非线性涨缩表征方法与影响因素研究

李 娟 史宏宇 李艳国（广州兴森快捷电路科技有限公司，广东 广州 510663）（深圳市兴森快捷电路科技股份有限公司，广东 深圳 518028）

非线性涨缩表征方法与影响因素研究

李 娟 史宏宇 李艳国
（广州兴森快捷电路科技有限公司，广东 广州 510663）
（深圳市兴森快捷电路科技股份有限公司，广东 深圳 518028）

在PCB制作过程中，由于各层芯板残留内应力的不均匀与热涨系数的不匹配，会有一定的涨缩存在。本文提出了一种非线性涨缩的表征方法，以整个图形的中心为基准，用CAD作出芯板预放后靶标的理论坐标，然后计算理论坐标与实际坐标的偏差，用该偏差绘制过程能力图。结果表明，芯板压合后的非线性差异约为±0.0127 mm，且随机分布，涨缩的非线性差异在一定程度上已经影响到了层间的对位精度。

非线性涨缩；表征方法；层间对位

涨缩是PCB业界内持久关注的一个话题，是造成层间对位差的主要原因之一。在制作过程中，芯板、铜箔以及半固化片本身的材料特性会对线路板性能产生影响，主要表现在不同材料热膨胀系数的不匹配与残余内应力上［1］。对于涨缩的监控与改善方法有很多，如采用分层补偿原则及双组同心圆监控设计［2］、建立数学模型计算层压板内层涨缩［3］、过程监控［4］等。这些方法能够有效的改善芯板或压合板的线性涨缩，但无法弥补离散的非线性涨缩。非线

性涨缩所引起的孔位偏移如图1所示，从图中可以看出，四角对位良好，但由于非线性涨缩的存在，局部对位仍然有较大偏差。本文提出了一种非线性涨缩的表征方法，并探讨了非线性涨缩的影响大小。

1 实验设计

为了探讨PCB板在整个制造过程中线性与非线性涨缩的差异，设计了如图2所示8×8阵列靶标。按正常板生产流程，第一步制作内层图形，然后用二次元以图形中心为坐标，依次测量64个靶标的坐标；第二步进行Pin-Lam铆合，并用X-Ray抓取铆合之后的64个坐标；最后用CAD表征出线性与非线性的差异，并将此差异用过程能力图进行表征。

图1 非线性涨缩引起的孔位分布示意图

图2 非线性涨缩靶标分布图（色为铜皮，白色为基材）

2 非线性表征方法

要计算非线性涨缩，首先得将线性涨缩从总涨缩变化中剔除出去，这里采取预放的方式线性拉大或缩小图形，然后将测量值与各点放大或缩小图形的理论坐标进行比较即可得出各点的非线性涨缩。非线性涨缩的表现形式如图3所示，小圈线交点即为预放之后的各点理论位置，而实际上由于应力的不均匀，各点的实际位置与理论位置之间会有一定的偏移。本文所要实现的是运用CAD将这些偏移量计算出来，并用M initab的过程能力图对偏移量进行表征。

图3 非线性涨缩表现形式

3 实验结果

3.1 芯板非线性

芯板内层图形转移之后会有一定的涨缩变化，当芯板残铜率〈20%（绝大部分为基材）时，控制CPK≈1，X方向与Y方向的过程能力图如图4与图5所示，从图中可以看出，芯板X（长）方向控制能力为±0.03 mm，Y（短）方向控制能力为±0.02 mm。长方向控制能力差于短方向。

图4 大基材芯板X（长）方向非线性

图5 大基材芯板Y（短）方向非线性

当芯板残铜率〉80%（绝大部分为铜皮）时，控制Cpk≈1，X方向与Y方向的过程能力图如图6与图7所示，从图中可以看出，芯板X（长）方向控制能力为±0.02 mm，Y（短）方向控制能力为±0.0127 mm。长方向控制能力也差于短方向，但大铜皮芯板的控制能力比大基材芯板要好0.0075 mm ～ 0.01 mm。

图6 大铜皮芯板X（长）方向非线性

图7 大铜皮芯板Y（短）方向非线性

3.2 压合后板非线性

将芯板进行Pin-Lam压合后用X-Ray抓靶测量其非线性涨缩。大基材芯板压合后，控制Cpk≈1时，压合板X（长）方向控制能力为±0.014 mm，Y（短）方向控制能力为±0.012 mm。X，Y方向相当。芯板压合后，X-Ray抓靶时抓的是所有层中靶标重合的区域，起到了一个折衷的效果，故压合之后的非线性较芯板好。

大铜皮芯板压合后，控制Cpk≈1时，压合板X（长）方向控制能力为±0.011 mm，Y（短）方向控制能力为±0.017 mm，由此可见，大铜皮与大基材芯板在压合后的非线性规律性差异不大，但芯板压合后的非线性差异能力近似于±0.0127 mm。

图8 大基材压合板X（长）方向非线性

4 结论

（1）芯板压合后的非线性差异约为±0.0127 mm，且随机分布，一定程度上影响到了层间对位精度；

（2）残铜率不同的芯板压合后的非线性差异不大；

（3）不同残铜率的芯板之间的非线性差异在0.0076 mm ～ 0.01 mm之间。

图9 大基材压合板Y（短）方向非线性

图10 大铜皮压合板X（长）方向非线性

图11 大铜皮压合板Y（短）方向非线性

［1］邓丹，吴丰顺，许鹏等. 多层板层压过程中的尺寸收缩分析［J］. 印制电路信息，2010（Z1）:172-180.

［2］龚俊，陈涛，张晃初等.多层板涨缩性层偏改善方法及监控方式解析［J］. 孔化与电镀，2012（1）:28-32.

［3］邓丹. PCB工艺内短问题研究及控制策略［D］. 武汉:华中科技大学，2010.

［4］朱秀峰. PCB尺寸胀缩的危害剖析及应对［J］. 印制电路信息，2007（7）:26-28.

李娟，硕士学位，现任助理工程师。

The characterization method of non-linear expansion-shrinkage and im pact study

LI Juan SHI Hong-yu LI Yan-guo

In the process of PCB manufacturing， the non-uniform internal stress and the unmatched thermal coefficients can induce the expansion and shrinkage of the cores. This paper proposed a characterization method of non-linear expansion-shrinkage. It regarded the pattern center as the origin point of the axes coordinate system， and then calculated the theoretic coordinates w ith CAD. The difference between actual and theoretic coordinates was the non-liner difference. Then we made a process capability graph about the non-liner difference. Results indicated that the control ability was nearly ±0.5m il. So we could come to a conclusion that non-linear expansion-shrinkage affect the contraposition accuracy to a certain degree.

Non-Linear Expansion and Shrinkage； Characterization Method； Contraposition

TN41

A

1009-0096（2015）12-0029-03