測(cè)試

        2021-01-11 05:27:46張仁軍牟玉貴
        印制電路信息 2020年11期
        關(guān)鍵詞:層板內(nèi)層底片

        張仁軍 牟玉貴 鄧 嵐 王 素

        (四川英創(chuàng)力電子科技股份有限公司,四川 遂寧 636400)

        0 背景

        隨著電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展和信息產(chǎn)品的升級(jí)換代,電子整機(jī)產(chǎn)品不斷朝環(huán)?;?、多功能化、小型化、輕量化方向發(fā)展,對(duì)印制電路板(PCB)制造技術(shù)性能提出越來(lái)越高的要求,設(shè)計(jì)工程師在布線時(shí)內(nèi)外層的線寬/間距及孔到內(nèi)層導(dǎo)體的最小間距也越來(lái)越小,對(duì)于印制板的層間對(duì)位精度的也越來(lái)越高,在高層數(shù)印制線路板的生產(chǎn)過(guò)程中,層偏現(xiàn)象是普遍存在且無(wú)法避免的。

        我公司現(xiàn)有一款12 層板,內(nèi)層孔到相鄰線最小間距0.132 mm,超出常規(guī)制程能力(≥0.178 mm)。為了滿(mǎn)足客戶(hù)要求,提升不同層數(shù)的內(nèi)層孔與導(dǎo)體間距的極限生產(chǎn)能力刻不容緩。現(xiàn)通過(guò)跟進(jìn)了解我公司目前高多層板孔到導(dǎo)體間距的實(shí)際制程能力,為市場(chǎng)接單提供數(shù)據(jù)參考。

        1 孔到導(dǎo)體測(cè)量與設(shè)計(jì)方法

        本實(shí)驗(yàn)對(duì)層偏量的大小定義,以蝕刻后測(cè)量測(cè)試區(qū)孔到導(dǎo)體不同間距的短路數(shù)據(jù)作為層偏判定的標(biāo)準(zhǔn)。

        層偏測(cè)試圖形及設(shè)計(jì)大小見(jiàn)圖1。根據(jù)已使用的材料的收縮規(guī)律,內(nèi)層生產(chǎn)底片的預(yù)放設(shè)計(jì)按:X預(yù)漲0.00030%,Y預(yù)漲0.00035%。

        2 實(shí)驗(yàn)

        本課題選取對(duì)象為10層和12層兩款料號(hào),在工程文件設(shè)計(jì)時(shí)板邊框添加隔離環(huán)與測(cè)試孔,生產(chǎn)過(guò)程按策劃要求進(jìn)行管控,過(guò)程跟進(jìn)并記錄數(shù)據(jù),板子蝕刻后統(tǒng)計(jì)和分析層偏數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)。

        2.1 測(cè)試板選擇與壓合疊層結(jié)構(gòu)信息

        本課題選取對(duì)象為10層和12層兩款料號(hào),在工程文件設(shè)計(jì)時(shí)板邊框添加隔離環(huán)與測(cè)試孔。多層板疊層對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu),一次性壓合。產(chǎn)品基本信息如表1所示。

        2.2 測(cè)試過(guò)程管控

        過(guò)程管控要求見(jiàn)表2所示。

        2.2.1 生產(chǎn)流程

        工程資料設(shè)計(jì)→開(kāi)料→內(nèi)層→壓合→鉆孔→一銅→線路→圖電→蝕刻→結(jié)果測(cè)試。

        2.2.2 過(guò)程管控計(jì)劃

        過(guò)程管控計(jì)劃要求見(jiàn)表2所示。

        2.3 關(guān)鍵生產(chǎn)過(guò)程信息及數(shù)據(jù)收集

        2.3.1 開(kāi)料過(guò)程

        (1)開(kāi)料按工程圖一致,所有芯板經(jīng)緯方向一致;

        (2)開(kāi)料后烤板150 ℃、4 h,烤板時(shí)疊層厚度≤30 mm。

        圖1 層偏測(cè)試圖形

        表1 生產(chǎn)PCB基本信息(單位:mm)

        表2 過(guò)程管控要求

        2.3.2 內(nèi)層線路

        (1)底片曝光前使用二次元測(cè)量漲縮,控制底片漲縮與CAM值差異≤0.038 mm,每層底片之間的極差≤0.038 mm。圖2為測(cè)量示意圖。

        (2)10層板底片使用前測(cè)量數(shù)據(jù)如表3。①上機(jī)前測(cè)量生產(chǎn)底片與原稿對(duì)比:X方向漲0.020~0.038 mm,Y方向縮0.025~0.033 mm,(要求生產(chǎn)底片在X方向和Y方向的漲縮均≤0.038 mm),符合生產(chǎn)管控要求。②底片每層之間極差要≤0.025 mm,實(shí)際X方向最大極差為0.018 mm,Y方向最大極差為0.008 mm,符合生產(chǎn)要求。

        (3)12層生產(chǎn)板底片使用前測(cè)量數(shù)據(jù)如表4。①上機(jī)前測(cè)量生產(chǎn)底片X方向漲0.021~0.037 mm,Y方向收縮0.013~0.036 mm(要求生產(chǎn)底片在X方向和Y方向的漲縮均≤38 μm),符合生產(chǎn)管控要求。②底片每層之間極差要≤0.025 mm,實(shí)際X方向最大極差為0.016 mm,Y方向最大極差為0.023 mm,符合生產(chǎn)要求。

        圖2 底片漲縮測(cè)量示意圖

        (4)10層板內(nèi)層蝕刻后層間極差測(cè)量數(shù)據(jù)如表5。內(nèi)層完成線路蝕刻后,首檢測(cè)量層間最大極差為:X 方向0.021 mm,Y方向上0.009 mm,符合要求。

        (5)12層板內(nèi)層蝕刻后層間極差測(cè)量數(shù)據(jù)如表6。12層板內(nèi)層完成線路蝕刻后,首檢測(cè)量層間最大極差為:X 方向0.033mm,Y方向上0.032 mm,符合要求。

        (6)內(nèi)層隔離環(huán)側(cè)蝕量測(cè)量數(shù)據(jù)。

        在內(nèi)層蝕刻后,隔離環(huán)會(huì)相應(yīng)的變大,故對(duì)測(cè)試點(diǎn)隔離環(huán)蝕刻后做了相應(yīng)的測(cè)量,具體數(shù)據(jù)變化如表7,測(cè)試隔離環(huán)蝕刻后變大0.026~0.029 mm。

        表3 10層板底片使用前測(cè)量數(shù)據(jù)(單位:mm)

        表4 12層板底片使用前測(cè)量數(shù)據(jù)(單位:mm)

        表5 10層板內(nèi)層蝕刻后測(cè)量數(shù)據(jù)(單位:mm)

        表6 12層板內(nèi)層蝕刻后測(cè)量數(shù)據(jù)(單位:mm)

        表7 內(nèi)層隔離環(huán)側(cè)蝕量測(cè)量數(shù)據(jù)(單位:mm)

        2.3.3 壓合

        壓合是影響生產(chǎn)板層偏量的關(guān)鍵工序,同時(shí)壓合后的漲縮數(shù)據(jù)也將影響鉆孔位與內(nèi)層圖形的偏移,管控壓合的層偏及壓合后漲縮數(shù)據(jù)收集,并調(diào)整好鉆帶系數(shù)非常關(guān)鍵。

        (1)壓合層偏管控。本次實(shí)驗(yàn)采用熱熔+鉚合的生產(chǎn)方式進(jìn)行過(guò)程生產(chǎn)管控,熱熔后用X-ray100%確認(rèn)是否層偏(如圖3)各層同心圓間隔均勻穩(wěn)定,無(wú)相切(資料設(shè)計(jì)同心圓相切為0.05 mm),符合要求可以正常生產(chǎn)。

        (2)壓合漲縮管控。壓合后,X-ray打靶后全部測(cè)量漲縮值(超出±0.05 mm修改鉆帶)。

        圖3 壓合層偏管控

        ①10層板壓合漲縮打靶數(shù)據(jù)測(cè)量,見(jiàn)表8所示。打靶后測(cè)量數(shù)據(jù)X方向漲0.001~0.032 mm,Y方向縮0.088~0.035 mm,鉆帶按±0.05 mm做拉伸要求,X方向最大為0.032 mm不做拉伸,Y方向按(最大漲縮值+最小漲縮值)/2來(lái)取中值拉伸,及Y方向鉆帶需要縮0.062 mm。最終鉆帶修訂為X:1:1Y方向-0.062 mm,鉆帶與板子最大和最小漲縮值均在0.05 mm以?xún)?nèi)。

        ②12層板壓合漲縮打靶數(shù)據(jù)測(cè)量,見(jiàn)表9所示。打靶后測(cè)量數(shù)據(jù)X方向縮0.063~0.025 mm,Y方向縮0.088~0.012 mm,鉆帶按±0.05 mm做拉伸要求,拉伸系數(shù)計(jì)算方法(最大漲縮值+最小漲縮值)/2來(lái)取中值拉伸,及X方向(0.063+0.025)/2=0.044 mm,Y方向(0.088+0.012)/2=0.05 mm。最終鉆帶修訂為X:-0.044 mm,Y方向-0.05 mm,鉆帶與板子最大和最小漲縮值均在0.05 mm以?xún)?nèi)。

        2.3.4 鉆孔

        (1)鉆孔采用大族鉆機(jī)生產(chǎn),生產(chǎn)前確認(rèn)鉆機(jī)精度Cpk ≥1.33。

        (2)生產(chǎn)鉆帶根據(jù)打靶漲縮值,使用相應(yīng)的拉伸鉆帶生產(chǎn),并對(duì)每個(gè)料號(hào)鉆板邊首檢確認(rèn)無(wú)偏孔再正式生產(chǎn),首檢X-ray確認(rèn)品質(zhì)正常,見(jiàn)圖4所示,鉆孔對(duì)準(zhǔn)度符合要求。

        2.3.5 一銅到后成品檢驗(yàn)

        正常流程生產(chǎn)。

        3 測(cè)試數(shù)據(jù)收集

        3.1 短路測(cè)試

        (1)測(cè)試方法。

        板子在蝕刻后用萬(wàn)能表進(jìn)行短路測(cè)試分析,短路測(cè)試測(cè)量四個(gè)角隔離環(huán),收集最大短路點(diǎn)數(shù)據(jù)。然后切片對(duì)板四個(gè)角各取一個(gè)做切片觀察,測(cè)量出每層線路之間的偏移量。

        (2)短路測(cè)試數(shù)據(jù)收集。

        短路測(cè)試為對(duì)每片板四個(gè)角上的隔離環(huán)進(jìn)行短路測(cè)量,測(cè)試層偏數(shù)據(jù)如表10所示。

        表8 10層板壓合漲縮數(shù)據(jù)

        表9 12層板壓合漲縮數(shù)據(jù)

        圖4 鉆孔對(duì)準(zhǔn)度

        表10 四個(gè)角測(cè)試點(diǎn)的層偏數(shù)據(jù)

        3.2 層偏測(cè)試切片分析

        分別對(duì)兩個(gè)料號(hào)測(cè)試板各取2片,進(jìn)行四個(gè)角取樣進(jìn)行切片數(shù)據(jù)收集,測(cè)量出內(nèi)層各層線路之間的層偏數(shù)據(jù),如表11、表12所示。10層板在X方向上的最大層偏量為0.080 mm,在Y方向上的最大層偏量為0.093 mm。抽測(cè)生產(chǎn)樣板的最大層偏為0.093 mm。12層生產(chǎn)板在X方向上的最大層偏量為0.085 mm,在Y方向上的最大層偏量為0.076 mm。抽測(cè)生產(chǎn)樣板的最大層偏為0.085 mm。

        表11 10層板的層偏測(cè)試PAD的切片測(cè)量數(shù)據(jù)

        表12 12層板的層偏測(cè)試PAD的切片測(cè)量數(shù)據(jù)

        4 數(shù)據(jù)信息匯總

        通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)分析得出結(jié)論,多層板孔到導(dǎo)體制程管控主要通過(guò)內(nèi)層芯板漲縮,內(nèi)層線路底片漲縮,兩面圖形偏移,壓合疊合層偏以及鉆孔鉆機(jī)精度及鉆帶系數(shù)與壓合后的板子漲縮匹配性幾個(gè)方面控制,可以提升高層板的孔到導(dǎo)體制程能力,具體收集數(shù)據(jù)匯總見(jiàn)表13。

        表13 層偏數(shù)據(jù)匯總

        5 結(jié)論

        (1)通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析,孔到導(dǎo)體通過(guò)開(kāi)料、內(nèi)層、壓合、鉆孔關(guān)鍵工序按上述過(guò)程管控,高層板孔到導(dǎo)體制程能力可以得到提升0.04~0.070 mm。以實(shí)際測(cè)試兩個(gè)料號(hào)結(jié)果來(lái)看,層偏短路最大為0.100 mm,加上考慮其燈芯效應(yīng)的影響,對(duì)于12層以?xún)?nèi)的多層板實(shí)際孔到導(dǎo)體制程能力能達(dá)到0.125 mm。根據(jù)此次試板影響層偏的關(guān)鍵參數(shù)可以理論計(jì)算出不同層數(shù)的孔到導(dǎo)體間距,為市場(chǎng)接單及工程處理CAM資料提供數(shù)據(jù)參考。

        (2)以上只針對(duì)普通結(jié)構(gòu)的高層板作為測(cè)試,測(cè)試結(jié)果短路不包含燈芯效應(yīng)等因數(shù),故而實(shí)際制程能力在以上測(cè)試基礎(chǔ)上應(yīng)加大0.025 mm。如果為特殊結(jié)構(gòu)板時(shí)(厚銅、盲孔,埋孔,兩次或以上壓合結(jié)構(gòu)產(chǎn)品),根據(jù)設(shè)計(jì)文件進(jìn)行評(píng)估。

        (3)通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)于影響孔到導(dǎo)體間距的各關(guān)鍵工序制定控制措施,完善工序相關(guān)作業(yè)指導(dǎo)書(shū)。

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