張仁軍 牟玉貴 鄧 嵐 孫洋強 胡志強
(四川英創(chuàng)力電子科技有限公司,四川,遂寧 629000)
隨著電子產(chǎn)品市場多樣化需求,客戶對板子結(jié)構(gòu)設(shè)計做相對應(yīng)調(diào)整,客戶在印制電路板(PCB)需求時通常出現(xiàn)不對稱產(chǎn)品壓合結(jié)構(gòu)(如三層、五層板結(jié)構(gòu)等),對于不對稱結(jié)構(gòu),壓合時受熱應(yīng)力的影響,壓合后通常會產(chǎn)生物理性板翹現(xiàn)象,影響客戶端的使用,此文章針對結(jié)構(gòu)性板翹進行分析試板,改善板翹,滿足客戶需求。
經(jīng)過人、機、料、法、環(huán)五因素分析排查,造成奇數(shù)層電路板板翹的主要原因是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計方法方面不合理,因此筆者針對壓合結(jié)構(gòu)設(shè)計進行分析對比,以改善成品板翹問題。
如圖1所示,產(chǎn)品要求如下:
圖1 奇數(shù)層線路板結(jié)構(gòu)示意圖
(1)本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為三層線路,基板材料為FR-4材質(zhì),Tg值150℃;
(2)L2層殘銅率65%,GTL層殘銅率54%,GBL層殘銅率58%;
(3)三層線路銅厚均為0.035 mm;
(4)壓合后理論板厚1.05 mm,公差要求為±0.05 mm,成品板厚要求為1.1 mm,公差要求為±0.1 mm,成品板翹要求為≤0.75%。
設(shè)計了兩種壓合結(jié)構(gòu),然后比較兩種壓合結(jié)構(gòu)加工后的成品板翹結(jié)果,以得到較優(yōu)的奇數(shù)層線路板壓合疊層。
結(jié)構(gòu)一:為奇數(shù)層PCB加工的常規(guī)疊層結(jié)構(gòu),采用一張內(nèi)層芯板,然后在芯板的單側(cè)疊合PP(半固化)片。壓合疊層如圖2所示。
圖2 結(jié)構(gòu)一的壓合疊層示意圖
結(jié)構(gòu)二:采用兩張內(nèi)層芯板,中間壓合Pp片疊合方式,確保疊板壓合后厚度,層與層之間介質(zhì)層厚度與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)一致。壓合疊層示意圖如圖3所示。
圖3 結(jié)構(gòu)二的壓合疊層示意圖
奇數(shù)層線路板的兩種壓合結(jié)構(gòu)使用相同的加工流程生產(chǎn),并且壓合采用同一爐生產(chǎn),其加工流程為:內(nèi)層開料→烤板→內(nèi)層線路→壓合→(壓合后板翹、板厚測量)→鉆孔→一銅→外層線路→圖形電鍍→中測→防焊→文字→熱風整平→成型→(成品板翹測量)。其中特別注意的是:壓合過程中兩種結(jié)構(gòu)使用相同的壓合程式,壓合程式在正常情況下冷卻段延長30 min,具體程式如表1所示??倝喊鍟r間為180 min,其中正常條件第8段時間為10 min,測試修改為40 min。
表1 壓合程式表
將印制板平放于測量臺上,按住其中三個角,翹起最高的一個角作為測量的翹曲高度結(jié)果H。翹曲度為翹曲高度和測量板對角線的長度L為翹曲度測量結(jié)果。翹曲度測量方式和翹曲度的計算公式如圖4所示。
圖4 翹曲度測量示意圖
2.1.1 壓合后板厚和板翹測量結(jié)果
按照結(jié)構(gòu)一疊合后壓合,壓合后在制板(PNL)板厚測量數(shù)據(jù)如表2所示。測量說明:(1)共10 PNL板子,每PNL按九點測試統(tǒng)計數(shù)據(jù),測試結(jié)果板厚合格;(2)要求1.05±0.05 mm
表2 結(jié)構(gòu)一壓合后的板厚測量結(jié)果
按照結(jié)構(gòu)一疊層壓合后,PNL板翹數(shù)據(jù)測量如表3所示。PNL板尺寸:長為618.5 mm,寬為516.5 mm,對角線長度為805.8 mm。
表3 結(jié)構(gòu)一壓合后板翹曲度結(jié)果表
2.1.2 成品板翹測試結(jié)果
結(jié)構(gòu)一壓合后,按照生產(chǎn)流程在成型后測試成品板翹,其結(jié)果如表4所示。成品板尺寸:長為151 mm、寬為為120 mm、對角長度為192.8 mm。
表4 結(jié)構(gòu)一成品翹曲度測試結(jié)果表
2.1.3 結(jié)構(gòu)一測試小結(jié)
結(jié)構(gòu)一由于疊層不對稱,PP在壓合時由于膠的流動性與熱應(yīng)力釋放與內(nèi)層芯板的差異,導致壓合后及成型后板翹嚴重超標,不符合要求。
2.2.1 壓合后板厚和板翹測試結(jié)果
按照結(jié)構(gòu)二疊合后壓合,壓合后板厚測量結(jié)果數(shù)據(jù)如表5所示。測量說明:(1)共測量10 PNL板子,每PNL按九點測試統(tǒng)計數(shù)據(jù);(2)要求1.05±0.05 mm。
表5 結(jié)構(gòu)二壓合后的板厚測量結(jié)果
按照結(jié)構(gòu)一疊層壓合后,PNL板翹數(shù)據(jù)測量如表6所示。PNL板尺寸:長為618.5 mm、寬為516.5 mm、對角線長度為805.8 mm。
表6 結(jié)構(gòu)二壓合后板翹曲度結(jié)果表
2.2.2 成型后SET板翹測試結(jié)果
按照結(jié)構(gòu)二壓合后,按照生產(chǎn)流程在成型后測試成品板翹,其結(jié)果如表7所示。成品板尺寸:長151 mm、寬為120 mm、對角長度為192.8 mm。
表7 結(jié)構(gòu)二成品翹曲度測試數(shù)據(jù)
2.2.3 結(jié)構(gòu)二測試小結(jié)
結(jié)構(gòu)二更改壓合疊層結(jié)構(gòu),其他所有條件不變的情況下,板子在壓合后板厚與結(jié)構(gòu)一保持一致,壓合后板翹控制在0.35%~0.55%之間,成型后板翹在0.34%~0.61%之間,翹曲得到有效改善,符合客戶成品翹曲度≤0.75%的品質(zhì)要求。
對壓合結(jié)構(gòu)兩種方案測試對比,結(jié)構(gòu)二改變疊層結(jié)構(gòu)對稱性,使板子壓合時降低單面應(yīng)力收縮產(chǎn)生的扭曲。同時,通過延長壓合冷卻段時間,更有效的釋放熱應(yīng)力來改善板翹。從而可以完全地改善單層數(shù)的多層板翹曲度,有效的控制在≤0.75%,滿足類似結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品質(zhì)量。
成本說明:結(jié)構(gòu)二比結(jié)構(gòu)一將增加一張內(nèi)層芯板,減少兩張半固化片,相對成本結(jié)構(gòu)二比結(jié)構(gòu)一有所增加,但能滿足客戶品質(zhì)需求。