大背板层偏短路失效模式研究与对策

陈霞元（东莞生益电子有限公司，广东 东莞 523039）

大背板层偏短路失效模式研究与对策

陈霞元
（东莞生益电子有限公司，广东 东莞 523039）

大背板在压合过程中个别芯板偏移，导致通孔金属化后与层偏层次短路，形成层偏。本文从层偏的影响因素、机理出发，分析出失效模式，然后采取各种有效的预防措施加以控制，针对内层、层压的各关键控制点进行分析跟进，解决层偏错位问题。提供了一套清晰完整的大背板层偏的控制方法，大大提高背板的一次合格率。

大背板；层偏；照片变形；冲孔精度；铆合；层压；X-Ray

大背板主要是用在基站和大型控制台来作为载板用的，在其上面可以安插多种连接器件以及其他控制模块，具有以下几个显著特点：

成品尺寸大，单元板材基本上500 mm×900 mm以上；

层数高，我公司制作的板都在20层以上；

成品板厚，成品板厚都在6.0 mm左右；

孔密度高，单块板孔数30 000以上；

制作难度大，层压板厚，PTH孔厚径比大，一般都大于10:1；

因此大背板的制作加工能反应一个公司的综合制作能力。

1 层偏失效模式研究

1.1 质量背景

今年上半年，我公司制作的2款（S、N）大背板，连续出现层偏短路报废上升的情况，具体报废率数据如表1。

1.2 失效模式分析

1.2.1 层偏短路位置水平和垂直切片分析

对层偏短路位置切片分析，层偏短路主要出现在L2层与LN-1层，L2和LN-1层的基材区边缘铜皮与PTH通孔相连，垂直切片分析，L2和LN-1层的层偏方向相反，以板中间层为基点，越往板外，PTH孔越处于基材的边缘，最后在L2和LN-1相切短路，具体如图1。

表1 前期背板报废数据

图1 层偏报废板的水平与垂直切片图

1.2.2 板边层间对准度测试单元切片分析

选取其中层数较高的N型号，对失效板进行板边对准度分析，测试对准度情况。测试层间偏移量最小0.15 mm，最大0.35 mm，而板内设计最大的基材圈能力为0.28 mm，所以层间偏移超过0.28 mm的位置出现短路失效。

1.3 原因定位

板边对准度切片孔水平和垂直切片（图2），从图中可以看出，层偏均为逐层累积偏移，板向同一个方向逐层偏移是导致失效的最终原因，如图2偏移10 µm。

图2 报废板层偏图

2 层偏影响因素分析

2.1 大背板的主要生产流程（图3、图4）

图3 大背板生产流程

图4 层压流程

2.2 鱼骨图原因追踪，如图5

2.3 主要影响因素与机理分析

2.3.1 人的影响因素分析

图5 层偏原因追踪鱼骨图

人在PCB生产中至关重要，有主观的能动性，人的动作和意识直接决定板品质的好坏，所以上岗是需要考核的，铆合岗位，排板岗位都对人员有特殊的岗位知识要求，具体如表2。

表2 重要岗位人员知识要求

对铆合岗位和排板岗位人的影响层偏模型剖析如图6。

人的因素主要是一些操作过程产生的层偏因素，主要加强人的培养和过程监控，可以减少甚至杜绝。

2.3.2 机器的影响因素分析

（1）铆钉的影响因素见图7。

（2）压机的主要为升温速率过快与压机整层错位，升温速率过快影响压板流胶量大小，过快会使胶在瞬间融化，带动芯板移位。每季度都有压机的升温速率测试，没有异常超标的，暂时不予以讨论；压机整层错位，前期我公司出现过一个book的最下面一层整体层间错位，可能与压机的磨损程度有关，在新的压机生产的板没有发现这种异常，可见压机对层偏错位有一定影响。

2.3.3 物料的影响因素分析

层压用到的物料主要有铆钉、PP片、芯板。

（1）铆钉的硬度是一个重要参数，我司使用的铆钉为铜铆钉，材质为铜和锌的合金，其中铜的含量决定铆钉的硬度，市场上有三种铜铆钉，分别含铜60%，65%，68%，主要是针对不同的板进行研发的，我司选择的铜含量为65%的，不软也不硬。

（2）PP片主要与客户设计的介质层厚度有关，介质层较厚，当某一层有多张（3张以上）时，由于压合时流胶量大，相邻的芯板容易错位滑动，我司在PP片的选择上有很多的规定，在保持胶量足够的条件下尽量不要使用3张或以上，防止压板过程中滑板导致层偏短路。

图6 层偏模型剖析图

图7 设备异常效果图

（3）芯板指已经做好内层图形的覆铜板，图形精度和涨缩系数由公司内部根据公式予以补偿修正，芯板的加工中有两个因素会引起层偏，分别为芯板涨缩系数不一致，芯板铆钉孔冲偏，主要的失效模式示意如图8。

防止芯板涨缩系数不一致通过实际测量涨缩系数解决，铆钉孔冲偏需要改善铆钉孔冲孔方式和优化抽检方式。

图8 芯板异常失效模式

2.3.4 方法的影响因素分析

方法主要是在以上影响因素客观存在时，通过怎样的方法加以监控和预防。主要从空钉高度是否合理，铆合首板检查与监控，芯板预给涨缩系数，压板程序设定的升温速率，铆钉孔偏的检查频率方面加以分析，具体的分析如表3。

表3 方法不当与失效模式表

2.3.5 环境的影响因素分析

环境影响因素主要最大的是影响照片变形，照片变形导致图形转移到芯板时有偏差，局部变形和整体伸缩变形都会影响层偏，所以我们的照片使用有严格的控制，其次是铆钉机的日常保养，关键部分上下模具，如果有腐蚀和破损都会影响生产板的品质。

3 层偏改善对策研究

大背板层偏的主要影响因素来自内层和层压，下面根据内层和层压各具体流程段的参数进行跟进与分析，阐述大背板控制过程中的技术难点和关键控制点，以达到提升层偏合格率。

3.1 内层

3.1.1 内层照片变形控制

我公司对与板尺寸≥762 mm（30 in）的板，照片变形按±63.4 mm（±2.5 mil）控制，照片两面图形精度按±63.4 mm（±2.5 mil）控制，N板和S板的尺寸均在762 mm（30 in）以上，照片变形测试方法如图9。

图9 照片测试方法

对N板的2-N-1层和S板的2-N-1层照片进行测数，数据均符合控制范围，N板照片变形在-0.035 mm ～0.038 mm之间，S板的照片变形在-0.038 mm ～ 0.035 mm之间，具体数据如表4。

表4 照片变形数据表

3.1.2 内层照片重合度监控

内层照片重合度是指一张照片两面图像之间的对准能力，我司内部对于大背板的控制能力为±63.4 mm（±2.5 mil），对N板和S板的照片重合度测试，N板和S板的最大重合度为0.055 mm和0.06 mm，都在2.5 mil的控制范围内，结论OK，可以生产。

3.1.3 铆钉孔精度监控

大背板都是用14孔定位，长边各6个，短边各1个，铆钉孔的冲孔精度对铆合后板的定位有很大的影响，直接影响层间偏移，我司内部控制冲孔精度为±30 mm，铆钉孔位置分布和铆钉孔冲孔精度的测量方法如图10。

图10 冲孔精度测试图

上下冲孔精度a1=(BT-DB)/2左右冲孔精度a2=(AL-CR)/2

N板和S板生产时，铆钉重合精度控制要求a1 和a2均需要在±30 mm之内。N板的冲孔精度最大为18.5 mm，S板冲孔精度最大为10 mm，都符合要求。

3.2 层压

3.2.1 铆合

N板与S板铆合过程控制如表5和表6。

表5 N板铆合过程跟进表

表6 S板铆合过程跟进表

3.2.2 排板

N板和S板排板过称跟进如表7和表8。

表7 N板排板过程跟进表

表8 S板排板过程跟进表

3.2.3 压板

N板的板材为高速高频板材A，S板为普通高Tg板材B，对应的压板条件如图11。

图11 压板参数明细

小结：A为高频材料，B为普通高Tg材料，压板条件差异较大，所以要使用不同的压板程序才能满足材料要求，在引进板材时都有相关的压板程序，生产过程中接线加以监控，料温线数据如表9。

表9 压板料温曲线表

3.2.4 X-ray打靶

X-Ray打靶主要监控压板后的错位和层间系数偏差情况，确定各层伸缩系数是否在控制内，超出范围的需要进行调整，超出范围的需评价报废风险。

（1）各层伸缩系数监控

N板各层系数测量，各层系数与理论值的偏差都在4 mil之内，其中L2/L3，LN-2/N-1层基本都收缩，最大收缩-0.098 mm，L4/L5，LN-4/N-3收缩正常，最大收缩-0.019 mm，最大伸长0.028 mm，其它层都以收缩为主，在-0.05 mm到-0.075 mm之间，都符合我司控制要求（±0.10 mm），可以接受。

S板的伸缩系数测量， 4/6/M/O层伸缩较其他层严重，最大为-0.11 mm，将对4/6/M/O稍作修改，其余层伸缩较好，在-0.05 mm左右，可接受。

（2）层间错位监控图

N板和S板都有轻微错位，主要为逐层累积偏移。

有轻微错位，没有相切，备用标靶清晰可见，与前期出现各层标靶不清晰相比，跟进后板错位情况有较大改善，上述编号的板到电测没有层偏短路。

4 改善效果

8月份改善效果实施后，N板跟进2.08 mm，S板跟进4.57 mm，报废率大大降低，改善数据如表10。

通过跟进内层和层压的层偏影响因素，跟进过程并排除影响因素，N板和S板的层偏报废率大大降低，降幅80%以上，大大提高了合格率。

[1]美维培训研究中心.印制电路技术培训丛书(M), 2009,12. 美维集团培训中心.

[2]何曼君,张红东,陈维孝,董西侠. 高分子物理(第三版)[M]. 复旦大学出版社.

[3]辜信实. 印制电路用覆铜箔层压板(第二版)[M].化学工业出版社.

陈霞元，从事高多层线路板棕化、压合技术工作。

表10 改善数据表

图3 超声波对胶液GT的影响

本实验采用测凝胶化时间的方法来确认胶液是否发生反应，试验数据如下。

从本实验所选用的环氧胶液的GT变化看，数据基本在仪器的测试误差±5s的范围内波动，可见在本实验所采用的超声处理范围内，胶液的凝胶化时间可以认为没有发生变化，即采用超声短时间处理环氧树脂胶液没有发生反应。

4 结论

随着超声处理时间的增加，环氧树脂系胶液的黏度呈现迅速降低，在约4～5分钟到达最低值后略微反弹，利用这一特性可以减少覆铜板生产过程中对的大量溶剂的消耗。同时，超声波作用后的环氧树脂胶液表现出更佳的浸润能力，而一定时间内的超声作用，胶液GT不会发生变化，表面超声波在覆铜板浸胶领域具有无副作用、清洁、高效的应用前景。

参考文献

[1]石健滨. 复合材料中超声技术的研究[J]. 新技术新工艺 2003(1).

[2]秦伟,吴晓宏等. 超声处理对RTM工艺成型浸润性的影响[J]. 哈尔滨工艺大学学报, 2004 (11):1443-1445.

第一作者简介

潘华林，产品研发工程师，从事CCL新产品研究及工程化工作。

Research and countermeasure on inter-layer misregistration short circuit failure mode of large backplane

CHEN Xia-yuan

Large backplane is easily misregistered when laminated and resulted in short circuit. Based on the factors and mechanism, we took effective measures to prevent the failure mode of inter-layer misregistration and controlled key points in Inner Layer Imaging and Lamination. The results showed that the quantity of interlayer misregistration had been decreased and the first time quality of large backplane had been improved.

Large Backplane; Inter-Layer Misregistration; Artwork Distortion; Punching Accuracy; Riveting; Laminating; X-Ray

TN41

：A

1009-0096（2015）02-0046-09