特殊壓合設(shè)計結(jié)構(gòu)板變形分析與控制

楊海云（東莞生益電子有限公司，廣東 東莞 523127）

特殊壓合設(shè)計結(jié)構(gòu)板變形分析與控制

Paper Code: S-091

楊海云
（東莞生益電子有限公司，廣東 東莞 523127）

文章通過對特殊壓合設(shè)計結(jié)構(gòu)的PCB進(jìn)行具體分析和研究，特別是對以一階HDI、二階HDI、三階HDI設(shè)計為主的多層積壓結(jié)構(gòu)，以及以S+HDI、Sequential設(shè)計為主的CORE壓+多層積壓結(jié)構(gòu)的PCB生產(chǎn)流程、變形影響因素和過程變形率進(jìn)行跟進(jìn)、分析及數(shù)據(jù)收集整理，根據(jù)PCB在生產(chǎn)過程中的變形規(guī)律，建立了一套行之有效的多層積壓結(jié)構(gòu)和CORE壓+多層積壓結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工具預(yù)補(bǔ)償規(guī)則，通過預(yù)先對生產(chǎn)工具進(jìn)行補(bǔ)償，解決了板材本身固有的變形影響；同時，通過采用X-RAY分類方法，對PCB生產(chǎn)過程中板變形狀況進(jìn)行監(jiān)控和分類，以消除生產(chǎn)過程累積偏差對板變形產(chǎn)生的影響。

多層積壓法；CORE壓法+多層積壓法； X射線；板變形

1 前言

隨著電子產(chǎn)品向多功能化復(fù)雜化方向發(fā)展，對電子元器件接點(diǎn)距離的縮小，信號傳送速度的提高提出了更高的要求。為配合電子元件構(gòu)裝的小型化及陣列化，PCB板也不斷的提高密度以應(yīng)其需求。BGA（Ball GridArray）、CSP（Chip Scale Package）、DCA（Direct Chip Attachment）等組零件組裝方式的出現(xiàn)，更將PCB推向前所未有的高密度、多層次境界，隨之而來的是接線數(shù)量的提高、點(diǎn)間配線的長度局部性縮短，這些就需要應(yīng)用高密度線路配置及微孔技術(shù)來達(dá)成目標(biāo)。

由于PCB密集程度越來越高，其設(shè)計結(jié)構(gòu)和壓合方式也越來越復(fù)雜，一階、二階、三階、N階任意層內(nèi)互連孔結(jié)構(gòu)以及Sequential和S+HDI設(shè)計結(jié)構(gòu)成為常見，為滿足生產(chǎn)要求，多層積壓法、CORE壓法+多層積壓法等特殊壓合方式也隨之出現(xiàn)。這此特殊設(shè)計結(jié)構(gòu)和壓合方式中常用到0.05 mm ～ 0.10 mm薄芯板，剛性低，壓合過程受應(yīng)力影響變形大；內(nèi)層PAD/孔環(huán)設(shè)計尺寸越來越小，增加了生產(chǎn)過程的對位難度；生產(chǎn)加工流程復(fù)雜，需經(jīng)過多次鉆孔、沉銅電鍍、VCP填孔、塞孔及陶瓷磨板，流程累積變形量大。

基于設(shè)計要求高、生產(chǎn)難度大、加工流程長等因素制約，在生產(chǎn)一階、二階、三階、N階任意層內(nèi)互連孔結(jié)構(gòu)板以及Sequential和S+HDI設(shè)計結(jié)構(gòu)板時，常出現(xiàn)板變形超出控制范圍的問題，由此衍生出諸多的板變形異常處理U單工具，有的由于變形過大最終導(dǎo)致偏位報廢，造成不可挽回的財產(chǎn)損失。因此，對特殊設(shè)計結(jié)構(gòu)和壓合方式的PCB板生產(chǎn)過程漲縮變形控制能力也提出了更高的要求。

2 特殊設(shè)計結(jié)構(gòu)及壓合方式

根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)及壓合方式，分為一階、二階、三階、N階任意層內(nèi)互連孔Sequential和S+HDI和多層積壓法、CORE壓法+多層積壓法等特殊壓合方式，見表1。

表1 特殊設(shè)計結(jié)構(gòu)及壓合方式

續(xù)表:表(1)

3 多層積壓法及CORE壓+多層積壓法結(jié)構(gòu)生產(chǎn)流程設(shè)計

圖1 特殊設(shè)計結(jié)構(gòu)生產(chǎn)流程

4 多層積壓法及CORE壓+多層積壓法結(jié)構(gòu)變形分析

4.1 板變形影響因素及范圍

多層積壓法產(chǎn)品主要是以一階、二階、三階及N階任意層內(nèi)互連孔HDI設(shè)計結(jié)構(gòu)為主，這類設(shè)計的產(chǎn)品需經(jīng)過多次鉆孔、沉銅電鍍、VCP填孔、塞孔及陶瓷磨板，其流程多過程變形量大，工具預(yù)補(bǔ)償系數(shù)不準(zhǔn)確，導(dǎo)致偏位報廢高或過程U單工具非常多； 而CORE壓法+多層積壓法主要應(yīng)用在Sequential、S+HDI結(jié)構(gòu)中，部分產(chǎn)品是埋銅塊工藝的需要，另有部分產(chǎn)品是通盲導(dǎo)孔電氣性能制作的需求。生產(chǎn)過程中同樣有鉆孔、沉銅電鍍及陶瓷磨板對板變形產(chǎn)生影響，但對板變形影響最大的是CORE壓過程的變形，尤其是排板結(jié)構(gòu)中設(shè)計成單張光銅皮的芯板，其變形量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同規(guī)格的內(nèi)層圖形芯板，這主要是CORE壓結(jié)構(gòu)的板光銅皮與鋼板直接接觸，其漲縮變形受到鋼板的影響已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于板材本身固有的特性，故其變形量也有著非常大的差異。

由于不同的設(shè)計結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)流程，板變形的影響因素和受影響的工具也不同，下表2是不同設(shè)計結(jié)構(gòu)和壓合方式的板變形影響因素及影響范圍。

4.2 生產(chǎn)過程實(shí)際變形率

4.2.1 二次積壓法過程變形率

表2 板變形影響因素及影響范圍

此類壓合設(shè)計結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在一階、二階HDI板中。定義二次積壓過程芯板變形率為A2；子板變形率為B2；經(jīng)過生產(chǎn)跟進(jìn)及數(shù)據(jù)收集和整理，獲得二次積壓法芯板變形率A2見表3、次外層變形率B2見表4。

表3 二次積壓法芯板變形率A2

表4 二次積壓法次外層變形率B2

4.2.2 二次CORE壓+積壓法過程變形率

此類壓合設(shè)計主要應(yīng)用在Sequential結(jié)構(gòu)中。定義二次CORE壓+積壓法芯板變形率為A2”；子板變形率為B2”；子芯板B2”芯；經(jīng)過生產(chǎn)跟進(jìn)及數(shù)據(jù)收集和整理，獲得二次CORE壓+積壓法芯板變形率A2”見表5、子板變形率B2”見表6、子芯板B2”芯變形率見表7。

表5 二次CORE壓+積壓法芯板變形率A2”

表6 二次CORE壓+積壓法次外層變形率B2”

表7 子芯板B2”芯變形率

4.2.3 三次積壓法過程變形率

此類壓合設(shè)計主要應(yīng)用二階、三階HDI結(jié)構(gòu)中。本文定義三次積壓過程中芯板變形率為A3；子子板變形率為B-13；子板變形率為B3；經(jīng)過生產(chǎn)跟進(jìn)及數(shù)據(jù)收集和整理，獲得三次積壓法芯板變形率A3見表8、子子板變形率B-13見表9；子板變形率B3見表10。

表8 三次積壓法芯板變形率A3

表9 三次積壓法次次外層變形率B3-1

表10 三次積壓法次外層變形率B3

4.2.4 三次CORE壓+積壓法過程變形率

此類壓合設(shè)計主要應(yīng)用在S+HDI結(jié)構(gòu)中，本文定義三次壓合結(jié)構(gòu)（CORE壓法+積壓法）過程中芯板變形率為A3“；子子板變形率為B-13“；子板變形率為B3”； 經(jīng)過生產(chǎn)跟進(jìn)及數(shù)據(jù)收集和整理，獲得三次積壓法芯板變形率A3“見表11、子子板變形率B-13”見表12；子板變形率B3“見表13。

表11 三次CORE壓+積壓法芯板變形率為A3“

表12 三次CORE壓+積壓法次次外層變形率為B3“-1

4.2.5 子板陶瓷磨板變形率和沉銅電鍍變形率

子板陶瓷磨板變形率和沉銅電鍍變形率與子板壓合厚度有關(guān)，本文定義陶瓷磨板變形率為C；沉銅電鍍變形率為D，根據(jù)不同厚度的子板收集相應(yīng)的子板陶瓷磨板變形率和沉銅電鍍變形率，分別見表14和表15。

表14 子板陶瓷磨板變形率C

表15 子板沉銅電鍍變形率D

5 多層積壓法、CORE壓+多層積壓法結(jié)構(gòu)板變形控制

5.1 預(yù)補(bǔ)償工具方法及應(yīng)用

預(yù)補(bǔ)償工具方法就是對生產(chǎn)流程中所使用到的工具進(jìn)行預(yù)先補(bǔ)償，根據(jù)特殊結(jié)構(gòu)板的生產(chǎn)流程和過程變形率，對生產(chǎn)工具進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償，以減少產(chǎn)品的變形導(dǎo)致報廢。工具預(yù)補(bǔ)償規(guī)則見表16。

表16 工具預(yù)補(bǔ)償規(guī)則

通過預(yù)補(bǔ)償工具，板在整個制作過程中偏差都非常小，采用預(yù)補(bǔ)償方法可以有效減少板變形，從而提高生產(chǎn)合格率和減少報廢。

5.2 X-RAY分類方法及應(yīng)用

PCB經(jīng)過壓合流程后會出現(xiàn)板變形監(jiān)控壓合后變形情況，一般采用三個“L”型孔設(shè)計，但只能監(jiān)控到板的長邊變形狀況，對于短邊無法監(jiān)控到?，F(xiàn)在采用板邊多增加四個X-RAY孔，鉆靶時量測出四個X-RAY孔間的距離L1/L2、W1/W2，X-RAY孔設(shè)計見圖2。

圖2 X-RAY孔設(shè)計圖

以D08005327A4為例，批量30PCS，分別用X-RAY機(jī)鉆出板邊四個X-RAY孔，L1/L2、W1/W2實(shí)測值見下表，理論值長邊509.540 mm ，短邊288.592 mm。

表17 X-RAY實(shí)測值

續(xù)表:表(17)

獲得每塊板四邊的實(shí)測數(shù)據(jù)，再用實(shí)測數(shù)據(jù)減去理論數(shù)據(jù)，得到每條邊的偏差RL1、RL2、RW1、RW2，見表20。

表18 X-RAY偏差量

續(xù)表:表(18)

現(xiàn)將每塊板的長邊短邊的偏差按長邊最大與短邊最大值、長邊最小值與短邊最小值組合成坐標(biāo)點(diǎn)，按±2 mil區(qū)間對偏差分類進(jìn)行分類，對每一類板用不同的U單號標(biāo)記區(qū)分，并通過分別調(diào)整每類板的鉆帶、菲林工具來消除生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的板變形。

6 總結(jié)

（1）多階HDI及Sequential設(shè)計結(jié)構(gòu)的PCB板含有多次壓合流程，板受壓后變形大，需根據(jù)其生產(chǎn)流程和壓板方式，對生產(chǎn)工具進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償，以減少產(chǎn)品的變形導(dǎo)致報廢；

（2）多階HDI及Sequential設(shè)計結(jié)構(gòu)的PCB板需經(jīng)過多次沉銅、電鍍、填孔、磨板等流程制作，加工過程對PCB的變形影響也非常大，在生產(chǎn)過程采用X-RAY分類方法，不僅可監(jiān)控產(chǎn)品的變形狀況，還可及時消除生產(chǎn)過程累積偏差產(chǎn)生的板變形給品質(zhì)帶來的隱患。

[1]江正全等. 板材補(bǔ)償系數(shù)淺談.

[2]劉海龍等. PCB生產(chǎn)過程中產(chǎn)生變形的原因及改善.

楊海云，工藝部高級工程師，主要負(fù)責(zé)層間對準(zhǔn)度控制、芯板變形伸縮控制，以及AOI自動光學(xué)檢測的技術(shù)管理工作。

Special pressing design structure analysis and control of deformation of plate

YANG Hai-yun

This article studies through carries on the concrete analysis and research on the production process of PCB alloy design structure of special pressure, for the multilayer with one order HDI, two order HDI, three order HDI design of the backlog of structure, as well as S+HDI, Sequential design based CORE pressure + multilayer backlog of structure of PCB production process. The influence factors and the deformation process of plate deformation rate of follow-up analysis and data collection are studied according to the deformation regularity of PCB in the production process, to establish a production tool pre compensation rules, and a set of effective multi-layered backlog structure and CORE pressure + multilayer structure through the backlog. The instruments of production are compensated in advance, which solved the problem of deformation of the plate itself inherent. At the same time, through the use of X-RAY classification methods, monitoring and classification of PCB in the production process of plate deformation condition, it can eliminate the influence of the production process of plate deformation produced by the cumulative deviation.

Multilayer Backlog Method; CORE Compression Method + Multilayer Backlog Method; X-RAY; Plate Deformation

TN41

A

：1009-0096（2015）03-0064-13