高層數(shù)板內(nèi)層孔線間距制程能力測試

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越小，對(duì)于印制板的層間對(duì)位精度的也越來越高，在高層數(shù)印制線路板的生產(chǎn)過程中，層偏現(xiàn)象是普遍存在且無法避免的。

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）。為了滿足客戶要求，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，為市場接單提供數(shù)據(jù)參考。

1 孔到導(dǎo)體測量與設(shè)計(jì)方法

本實(shí)驗(yàn)對(duì)層偏量的大小定義，以蝕刻后測量測試區(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)。

層偏測試圖形及設(shè)計(jì)大小見圖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)與測試孔，生產(chǎn)過程按策劃要求進(jìn)行管控，過程跟進(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)與測試孔。多層板疊層對(duì)稱結(jié)構(gòu)，一次性壓合。產(chǎn)品基本信息如表1所示。

2.2 測試過程管控

過程管控要求見表2所示。

2.2.1 生產(chǎn)流程

工程資料設(shè)計(jì)→開料→內(nèi)層→壓合→鉆孔→一銅→線路→圖電→蝕刻→結(jié)果測試。

2.2.2 過程管控計(jì)劃

過程管控計(jì)劃要求見表2所示。

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

2.3.1 開料過程

（1）開料按工程圖一致，所有芯板經(jīng)緯方向一致；

（2）開料后烤板150 ℃、4 h，烤板時(shí)疊層厚度≤30 mm。

圖1 層偏測試圖形

表1 生產(chǎn)PCB基本信息（單位：mm）

表2 過程管控要求

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為測量示意圖。

（2）10層板底片使用前測量數(shù)據(jù)如表3。①上機(jī)前測量生產(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)板底片使用前測量數(shù)據(jù)如表4。①上機(jī)前測量生產(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 底片漲縮測量示意圖

（4）10層板內(nèi)層蝕刻后層間極差測量數(shù)據(jù)如表5。內(nèi)層完成線路蝕刻后，首檢測量層間最大極差為：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量數(shù)據(jù)如表6。12層板內(nèi)層完成線路蝕刻后，首檢測量層間最大極差為：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)測試點(diǎn)隔離環(huán)蝕刻后做了相應(yīng)的測量，具體數(shù)據(jù)變化如表7，測試隔離環(huán)蝕刻后變大0.026～0.029 mm。

表3 10層板底片使用前測量數(shù)據(jù)（單位：mm）

表4 12層板底片使用前測量數(shù)據(jù)（單位：mm）

表5 10層板內(nèi)層蝕刻后測量數(shù)據(jù)（單位：mm）

表6 12層板內(nèi)層蝕刻后測量數(shù)據(jù)（單位：mm）

表7 內(nèi)層隔離環(huán)側(cè)蝕量測量數(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)測量，見表8所示。打靶后測量數(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以內(nèi)。

②12層板壓合漲縮打靶數(shù)據(jù)測量，見表9所示。打靶后測量數(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以內(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)無偏孔再正式生產(chǎn)，首檢X-ray確認(rèn)品質(zhì)正常，見圖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 測試數(shù)據(jù)收集

3.1 短路測試

（1）測試方法。

板子在蝕刻后用萬能表進(jìn)行短路測試分析，短路測試測量四個(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，測量出每層線路之間的偏移量。

（2）短路測試數(shù)據(jù)收集。

短路測試為對(duì)每片板四個(gè)角上的隔離環(huán)進(jìn)行短路測量，測試層偏數(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)角測試點(diǎn)的層偏數(shù)據(jù)

3.2 層偏測試切片分析

分別對(duì)兩個(gè)料號(hào)測試板各取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。抽測生產(chǎn)樣板的最大層偏為0.085 mm。

表11 10層板的層偏測試PAD的切片測量數(shù)據(jù)

表12 12層板的層偏測試PAD的切片測量數(shù)據(jù)

4 數(shù)據(jù)信息匯總

通過上述實(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)匯總見表13。

表13 層偏數(shù)據(jù)匯總

5 結(jié)論

（1）通過以上數(shù)據(jù)分析，孔到導(dǎo)體通過開料、內(nèi)層、壓合、鉆孔關(guān)鍵工序按上述過程管控，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)際測試兩個(gè)料號(hào)結(jié)果來看，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層以內(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)的高層板作為測試，測試結(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。