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）

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(yàn)驗(yàn)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(yán)格等。板厚均勻性，是衡量PCB板尺寸的一個重要指標(biāo)，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(dá)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(yàn)驗(yàn)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(diǎn)多。我司高速材料PCB產(chǎn)品壓合的壓機(jī)選擇為BK壓機(jī)，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(jìn)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(shí)驗(yàn)板進(jìn)行具體研究。

2 試驗(yàn)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(jī)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(rèn)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(jìn)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(yàn)——棕黑化

2.1.7 外層流程

配板——層壓——外層鉆靶——銑邊

3 試驗(yàn)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dá)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(dá)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?yàn)楣に囘呏挥绊懓暹叺陌搴窬鶆蛐?，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(dá)到2.9；

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

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

（4）殘銅率9%區(qū)域板厚公差±1.53%，CPK能力達(dá)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(shí)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(dá)到2.65；

（2）隔兩層區(qū)域板厚公差±2.64%，CPK能力達(dá)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(dá)到3.32；

（4）中間兩層和次外層板厚公差±1.65%，CPK能力達(dá)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(yàn)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(yàn)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(yàn)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(jī)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(yàn)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(yàn)證結(jié)果在預(yù)研目標(biāo)±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(yàn)驗(yàn)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(jìn)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(fù)責(zé)鉆孔、外形工序現(xiàn)場技術(shù)。

Research on a novel technology for backdrilling

LI Zhi

Plate thickness uniform ity is an important factor influencing the performance of high speed PCB products. This article systematically analyzes the different process frame， graphic distribution and residual copper rate of our existing high-speed PCB product thickness uniform ity influence mainly from the high speed PCB product engineering design and combined w ith the experimental verification， and lay the foundation for the subsequent high speed PCB products to enhance the capacity of the plate thickness control.

Plate Thickness； Process Frame； Residua l Copper Rate

TN41

A

1009-0096（2015）12-0020-04