精細線路板面粗糙度分析及驗證

朱 拓 劉劍鋒（深圳崇達多層線路板有限公司，廣東 深圳 518132）

精細線路板面粗糙度分析及驗證

朱 拓 劉劍鋒
（深圳崇達多層線路板有限公司，廣東 深圳 518132）

線路板進一步向高密度發(fā)展，線寬線間距不斷縮小，對板面粗糙度的要求也隨之提升。文章主要分析了精細線路印制板板面粗糙度原理，并驗證了“砂帶+不織布”磨板的板面粗糙度效果。實驗表明，使用1000#砂帶+600#不織布磨板可獲得最佳板面粗糙度，板厚≥1.0mm時，才建議使用此類磨板方法制作。

精細線路；板面粗糙度；砂帶磨板；不織布磨板

1 前言

線路板高密度化進一步提升，對于線路要求，從0.1 mm提升至目前的0.05 mm甚至更小，這對銅面均勻性及貼干膜等工序的品質(zhì)提出了更高的挑戰(zhàn)。對于負片板，板面打磨后如果磨痕過于粗糙，則很容易造成后工序貼膜不良、滲鍍，乃至金面色差、滲金等品質(zhì)問題。本文主要通過分析磨板后粗糙度的形成原理，針對“不同砂帶+不織布”的組合磨板方式加以討論，為精細線路PCB制作提供方法。

2 原理分析

2.1 粗糙度測量原理

表示粗糙度的參數(shù)有很多，包括輪廓算術(shù)平均偏差（Ra）、微觀不平十點高度（Rz）、輪廓最大高度（Ry）等。業(yè)界一般用Ra表示粗糙度，由于印制板制造過程中涉及到的都是整板的“面”粗糙度，而不是微觀的“線”或者“點”，所以使用Ra表示粗糙度更直觀和方便。Ra被稱為“輪廓算數(shù)平均偏差”。

（1）輪廓的最小二乘中線（以下簡稱：輪廓中線）（m）

中線，是指測量表面粗糙度的基準線，它具有與被測表面一致的幾何輪廓形狀（如直線、圓弧線等）。最小二乘中線是在取樣長度內(nèi)使輪廓線上各點的輪廓偏距yi的平方和為最小的那條線，如圖1所示。

圖1 輪廓中線選取示意圖

（2）輪廓算術(shù)平均偏差Ra

取樣長度內(nèi)，被測輪廓上的各點至輪廓中線偏距絕對值的算術(shù)平均值，如圖2所示，計算方法如式1所示。

式中：y——被測輪廓上的各點至輪廓中線偏距函數(shù)，mm；

x——被測輪廓上的各點與輪廓中線交點的橫坐標值；

yi——被測輪廓上的各點至輪廓中線偏距值，mm；

n——取樣長度內(nèi)yi的個數(shù)。

圖2 輪廓算術(shù)平均偏差Ra示意圖

由輪廓中線及Ra的算法可知，表面粗糙度取決于外界對物體表面打磨、損傷等作用，外界對物體的摩擦、損傷越大，物體表面粗糙度就越大。

線路板生產(chǎn)過程中，銅面均勻性并非越大越好。對于不同的銅面粗糙度與干膜的結(jié)合力，做出表1所示分析。

表1 不同板面粗糙度貼干膜效果

由表1可知，當銅面粗糙度既“均勻”又“粗糙”，并且“適中”的時候，干膜與銅面的結(jié)合力最好。根據(jù)標準及經(jīng)驗，當銅面粗糙度在0.23 mm ～0.42 mm時，與干膜的結(jié)合力最佳。

2.2 不同磨板材料分析

目前線路板磨板材料一般包括：不織布滾輪、氧化鋁（金剛砂）磨料、火山灰磨料、陶瓷滾輪、超粗化藥水，各種物料根據(jù)生產(chǎn)流程及板面粗糙度的不同需求而被用在內(nèi)層、外層、樹脂塞孔、阻焊等工序。除超粗化是倚靠化學藥水對銅面進行微蝕外，其余均倚靠物理的方法對板面打磨。

磨板材料一般硬度比銅大，這樣才能起到打磨板面的效果。對于普遍使用的幾種磨板材料硬度如表2所示。

從表2可以看出：

（1）目前所有的物理磨板材料莫氏硬度均大于銅，所以才能對銅起到打磨效果；

（2）其中金剛砂莫氏硬度最大，但其配套使用工具是磨刷，而陶瓷磨板滾輪是一個整體的磨板工具，所以，磨板過程中，陶瓷磨刷相對于金剛砂+磨刷磨板切削力更大，磨板更鋒利，在實際生產(chǎn)過程中也驗證了這一現(xiàn)象，所以對于目前的精細線路、銅厚要求嚴格的產(chǎn)品，陶瓷滾輪磨板較難控制；

（3）不織布磨刷也是一體磨板工具，但其主要由丙綸、滌綸等材料構(gòu)成，材料硬度相對較低，對板面的切削效果較小，磨板效果較為細膩。

2.3 板面摩擦力原理分析

物理磨板方式需要給板面施加一個壓力，通過打磨使板面形成均勻粗糙效果。由于動摩擦力的方向與物體相對運動的方向相反，如圖3所示，磨刷或滾輪的速度vl＞板子運動的速度vb，所以板子相對于滾輪向左運動，所以板面受到滾輪的摩擦力f，其大小為公式2。

表2 不同磨板材料的硬度

式中：f——滑動摩擦力；

m——銅面與磨刷或者滾輪之間的動摩擦因素；

FN——磨刷或滾輪對板面施加的正壓力。

圖3 磨板時板面摩擦力分析示意圖

在摩擦力f的作用下，滾輪對板面進行打磨，使銅面形成均勻的粗糙面?？梢钥闯?，摩擦力f的大小，與動摩擦因素和實施于板面的正壓力均成正比。板面打磨的效果，從摩擦力的角度來看，一方面取決于磨板材料的選擇，另一方面取決于施加于板面的壓力。

3 試驗方案

3.1 實驗目的

以“不同砂帶與不織布磨板組合”的不同參數(shù)對磨板效果的影響，評估何種磨板參數(shù)最能確保板面粗糙度效果，及能獲得最佳貼膜效果。

3.2 試驗流程

試驗流程如圖4所示。

圖4 砂帶+不織布磨板試驗流程示意圖

3.3 試驗評估項目

（1）不同砂帶+不織布組合對銅表面粗糙狀況影響；

（2）不同磨板速度對銅表面粗糙度影響；

（3）不同不織布磨板壓力對銅表面粗糙度影響；

（4）砂帶打磨對不同板厚的尺寸變化影響。

3.4 試驗參數(shù)

3.5 測試方法

采用以上各組參數(shù)做完試驗后，通過以下兩種方法分析和觀察板面粗糙度效果；

（1）對于試驗評估項目1～3，使用粗糙度測試儀測量板面粗糙度9點測量，并使用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察對比銅表面微觀粗糙度圖片；

（2）對試驗評估項目4，使用二次元機測量磨板1次后、磨板2次后的板尺寸，與磨板前尺寸對比分析。

4 試驗結(jié)果及分析

4.1 不同砂帶+不織布組合對銅表面粗糙狀況影響

（1）使用表3中的第一組參數(shù)，選取4種“變量”（砂帶+不織布組合）做測試；

（2）結(jié)論：1000#砂帶+600#不織布組合對銅面處理效果最佳，最有利于干膜與銅面結(jié)合力。

4.2 不同磨板速度對銅表面粗糙度影響

（1）使用表3中的第二組參數(shù)，選取3種“變量”（砂帶、不織布磨板速度）做測試；

（2）結(jié)論：相同1000#砂帶+600#不織布組合和相同磨板壓力條件下，不同磨板速度對銅面粗糙度影響較小，均符合干膜制程要求。

4.3 不同磨板壓力對銅表面粗糙度影響

（1）使用表3中的第三組參數(shù)，選取3種“變量”（不織布磨板電流）做測試；

表3 試驗參數(shù)列表

（2）結(jié)論：1000#砂帶+600#不織布組合和相同磨板速度條件下，不同磨板壓力對銅面粗糙度影響較小，均符合干膜制程要求。

表4 砂帶+不織布組合參數(shù)對應磨板結(jié)果

4.4 砂帶打磨對不同板厚尺寸變化影響

（1）使用表3中的第四組參數(shù)，選取3種“變量”（不同板厚）做測試；

（2）結(jié)論：

①厚度為0.6 mm ～ 1.0 mm的板尺寸，漲縮值為0.0149 mm ～ 0.0625 mm，尺寸變化不符合工藝要求；

②厚度1.5 mm的板尺寸漲縮值-0.098 mm ～0.0231 mm，尺寸變化符合工藝要求；

③尺寸變化總體趨勢：隨著厚度的增加，板子尺寸變化量越小。

表5 不同磨板速度對應磨板結(jié)果

表6 不同不織布磨板參數(shù)對應磨板結(jié)果

表7 不同板厚參數(shù)對應漲縮效果

5 總結(jié)

經(jīng)過對粗糙度的理論分析，結(jié)合實際測試，可知，在不同壓力、磨板速度條件下，1000#砂帶+600#不織布組合所生產(chǎn)板銅面粗糙度最佳。

一般情況下，板厚≥1.0 mm時，才建議使用砂帶+不織布磨板，以保證板子尺寸的漲縮在可控范圍之內(nèi)。隨著厚度的增加，板子尺寸變化量越小。

[1]宋建遠. 3D激光顯微鏡在PCB表面粗糙度研究.印制電路信息. 2013. No.11.

[2]周毅等.HDI板塞埋孔微裂紋研究和改善.印制電路信息.2012 NO.9.

[3]林金堵,梁志立,鄔寧彪,龔永林,陳培良.現(xiàn)代印制電路先進技術(shù).[M].第三版.上海:CPCA,PCI,2013.

朱拓，從事線路板研發(fā)工作4年，研發(fā)工程師，主要從事新產(chǎn)品開發(fā)及制程能力改善工作。

Analysis and verification of the fine line PCB surface roughness

ZHU Tuo LIU Jian-feng

As PCB develop in the direction of high density, the line width, line clearance are narrowing and the requirement of surface roughness is also improving. The article main analyzes the fine line PCB surface roughness principle, and verifies the effect of "Abrasive belt + Non-woven" polish board surface roughness. Experimental results show that using 1000 # abrasive belt and 600 # non-woven polish board can obtain the best surface roughness. For the thickness 1.0 mm or more, we recommend the use of such production polishing method.

Fine Line; Surface Roughness; Abrasive Belt Polish Board; Non-Woven Polish Board

TN41

A

1009-0096（2015）01-0026-05