多层板内层图形补偿系数浅谈

2022-11-30 03:40涂圣考樊建华
印制电路信息 2022年11期
关键词:芯板内应力经纬

刘 锐 邓 辉 涂圣考 樊建华

(胜宏科技(惠州)股份有限公司,广东 惠州 516211)

0 前言

随着电子设备终端产品日趋激烈的竞争,势必对印制电路板(PCB)产品的大容量,小型化,低能耗等提出更高的要求,多层板的应用会越来越广泛,结构也越来越复杂化(埋、盲、通孔结构共存),进而对多层板层间对准精度要求越来越高;在多层板制造过程中芯板本身内应力释放,图形制作,压合等极大影响芯板的尺寸变化。目前主要采用内层图形预放补偿来解决这一问题,文章将分析一款8层板结构产品各层芯板涨缩的变化,以确定各层芯板的补偿系数。

1 芯板涨缩变化主要原因

多层板各层芯板涨缩变化主要原因在于基板本身存在内应力、过程烘烤除湿、图形制作及压合过程材料在高温高压条件下产生收缩等因素影响。

2 制程验证

2.1 基板本身的内应力

多层板通常是指通过PP将内层芯板、铜箔在高温高压条件下黏结固化后形成,因此芯板本身是影响PCB涨缩的重要因素。实际生产中,通常采用烤板来减小基板的内应力及湿气,从而保证芯板尺寸的稳定性;本文选取一款型号S00408—A15A1使用1IT—170GRA1材料VGA显卡类产品,开料图及叠构图见图1所示,表1为实验对比各芯板烘烤前后尺寸变化量。由表1可以看出,芯板经过烘烤经纬方向均有产生收缩,0.058 mm厚芯板收缩量明显大于0.61 mm厚芯板收缩量,可见厚芯板尺寸稳定性优于薄芯板。

表1 烘烤对尺寸变化的影响表(单位:1/10000)

图1 开料图及压合叠构图

2.2 蚀刻对芯板尺寸变化的影响

取烘烤后芯板使用内层LDI(激光直接成像)曝光机,按相同曝光倍率:经向6.5/10000,纬向6.5/10000进行图形转移作业,经图形制作后板面局部蚀铜,因残铜率下降及芯板蚀铜后应力释放也会造成尺寸收缩。表2为蚀刻后芯板尺寸的变化。

表2 蚀刻对基板尺寸变化的影响表(单位:1/10000)

蚀刻后,0.058 mm厚芯板经纬方向收缩量明显大于0.61 mm厚芯板,0.058 mm厚芯板收缩量偏大1.5/10000左右,在相同芯板厚度条件下,L6层残铜率低于L2层,L6层相对L2收缩量偏大0.1/10000,残铜率越低蚀刻收缩量会越大。

2.3 压合过程对芯板尺寸变化的影响

(1)经蚀刻后受板厚及残铜率影响,芯板尺寸变化不同步,L2/L3、L6/L7层芯板蚀刻后收缩量大;在层压熔合对位工序发现有层间同心圆偏移相切异常;取压合前芯板测量L2、L4、L6层芯板单层靶位距数据。从压合前测量数据来看,L2/L3、L6/L7层尺寸收缩量明显大于L5/L6层,纬向极差0.122 mm,经向极差0.162 mm,造成熔合对位工序会存在涨缩型同心圆偏移相切现象,目视现象为L2/L3、L6/L7层同心圆相对L4/L5层沿图3所示方向偏移,即L2/L3、L6/L7层相对L4/L5层沿经纬方向呈现收缩。

(2)产品叠合后正常压制,压合后测量内层靶标数据如图3所示。压合后测量各张内层靶标,同片板层间最大极差在0.050 mm以内(同心圆标准间距0.075 mm),可接受,判定压合后层间涨缩匹配合格,经纬方向产品整体涨缩在±0.10 mm以内,压合后同心圆见图4所示。

图2 同心圆收缩图示

图3 压合后测量内层靶标数据图

图4 同心圆图示

(3)内层到压合后芯板尺寸变化量(如图5所示)。从趋势图可以看出,内层到图形蚀刻段0.058 mm芯板尺寸变化量明显大于0.61 mm芯板,蚀刻到压合段0.61 mm芯板变化量大于0.058 mm芯板,最终产品压制后内层芯板涨缩倍率差异在0.5/10 000左右;按压合后数据反推计算此类结构芯板补偿系数规则为:0.058 mm芯板相对0.61 mm芯板经纬方向均加大0.5/10 000进行分层补偿。

图5 内层到压合后芯板尺寸变化图(单位:1/10000)

3 结论

(1)多层板各层芯板涨缩变化主要在于基板本身存在内应力、过程烘烤除湿、图形制作及压合过程材料在高温高压条件下产生收缩等因素影响。

(2)芯板经过烘烤经纬方向均产生收缩,0.058 mm厚芯板收缩量明显大于0.61 mm厚芯板收缩量,可见厚芯板尺寸稳定性优于薄芯板。

(3)蚀刻后0.058 mm厚芯板经纬方向收缩量明显大于0.61 mm厚芯板,0.058 mm厚芯板收缩量偏大1.5/10 000左右;在相同芯板厚度条件下,L6层残铜率低于L2层,L6层相对L2收缩量偏大0.1/10 000,残铜率越低蚀刻收缩量会越大。

(4)内层到图形蚀刻段0.058 mm厚芯板尺寸变化量明显大于0.61 mm厚芯板,蚀刻到压合段0.61 mm厚芯板变化量大于0.058 mm厚芯板,最终产品压制后内层芯板涨缩倍率差异在0.5/10000左右,可以满足产品需求,多层板结构产品涨缩判定需以压合后结果为准。

(5)按压合后数据反推计算此类结构内层预放系数规则为:0.058 mm厚芯板相对0.61 mm厚芯板经纬方向均加大0.5/10000进行分层补偿。

综上所述,内层芯板受材料厚度、铜厚、图形制作等影响,产品生产过程中芯板涨缩会有相应显著变化,实际生产中各类产品结构组合错综复杂,针对预放数据库无数据源或经验值的产品,多以产品评审制作或TCFA验证抓取各子板内层补偿系数以满足产品制作要求;也可根据各种不同的板材、板材厚度、板材铜厚、压合层次、压合叠构等条件,再进一步对预放系数进行细分,建立并完善不同结构基准数据库以提升高多层产品制程生产能力。

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