高多層板補償系數設計要求

▲補償系數的原理及重要性：

 一.補償系數的原理：

     多層板由銅箔、環氧樹脂、玻璃纖維布三者構成，它們經高溫壓合冷卻后因膨脹系數不同而出現內應力,(銅：17*10-6cm/cm/.°C，110*10-6cm/cm/.°C)內應力的大小由環氧樹脂分子結構，環氧樹脂含量，介質厚度與銅箔厚度和纖維布的種類在生產條件下互相影響決定。在生產中破壞了它們之間的平衡力時基材將會出現收縮變形，造成基材上的內層線路圖形失真。

二.補償系數的重要性：

   1.普通的低層數板，一般客戶要求焊盤直徑與孔直經之差大于11mil（牛眼直徑），基材及線構在排板結構上非常對稱。在尺寸相對較小(10-16")和情況下，補償系數影響較小，一般不會出現崩孔壞點，對這類型的線路板可不考慮補償系數或沒有嚴格控制補償系數；但月產量上百萬平方英尺的大型工廠，為了追求板材高利用率和高生產效率，往往采用大面積拼圖生產(16-24")。在生產時若不考慮加補償系數鉆孔后將會出現崩孔，例如按10mil厚基材的補償系數Fill=0.30mil/in，Warp=0.45mil/in計算，線路板總長度偏差有5mil-12mil。

   2.高密度，高層數的多層混合型板（包括BGA板及積層埋孔/盲孔板）。線路板在壓板后的品質要求：

     1）壓板后總長度不能偏差過大，因焊盤直徑與孔直徑之差已降到只有大于6mil了，鉆孔后的焊盤銅環只有3mil多一點。

     2)壓板后每層內層線路總長度一致。所以可能需在不同厚度基材上的每種線構給一個不同的補償系數。結構需用三種補償系數才能得到良好控制。

     3)積層法生產大面積的單元板，根據生產流程對線路板需進行多次分層補償，才能確保外層貼件面的盲孔焊盤與通孔焊盤完整無缺。

     4）高密度線路板的線寬/線間在3mil-5mil之間。必需用低收縮系數的基材生產才能保證這種高密度線路板的線間不會因收縮而造成高壓漏電短路。

三.影響補償系數準確性的因素及原因：

 ★工序及設計方面

    1. MI設計 排板結構（壓合結構）

 排板結構(纖維數，總厚度)。正常結構與假層結構。

    2. 各層線路圖形拼板

 拼圖中的單元數及單元內的線構(G/G.G/S.S/S)。 備注：   G-Ground;S-Signal

    3. 內層菲林的補償方式

 中心補償，左下角補償，單元補償。

    4. PP及板材供應商

 環氧樹脂分子結構

 各供應商的樹脂成分不同：高Tg料；Getek料，Rogers料，BT料。

    5. 介質厚度及銅箔厚度

 不同的板厚與銅厚混合內應力不同。

    6. 纖維布的種類

 不同的厚度所用的纖維布種類不同：1080.2116.7628

    7. 基材壓板參數

 供應商生產基材壓力不同。

★工藝制程控制方面

    1.  開料方式

 橫/直紋(Fill與Warp方向)，切板紋路變形。

    2. 開料焗爐參數

 消除內應力，消除過度吸濕(尤其高Tg料)。

    3. 前處理磨板過程

 多次磨板或磨痕過大，基材受壓產生彈性變形。

    4. 菲林存儲時間及條件差異

 菲林受溫度，濕度變形。曝光時菲林與板不整齊。

    5. 壓合過程排板

 板材與纖維的橫/直紋(Fill與Warp方向)，鋼盤上的疊放方式。

    6. 壓板參數選擇

 壓板參數(溫度，壓力)。           

說明制板變形的大小由上述因素互相混合的結果，當其中一種因素改變后，板材變形系數都會隨著變化

 變形分析：

    1.板材：

     1）不同的供應商所用環氧樹脂分子結構，纖維布的種類，基材壓板參數不同，同一厚度的基材的收縮系數是有差別的。

     2)相同的供應商所用不同環氧樹脂分子結構，同一厚度的基材的收縮系數不同，如普通料與高Tg料。高Tg料有良好的耐熱性，但穩定性(低膨脹系數)就比普通料差。

     3）相同的供應商所用不同種類的纖維布，同一厚度的基材的收縮系數不同。如8mil基材，可用2116*2或用7628*1，因2116的經緯方向的纖維絲數目為60*58根/in,而7628的為46*33根/in。

    4）相同的供應商所用不同種類的纖維布，不同厚度的基材的收縮系數不同。如7mil與8mil基材同用7628*1，但7mil基材如果用普通的7628*1生產，其厚度控制比較困難，因而部分供應商采用低重量纖維布(Low basic weight)生產。因此有部分線路板廠在一定范圍厚度用同一種補償系數生產的做法是有誤的。

     5)相同的供應商所用相同種類的纖維布，相同厚度而銅箔厚度不同的基材的收縮系數不同。2/2 oZ比H/H oZ銅在Signal線構中約大0.20mil/in。

    2.排板結構：

     1）正常結構與假層結構不同：相同的供應商所用相同纖維布的種類，相同厚度和銅箔的基材在不同的排板結構的收縮系數不同。如用積層法生產的14層盲孔板中的L1-L7層的結構(圖四),L2-L3層的5mil基材與L6-L7層的5mil基材的收縮系數不同，而正常結構則可共用收縮系數。

    2）排板結構總厚度不同：相同的供應商所用相同纖維布的種類，相同厚度和銅箔的基材在排板結構中不同的位置的收縮系數不同(如圖五)。L2-L5，L20-L23與L6-L19的收縮系數不同，一般排板結構總厚度超過60mil后其收縮系數比排板結構總厚度小于60mil的收縮系數少一半左右。

    3.工藝流程：

     1）多次磨板或磨痕過大，基材受壓產生彈性變形，過去認為磨板的因素對收縮系數影響不大。但本人跟蹤外層自動曝光機的試產過程中發現多次磨板可對收縮系數增加0.20mil/in-0.35mil/in不等。同時制作工程部負責出菲林的工程師也有同感，總厚度越薄的線路板，其外層菲林需加長才能滿足對位精度要求。本人認為可能因磨板產生的內應力比較小且穩定，所以無知地算在基材的內應力中了。

     2）菲林變形控制：所有線路板廠對內層環境的溫度，濕度控制進行大量投資，對菲林變形方面有足夠的改善，但本人在跟蹤生產菲林變形類型時發現，生產過的舊菲林在放置兩星期后再生產時，即使在曝光前測量菲林無變形，但生產5-10塊后出現持發性變形，造成后繼生產批量性的超差，工序上有X-Y-Table測量機條件下，象這樣情況需生產20塊后用X-Y-Table再測量一次菲林。目前已有無收縮的玻璃菲林(清溢公司)引進，但在價格上，送貨時間及線路板所用ORC曝光機的構造等原因未能迅速推廣。

     3）因工作失誤將開料方式不一致的板料與纖維混合排板，不但會出現嚴重板曲，而且造成線路板不規則超差。這種現象在負責跟蹤補償系數初期經常出現，因為當時Fill和Warp方向的對稱問題未重視。上述說明中任何因素的變化都有可能引起線路板出現超差，重影的品質問題。因此怎樣防止線路板出現超差，重影或當線路板出現超差，重影的品質問題時，尋找原因及改善是我們整理補償系數的重要目的。

▲補償系數定期小結:

     上述任何的因素都可以影響補償系數的準確性，在怎樣防止超差，重影的品質問題上，不同的線路板廠家有不同的處理方式：

    1.產量不大的線路板廠：

    1）一般選用一到二種收縮系數比較穩定的板材供應商，排除供應商的來料因素。

    2）廠內的工藝流程使用統一標準操作及參數。

    3）采用小尺寸拼圖生產，減少補償系數的影響。

     2.對于高產量的大廠：因選用一到二種收縮系數比較穩定的板材供應商已不能滿足大量使用板材的需求，必會增加板材的豐富來源及追求低成本的控制，因此同時使用多個供應商。這樣增加了因補償系數的因素造成線路板在生產中的壞率。

四：高多層板變形補償系數的控制要求：

 ★補償系數各種參數的標準化：

     1.菲林的補償方式：目前線路板廠存在多種菲林補償方式，其中Z常用的為在CAM/CAD上操作方便的中心補償及左下角補償，還有一種補償為先逐套單元補償，再進行整板拼圖，這種方法一般用在手機主板生產上，因手機板單元面積小，結構存在大銅面，單元內收縮系數很小，對于單元面積較大的盲孔板，這種把單元內的板材作不收縮的方法無法滿足精度的要求。

     2.控制菲林的標準：菲林的尺寸在恒溫恒濕的環境也存在變化，因此菲林變形到什么程度可繼續生產，就需一個控制標準。其準確性可以既能控制線路板不會出現超差。又能節約物料。根據本人長期跟蹤試驗，菲林的控制標準為±2milZ適合，超出控制范圍的變形菲林則不能生產，因為從實際生產中可知：用超出±2mil的變形菲林生產出的線路板會出現±3mil-±8mil的超差范圍。

     3.檢驗線路板收縮系數的方法：

     1）菲林生產前沒有X-Y-Table檢測機，常用的做法先用菲林生產幾塊樣板，蝕板后用測量機測量，判斷菲林是否變形。在生產前用X-Y-Table機測量確定菲林是否變形。

     2）壓板后可用自動互補對稱打孔機測量線路板壓板后是否超差。

     對于混合結構的型號，不能單獨用X-Ray打孔機測量線路板壓板后的平均長度來判斷是否超差，因其重影也可能為補償系數失誤造成的，所以需在各層的板邊上設置一套靶標，測量各層的長短數據，這種方法在4-10層板比較適合。

     4.線路板的偏差標準：板材允許出現多大的偏差鉆孔后不會出現崩孔或嚴重偏孔。這與客戶要求有關，不同的型號有不同的尺寸要求。所以生產板的偏差標準是根據不同的線構要求來區分：

★補償系數系統化：

     線路板的種類繁多，產量較大，使用多個供應商的板料時，存在各種各樣的排板結構和線構，因此我們通過每天對數據進行處理，在大量復雜瑣碎的數據中抓住問題本質，分類歸納不同供應商，板厚及銅厚在各種線構中的補償系數，才能準確地表達基材在某種情況下使用多大的補償系數，減少舊結構的樣板或新板在試產中出現批量性的壞板，可以大量地節約基材。(根據多年來負責多個供應商板材的穩定性，本公司補償系數表比較準確地應用生產；從板材供應商了解到，他們認為本公司補償系數表能真實地反應出他們板材的收縮性)

        當偏差標準控制過嚴，不但不能再提高品質指標，反而浪費

        菲林等物料資源，降低生產效率及影響出貨計劃。