改善厚銅連接盤開窗不一致方法研究

莫建修

（梅州市奔創(chuàng)電子有限公司，廣東 梅州 514000）

0 引言

隨著人們對電子、電器設(shè)備的功能要求的不斷升級，為了滿足大電流及高電壓的需求，需要在印制電路板（printed circuit board，PCB）上增加銅導(dǎo)體厚度。PCB銅導(dǎo)體厚會影響導(dǎo)線和連接盤焊盤的精度，如發(fā)生貼裝焊盤大小不規(guī)則性與原稿一致性問題，對于高精密度元器件貼裝，容易造成貼裝元器件（surface mounted devices，SMD）虛焊不牢固。本文通過一款PCB的實際生產(chǎn)和工程設(shè)計，探討厚銅板生產(chǎn)過程中如何通過設(shè)計改善SMD 和焊盤保持客戶原始設(shè)計一致性。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 異常板件檢測

某款PCB 完成銅厚大于70 μm，料號正常蝕刻，阻焊曝光后發(fā)現(xiàn)SMD、焊盤殘缺不規(guī)則性，異常位置主要體現(xiàn)在較小的SMD 和焊盤，在制板不良率達(dá)100%，異常原因為正常蝕刻后SMD 及焊盤出現(xiàn)不規(guī)則性殘缺，如圖1 所示。實測數(shù)據(jù)見表1，顯示生產(chǎn)后變形不規(guī)則。板件異常位置主要體現(xiàn)在較小的SMD 及焊盤，經(jīng)過蝕刻后，呈現(xiàn)出不規(guī)則的殘缺變形。

表1 實測10組數(shù)據(jù) 單位：mm

1.2 生產(chǎn)過程管控

1.2.1 生產(chǎn)參數(shù)管控

線路生產(chǎn)過程中蝕刻段70 μm 厚銅管控參數(shù)見表2。生產(chǎn)過程中蝕刻掉多補部分，最終達(dá)到客戶原稿尺寸的要求。

表2 生產(chǎn)參數(shù)管控

1.2.2 曝光管控

阻焊生產(chǎn)過程中曝光管控參數(shù)見表3，將不需要露銅部分的油墨固化掉。

表3 曝光管控項目

1.2.3 顯影管控

阻焊生產(chǎn)過程中顯影管控參數(shù)見表4 和表5，將需要露銅部分的油墨沖掉。顯影放板時，將芯片IC面及BGA面朝下放。

表4 顯影生產(chǎn)過程參數(shù)管控

表5 顯影速度 單位：m·min-1

1.3 工程資料設(shè)計

工程通過Genesis 軟件對外層線路SMD 及焊盤進(jìn)行加大補償，阻焊層進(jìn)行負(fù)極性削開窗的操作處理，具體設(shè)計流程如下。

（1）線路層SMD、焊盤補償方面，按制程銅厚要求加大補償，在Edit Resize Global 對話框中，Size選項里面填上參數(shù)，執(zhí)行Apply。

（2）阻焊層先將開窗轉(zhuǎn)成焊盤，選擇物件進(jìn)行制造設(shè)計（design for manufacturing，DFM）→Clean up→Construct pads。

（3）遵循客戶阻焊原稿設(shè)計要求，按制程能力將阻焊焊盤優(yōu)化。在軟件中選擇DFM→阻焊層優(yōu)化（Optimization）→Solder Mask Repair。

（4）為了確保SMD 及焊盤的一致性，模擬生產(chǎn)，將開在銅皮上或線上的開窗切除。先將優(yōu)化好的阻焊層拷貝一層，選擇線路層的銅皮和線反套阻焊層，在整體表面化后，再將拷貝層拷貝到阻焊層里面，如圖2所示。

圖2 工程優(yōu)化后的資料

1.4 小結(jié)

綜合以上設(shè)計、生產(chǎn)過程管控等方面排查結(jié)果來看，該料號因蝕刻過大，板件SMD 及焊盤殘缺不規(guī)則，阻焊曝光后SMD 大小形狀不符合客戶的原始要求。

（1）厚銅蝕刻量較大，導(dǎo)致蝕刻后較小的SMD及焊盤呈現(xiàn)不規(guī)則形狀。

（2）因蝕刻量過大，阻焊曝光后流錫槽過大，SMD及焊盤呈現(xiàn)不規(guī)則形狀。

（3）工程設(shè)計模擬生產(chǎn)管控優(yōu)化數(shù)據(jù)過小，實際生產(chǎn)的板子SMD 及焊盤達(dá)不到客戶的原始要求。

2 優(yōu)化改善措施

2.1 優(yōu)化工程資料設(shè)計

工程重新通過Genesis 軟件對外層線路SMD及焊盤進(jìn)行優(yōu)化，阻焊層按客戶原稿整體增加0.05 mm操作處理，具體設(shè)計流程如下。

（1）先將阻焊層按客戶原稿整體增加0.05 mm，在Edit Resize Global 對話框中，Size 選項里面填上參數(shù)，執(zhí)行Apply。

（2）使用阻焊層焊盤拷貝到外層線路整體增加0.06 mm，在Edit Copy Other Layer 對話框中，Layer name 選擇外層，Resize by 填上參數(shù)，執(zhí)行Apply。

（3）根據(jù)制程能力要求優(yōu)化外層線路間距，滿足生產(chǎn)過程管控。在軟件中選DFM→Optimization→Signal Layer Opt優(yōu)化間距。

（4）為了確保SMD 及焊盤的一致性，以上優(yōu)化設(shè)計在模擬生產(chǎn)過程中，對蝕刻量大小做出補償值并優(yōu)化了阻焊油墨曝光。優(yōu)化阻焊開窗做成on-pad 的方式，外層焊盤比阻焊開窗單邊大0.03 mm，如圖3所示。

圖3 優(yōu)化阻焊開窗

2.2 改善效果驗證

優(yōu)化改善后的成品圖如圖4 所示，成品數(shù)據(jù)見表6，符合客戶的原始要求。

表6 優(yōu)化后的10組成品數(shù)據(jù) 單位：mm

圖4 優(yōu)化改善后的成品

3 結(jié)語

通過工程優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，在生產(chǎn)管控參數(shù)不變的前提下，做出的板的大小形狀符合客戶的原稿要求。針對厚銅板特殊板件，可以通過以上優(yōu)化措施，達(dá)到改善SMD及焊盤一致性的目的。