大尺寸金屬基PCB阻焊偏位改善

鄒文輝 鄒子譽(yù) 鄧偉良 高瑞軍

［1.景旺電子科技（龍川）有限公司，廣東 河源 517373；2.廣東省金屬基印制電路板工程技術(shù)研究開發(fā)中心，廣東 河源 517373；3.河源市高密度高散熱電路板企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗室，廣東 河源 517373）

0 引言

本文以大尺寸金屬基印制電路板（printed circuit board，PCB）阻焊生產(chǎn)案例，探討大尺寸金屬基PCB 制作阻焊對位精度的影響因素及改善工作，為同行提供參考。

1 問題描述

本次阻焊偏位案例中的產(chǎn)品基本信息為單面金屬基PCB，金屬基PCB 拼版寬度在650～720 mm，具有拼版尺寸大、阻焊精度控制難的特征。

存在問題：偏位案例的偏位表現(xiàn)不規(guī)則，偏位區(qū)域偏差在0.050～0.065 mm（成品標(biāo)準(zhǔn)為0.050 mm以內(nèi)），不良率約20%。

2 原因分析與改善

產(chǎn)品為單面板，具有拼版尺寸大的特征，分析單面金屬基板不需要多層壓合、不存在PCB 漲縮和偏位問題。因此，初步將問題鎖定在曝光底片設(shè)計、曝光底片變形控制、曝光對位制作方面，并對問題進(jìn)行分析和排查。

2.1 常規(guī)因子排查

根據(jù)曝光對位原理，為線路圖形在4 個板角上制作4 個阻焊對位點(diǎn)，對位公差為每個點(diǎn)的線路和阻焊底片的偏移量?；谄毓鈱ξ辉恚瑢赡苡绊懘蟪叽缬≈瓢遄韬钙坏某Ｒ?guī)因子排查結(jié)果如下。

（1）對異常料號的線路圖形和阻焊底片用二次元距離測量，比對工程設(shè)計資料，測量數(shù)據(jù)顯示，線路圖形和底片圖形被測量點(diǎn)偏差范圍在±0.025 mm 內(nèi)，滿足工程設(shè)計和品質(zhì)管控要求，排除線路圖形或阻焊底片變形異常。

（2）對出現(xiàn)偏位異常的工作車間和作業(yè)設(shè)備周邊區(qū)域進(jìn)行連續(xù)性溫濕度測量監(jiān)控，滿足濕度50%～60%、溫度18～20 ℃的管控標(biāo)準(zhǔn)，排除溫濕度異常因子。

（3）電荷耦合器件（charge coupled device，CCD）攝像頭對位精度驗證，4 個攝像頭在各自活動的區(qū)域用5 點(diǎn)測量（4 角加中間位置），使用校正片給CCD 鏡頭識別對位抓點(diǎn)，顯示值都在±10 μm以內(nèi)，排除機(jī)器精度異常因子。

由此判斷，導(dǎo)致大尺寸PCB 阻焊對位偏位的異常因子，屬于隱秘性的特定因子，需要針對產(chǎn)品設(shè)計、操作規(guī)范和設(shè)備特點(diǎn)等因素進(jìn)行逐一排查。

2.2 大尺寸PCB偏位問題異常因子再現(xiàn)性

經(jīng)過以上常規(guī)因子排除，認(rèn)為阻焊偏位的原因有可是人（違規(guī)作業(yè)）、機(jī)（曝光機(jī)異常）、法（設(shè)計異常），將問題鎖定在：①底片對位點(diǎn)；② 員工作業(yè)；③底片邊緣設(shè)計及員工對底片進(jìn)行冷卻；④ 曝光機(jī)玻璃厚度。下面對4 個影響因素進(jìn)行分析及再現(xiàn)。

2.2.1 曝光底片設(shè)計

結(jié)合金屬基PCB 的制作經(jīng)驗，設(shè)計端影響阻焊偏位的可能因素包括預(yù)放系數(shù)、對位點(diǎn)設(shè)計、材料選用。經(jīng)過分析，預(yù)放系數(shù)是經(jīng)過驗證得出的數(shù)據(jù)，材料也是常規(guī)材料，所以優(yōu)先將影響因素定位在大尺寸設(shè)計的特殊性，對位點(diǎn)距離可能是影響阻焊偏位的因素之一。

為了驗證該分析結(jié)果，通過設(shè)計不同對位點(diǎn)距板邊距離，驗證對位點(diǎn)距離造成阻焊偏位的影響。設(shè)計10～160 mm 區(qū)間9 種距離的對位點(diǎn)距板邊距離，驗證偏位情況，對位點(diǎn)到板邊的距離與對位偏移量呈正相關(guān)關(guān)系，60 mm 內(nèi)可滿足±0.025 mm 以內(nèi)的偏移量；超過60 mm 的距離，偏移量急劇變大。因此初步得出結(jié)論，對位點(diǎn)到板邊距離是影響阻焊偏位的因素之一。

經(jīng)修改工程資料，控制4 點(diǎn)對位系統(tǒng)距離板邊60 mm 以內(nèi)，跟進(jìn)10 批次小批量，未見批量異常偏位，大尺寸PCB偏位被初步控制。

2.2.2 裝底片流程

金屬基板阻焊以白色為主，在對位過程中，底片會粘板面，導(dǎo)致底片有脫落現(xiàn)象，因此曝光前員工在曝光玻璃和底片之間貼雙面膠固定。貼雙面膠會造成底片和玻璃密接不合，導(dǎo)致局部區(qū)域偏位的異常，當(dāng)?shù)灼l(fā)生形變時可能為不規(guī)則變形。

為了驗證雙面膠固定底片是否會導(dǎo)致底片不規(guī)則變形的問題，對底片和曝光玻璃之間不貼雙面膠，將底片吸真空壓力由300 mmHg（1 mmHg=133.322 Pa）增加到 500 mmHg 連續(xù)曝光，曝光過程中未發(fā)現(xiàn)掉底片問題，曝光顯影后全檢，未發(fā)現(xiàn)不規(guī)則偏位的情況。因此，貼雙面膠是導(dǎo)致底片不規(guī)則變形的原因，取消貼雙面膠后，顯影工序檢驗未發(fā)現(xiàn)有偏位異常，但同時無塵室跟進(jìn)有拒曝的問題。

2.2.3 曝光底片變形

根據(jù)對偏位異常底片確認(rèn)，底片兩邊有大區(qū)域開窗（黑色）的特點(diǎn)，因該區(qū)域?qū)儆诠に囘?，此局部大區(qū)域開窗設(shè)計可能導(dǎo)致底片吸熱嚴(yán)重，導(dǎo)致底片變形。為了驗證以上分析，對由同類型線路以及工藝邊設(shè)計的單面金屬基板曝光過程進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)測底片變形的情況。

由監(jiān)測結(jié)果可知，對位曝光至115 片時機(jī)器就出現(xiàn)拒曝情況，說明此時底片已縮短，機(jī)器已防呆識別停止曝光。曝光過程中拒曝問題是常規(guī)問題，員工違規(guī)使用抹水冷卻（會導(dǎo)致底片漲縮），抹水后拒曝問題解決，即可繼續(xù)對位，該異常屬于隱形異常。

為了從根本上解決大尺寸金屬基PCB 的阻焊偏位問題，將底片工藝邊黑色區(qū)域取消，改為透光處理，并規(guī)范值機(jī)員操作過程，禁止用水對底片降溫。優(yōu)化資料后未出現(xiàn)變形情況，顯影后的板子檢驗未發(fā)現(xiàn)偏位異常。

2.2.4 曝光玻璃厚度

無塵室操作員在批量生產(chǎn)中仍反饋底片存在偏短問題，對位精度顯示出現(xiàn)負(fù)值，并逐漸變短最后拒曝。通過跟進(jìn)發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)問題的都是A 機(jī)型曝光機(jī)，且都是生產(chǎn)至一定數(shù)量（300片）后出現(xiàn)拒曝問題。為了驗證該問題，對2 種機(jī)型的曝光臺面連續(xù)曝光300片后測量其臺面溫度，發(fā)現(xiàn)A機(jī)型異常機(jī)臺臺面平均溫度＞20 ℃（9點(diǎn)測量），B機(jī)型正常機(jī)臺臺面平均溫度＜20 ℃（9 點(diǎn)測量），因此確定A型曝光機(jī)存在對底片變形的影響因素。

分析后將原因鎖定在曝光玻璃厚度。A 機(jī)型機(jī)臺的曝光玻璃厚度為6 mm，B 機(jī)型機(jī)臺的曝光玻璃厚度為8 mm。6 mm 曝光玻璃相對于8 mm 曝光玻璃的熱阻小，連續(xù)高能量曝光后，熱量更容易通過玻璃傳導(dǎo)至底片，導(dǎo)致底片變形。

通過將一臺A 機(jī)型曝光機(jī)曝光玻璃6 mm 厚度更換為8 mm厚度，取消工藝邊大區(qū)域開窗的底片曝光，批量曝光機(jī)器對位精度未出現(xiàn)負(fù)值，亦未出現(xiàn)拒曝現(xiàn)象，且測量臺面平均溫度＜20 ℃。連續(xù)跟進(jìn)生產(chǎn)半個月，顯影檢驗未出現(xiàn)偏位的異常問題，因此分析曝光玻璃厚度是此次偏位異常的主要影響因素之一。

3 結(jié)論

綜上所述，大尺寸金屬基PCB 阻焊局部偏位的主要影響因素如下。

（1）與對位系統(tǒng)設(shè)計有關(guān)聯(lián)，資料設(shè)計時將對位點(diǎn)設(shè)計在4 個角最邊上，對位點(diǎn)離板邊越遠(yuǎn)，對位后的誤差越大；可以通過工程資料前期預(yù)防，將對位系統(tǒng)設(shè)計在距板邊60 mm以內(nèi)。

（2）阻焊底片和曝光玻璃不貼雙面膠操作，防止曝光玻璃密接不合導(dǎo)致不規(guī)則的偏位。

（3）阻焊底片工藝邊盡量避免大區(qū)域開窗，防止黑色區(qū)域吸熱嚴(yán)重、散熱效果差，導(dǎo)致底片縮短變形。

（4）曝光玻璃厚度影響底片變形，曝光玻璃越薄，底片吸熱越嚴(yán)重，變形量越大。

（5）局部區(qū)域?qū)ξ缓笞冮L現(xiàn)象主要為違規(guī)操作問題，操作員抹水底片，底片局部出現(xiàn)拉伸變形異常。

本文基于一個實(shí)際阻焊偏位問題案例，在現(xiàn)有條件下分析得出結(jié)論。不同產(chǎn)品、不同條件影響因素的表征和驗證結(jié)果可能不同，需要結(jié)合實(shí)際產(chǎn)品在特定條件下進(jìn)行研究。