PCB尺寸涨缩管控
pcb制造过程中基材涨缩之形成机理及其控制
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PCB基板涨缩的判定与测量[材料浅析]
![PCB基板涨缩的判定与测量[材料浅析]](https://img.taocdn.com/s3/m/858303258e9951e79a892746.png)
制作﹕生技課
1
講解內容框架
✓漲縮的判定 ✓漲縮發生的時機與原因 ✓漲縮的測量 ✓漲縮的改善與預防 ✓CASE STUDY
重点资料
2
✓漲縮的判定
1.漲縮的發生﹕ 漲縮是物體在受環境作用下尺寸發生變 化的一種現象。和其息息相關的環境因素 有溫度和濕度﹐其次制程中的外力作用也 會引發漲縮﹐本次講解就主要針對非環境 作用引發的漲縮現象。
壓合中央基准補償鑽靶﹐發生3個靶孔同時延Y軸向內偏或外偏現象﹐為漲 縮補償鑽偏﹐其偏移標准看鑽靶的補償值﹐壓合鑽靶補償≦6mil為我司目前 管控標准﹐其對靶偏的尺寸影響計算方法如下﹕
重点资料
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CAM距離
b.鑽偏.漲縮引起整板圖形變形﹐導致鑽孔時局部或全部孔偏現象。
c.外偏.因漲縮引起輕度鑽偏﹐鑽孔修改機械坐標后外層曝光仍按照原比例生 產﹐即會引起外層整板或部分Step曝光偏移。
5.2 漲縮異常與相關異常的區分﹕
5.2.1.漲縮與鉚偏—同心圓對比
同心圓 4﹑5層 同時延Y 方向向 外或向 內可判 定為Y向
偏移
以上歸納的為較為常見的几種漲縮與鉚偏容易混淆的異常區分辦法﹐ 而實際生產中會出現更多更復雜的現象﹐那樣就需要我們憑借經驗去做 層別﹐判定異常的真實歸屬。
重点资料
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5.2.2 漲縮與內短—同心圓判定(查看是否存在層間偏移)。
內層短路一般由底片漏光或吸氣不良﹑顯影不潔等造成﹐壓合及基板的銅粉 銅屑和壓合的鉚釘屑也會引起內短。而漲縮引起的內短則是因層間漲縮差異造 成﹐只會存在于8層以上板﹐因此只需要觀察同心圓是否有漲縮即可判定漲縮對內 短有多大貢獻度。
第三步﹑如外圍孔與靶孔表象不
PCB基板涨缩的判定与测量[1]
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5.2.3 涨缩与钻偏—X-Ray照孔确认
假设以上为4个PCS﹐以上孔偏方向如红箭头所示﹐孔偏方向为 离心式扩张偏移﹐可以判定此板有整板内缩现象﹔另有单PCS 或部分PCS的孔偏呈现出扩张式﹐也可判定为涨缩异常。
2020年3月7日星期六
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钻孔所有孔均向一个方向偏移﹐如果压合钻靶未偏移﹐即可断定为钻 孔整体移位。当然﹐钻孔钻偏大多数是BGA密集区部分孔偏移﹐判定 人须根据具体情况做判断﹐不可和涨缩引起的钻偏混淆。
底片放置的 时间和条件
人
底片制作时是否按 抓好的补偿进行预
放或预缩
基板的厚 度以及铜
厚
压合参数设 置是否合理
P/P的物性与
基板底片的 尺寸安定性
料
基板的匹配性 内层补偿值
是否抓准
法
内层板棕化 后放置条件
压合冷压设置 的冰水温度
为 何 涨 缩
板层多少及 板厚是否一致
残铜率及工 程迭构设计
钻靶前是否 冷却至室温
因為4層板只有一張內層板﹐壓合前測量靶距﹐壓合后MARK中心鑽靶
后再測靶距﹐即是其絕對漲縮數據﹐至于層偏的影響一般可以不予考
慮。
1.2 6層板測量
6層板共有兩張內層板﹐基本上為對稱疊構﹐因此壓合后兩面漲縮差異
可以不考慮﹐測量方式與4層板類似。
1.3 8層以上板測量
8層以上板因為層次排列不同﹐內外層次壓合中會產生較大差異﹐因此
需要建立標靶進行監控﹐如下頁圖注。
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2.相對漲縮的測量﹕ 測量工程設定值數據與壓合后數據對比。 2.1 壓合后漲縮測量 壓合后產品可以選擇用X-Ray鑽靶機測量靶距或標靶距離來判定漲縮﹐ 也可以將靶孔用MARK方式鑽破后使用2D測量其數據。 2.2 鑽孔首件后漲縮測量 壓合鑽靶選用中央基准補償式鑽靶﹐當產品到鑽孔后靶孔已無法作為漲 縮測量的參考依據﹐此時可以選擇待鑽板用鑽靶機MARK方式鑽破外圍 孔﹐用X-Ray或2D測量孔距判定漲縮尺寸﹐8層以上有標靶的可以同壓 合測量方式。 2.3 中測漲縮的判定與測量 中測板因為加上外層線路﹐對漲縮的判定有一定遮蔽性。一般漲縮為批 量性異常﹐但也會有鑽孔首件等個別漲縮異常板流入﹐此時需要對異常 板蝕刻后造X-Ray﹐判定方式同鑽孔﹐中測板已無可供測量的孔﹐尺寸 漲縮 值不能測量。
PCB生产涨缩管控
内容
涨缩制程管控方法 涨缩异常处理
2
1.尺寸涨缩概述
什么是尺寸涨缩?
尺寸涨缩通常就是指PCB制作流程中,其基材吸湿而澎涨,脱湿而收 缩之尺寸变化的过程.愈高温愈易吸湿,因而愈高温高湿时,尺寸变化更 大.
尺寸涨缩对PCB的影响?
尺寸涨缩对各制程的作业有很大的影响,它将影响到钻孔与内层的
对准度,外层和防焊,文字的对准度,以及成品的尺寸公差.
富士DX L2 富士DX L3 富士DX L4 富士DX L5 富士DY L2 富士DY L3 富士DY L4 富士DY L5
2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0
發放值 4小時變化 8小時變化 16小時變化 16小時總變化
结果:
E162C6014DD内层底片:上机后十六小时与上机前对比DX最大变化缩1.5mil,DY最
玻 尺安測試值 TG點 布 經向(Warp) 緯向(Fill)
D F G G 138.14 138.14 136.12 136.23 136.12 137.6 135.23 137.91 136.23 138.9 138.9 138.9 138.1 138.1 138.1 138.1 138.1 -0.0087% -0.0011% -0.0439% -0.0439% -0.0206% -0.0152% -0.0396% -0.0055% -0.0396% -0.0050% -0.0013% -0.0114% -0.0069% -0.0026% -0.0103% -0.0026% -0.0035% -0.0079% -0.0121% -0.0449% -0.0449% -0.0165% -0.0033% -0.0440% -0.0058% -0.0440% -0.0090% -0.0181% -0.0039% -0.0142% -0.0070% -0.0095% -0.0070% -0.0111%
PCB涨缩不良现象及改善措施
PCB涨缩不良现象及改善措施PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）在电子设备制造中起着至关重要的作用。
然而，由于材料和环境的影响，PCB可能会出现涨缩不良的问题。
本文将探讨PCB涨缩不良的原因以及改善措施，以帮助读者更好地理解和解决相关问题。
一、PCB涨缩不良的原因1. 材料热膨胀系数不匹配PCB的主要材料包括导电层、外层热固性树脂、内层介质层等。
这些材料由于温度变化会存在不同程度的热膨胀，如果它们的热膨胀系数不匹配，就会导致PCB出现涨缩不良的问题。
2. 焊接温度不均匀在PCB制造过程中，焊接是一个关键步骤。
如果焊接温度不均匀，某些区域的PCB可能会受热不均，导致局部涨缩不良。
3. PCB设计不合理PCB设计中考虑到材料的热膨胀以及温度变化对电路板的影响是十分重要的。
如果在设计阶段没有充分考虑这些因素，也会导致PCB涨缩不良。
二、改善PCB涨缩不良的措施1. 优化材料选择选择热膨胀系数匹配的材料对于解决PCB涨缩问题至关重要。
在选材时，要仔细研究材料的热膨胀系数，并确保它们与其他材料相匹配。
2. 控制焊接温度在PCB焊接过程中，确保温度均匀分布是关键。
可以通过提高焊接设备的精度和稳定性，采用均热设计等方式来实现温度的均匀控制，减少PCB的局部涨缩不良。
3. 合理的PCB设计在PCB设计过程中，应充分考虑材料的热膨胀系数以及温度变化对电路板的影响。
可以采用增加焊盘面积、减小板厚度等设计技巧，以提高PCB的涨缩性能。
4. 精确的温度控制在实际使用中，对PCB的温度进行精确控制也能够有效改善涨缩不良的问题。
可以采用温度传感器和自动控温装置等技术手段，确保PCB始终处于适宜的工作温度范围内。
5. 定期检测和维护定期检测PCB的涨缩情况，及时发现并解决问题，对于维护PCB的稳定性和可靠性非常重要。
可借助扫描电镜等设备对PCB进行全面的检测，以了解其状况并制定相应的维护计划。
结论PCB涨缩不良是在电子设备制造中常见的问题，但通过选材、焊接温度控制、合理的PCB设计、精确的温度控制以及定期检测和维护等改善措施，可以降低PCB涨缩不良的发生率，提高PCB的稳定性和可靠性。
PCB涨缩尺寸设定公差简报
• 涨缩尺寸公差在指定范围内（C-d~C+d)，X-Ray钻靶机即可进行自动 钻孔，孔间距固定，超范围则无法下钻，需要分组。
3
原因分析（产生）
理論計算方法: 盲孔下孔徑可偏移量為shift =(A-B)/2,其中X-ray 設定漲縮卡控公差(P3P3,P4P4,P34實際距
離與設定距離的差值 )須小於盲孔可shift的值理論min A=10.4mil,max B=4mil max shift=3.2mil 取樣方法:
PCB涨缩尺寸公差设定简报
1
原因分析（产生）
PCB在生产过程中，因为生产所使用的底片尺寸，受热，材料等因素，涨缩是不可避免的，XRay打靶机是其中的一个关键尺寸卡控设备。
靶標
定位孔钻孔作业步骤
尺寸測量靶標間距
與標準間距做比對 差異
符合±3mil 是
定距打靶作業
根據以上設定進行 分堆做撈型記號
否 設立新基準值
盲孔單邊可偏移量
Boxplot of 盲孔單邊可偏移量
3.9 3.7 3.5 3.3 3.1
2.9
2.7
2.5
2.5
5
6
取同樣2pnl量測L25 target pad大小以及化銅後盲孔下孔徑大小,量測位置如下對應SET, 每 SET量測2點
P3
P4
A
B
E
D P3
C P4
B=盲孔下孔徑大小
A=Target pad 大小
4
原因分析（产生）
實際盲孔偏移量: 從箱型圖可看出盲孔單邊可偏移量均在50um(25*2)以上. 綜上,可將X-ray铣靶公差設定在±50um以內.
符合±3mil 是
定距打靶作業
PCB电路板为什么会出现涨缩_如何应对PCB尺寸涨缩-华强pcb
PCB电路板为什么会出现涨缩_如何应对PCB尺寸涨缩-华强pcb从基材一次内层线路图形转移经数次压合直至外层线路图形转移的加工过程中，会引起拼板经纬向不同的涨缩。
从整个PCB制作FLOW-CHART中我们可以找出可能引起板件涨缩异常及尺寸一致性较差的原因及工序：1、基材来料尺寸稳定性，尤其是供应商的每个层压CYCLE之间的尺寸一致性。
即使同一规格基材不同CYCLE的尺寸稳定性均在规格要求内，但因之间的一致性较差，可引起板件首板试制确定合理的一次内层补偿后后，因不同批次板料间的差异造成后续批量生产板件的图形尺寸超差。
同时，还有一种材料异常是在外层图形转移后至外形工序的过程中板件发现收缩;在生产过程中曾有个别批次的板件在外形加工前数据测量过程中发现其拼板宽度与出货单元长度相对外层图形转移倍率出现严重的收缩，比率达到3.6mil/10inch。
2、拼板设计：常规板件的拼板设计均为对称设计，在图形转移倍率正常的情况下对成品PCB的图形尺寸并无明显影响;但是一部分板件在为提升板料利用率，降低成本的过程中而使用了非对称性结构的设计，其对不同分布区域的成品PCB的图形尺寸一致性将带来极为明显的影响，甚至在PCB的加工过程中我们都可以在激光盲孔钻孔以及外层图形转移曝光/阻焊剂曝光/字符印刷过程中发现此类非对称设计的板件其在各环节中的对准度情况相对常规板件更难以控制与改善;3、一次内层图形转移工序：此处对成品PCB板件尺寸是否满足客户要求起着极为关键的作用;如一次内层图形转移的菲林倍率补偿提供存在较大偏差其不但可直接导致成品PCB图形尺寸无法满足客户要求外，还可引起后续的激光盲孔与其底部连接盘对位异常造成LAYER TO LAYER之间的绝缘性能下降直至短路，以及外层图形转移过程中的通/盲孔对位问题。
根据上述分析，我们可针对性地采取适当的方式对异常进行监控及改善：1、基材来料尺寸稳定性与批间尺寸一致性的监控：定期地对不同供应商提供的基材进行尺寸稳定性测试，从中跟踪其同规格板料不同批之间的经纬向数据差异，并可适当地使用统计技术对基材测试数据进行分析;从而也可找出质量相对稳定的供应商，同时为SQE及采购部门提供更为详实的供应商选择数据;对于个别批次的基材尺寸稳定性差引起板件在外层图形转移后发生的严重涨缩，目前只能通过外形生产首板的测量或出货审查时进行测量来发现;但后者对批管理的要求较高，在某编号大批量生产时容易出现混板;2、拼板设计方面应量采用对称结构的设计方案，使拼板内的各个出货单元涨缩保持相对一致;如可能，应与客户沟通建议其允许在板件的工艺边上以蚀刻/字符等标识方式将各出货单元在拼板内的位置进行具体标识;此方法在非对称方式设计的板件内效果将更明显，即使每拼板内因图形不对称引起各别单元出现尺寸超差，甚至是因此引起的局部盲孔底部连接异常亦可极为方便地确定异常单元并在出货前将其挑出处理，不至于流出造成客户封装异常而招致投诉;3、制作倍率首板，通过首板来科学地确定生产板件的一次内层图形转移倍率;在为降低生产成本而变更其它供应商基材或P片时，此点尤为重要;当发现有板件超出控制范围时应根据其单元管位孔是否为二次钻孔加工;如为常规加工流程板件则可根据实际情况放行至外层图形转移通过菲林倍率进行适当调整;如是二次钻孔板件，则对异常板件的处理需特别谨慎以确保成品板件的图形尺寸与标靶至管位孔(二次钻孔)距;附二次积层板件首板倍率收集清单;4、过程监控：利用外层或次外层板件在其层压后的X-RAY生产钻孔管位孔时所测量的板件内层标靶数据，分析其是否在控制范围内且与合格首板所收集的相应数据进行对比以判断板件尺寸是否有涨缩异常，下有附表可参考;经过理论计算，通常此处的倍率应控制在+/-0.025%以内才能满足常规板件的尺寸要求。
pcb涨缩标准
pcb涨缩标准
PCB的涨缩标准主要包括IPC-6012C、MIL-PRF-55110、JIS-C-6481和GB/T 4729.1等。
其中，IPC-6012C是目前国际上应用最广泛的标准之一，它规定了PCB的涨缩值、测量方法和测试条件等内容。
IPC-6012C标准规定了PCB的涨缩值应该符合以下要求：
1. 对于双面板，板材的涨缩值应该小于或等于0.25%。
2. 对于多层板，板材的涨缩值应该小于或等于0.70%。
在制造和测试PCB时，应该按照标准规定的温度和湿度条件进行测试。
在实际生产中，为了保证PCB的质量和可靠性，通常会在PCB的设计和制造过程中考虑到涨缩因素。
例如，在PCB的设计中，可以采用分层布线、缩小导线间距、增加引脚数量等方法来降低涨缩率。
在PCB的制造中，可以采用先进的材料和制造技术，如高Tg板材、压铸工艺等，来控制PCB的涨缩率。
此外，据英国IPC-6012（1996版）《刚度PCB板的评定与特性标准》，用以表层安装PCB板的容许较大涨缩和歪曲为0.75%，其他各种各样木板容许1.5%。
这比IPC-RB-276（1992版）提升了对表层安装PCB板的规定。
如需了解更多信息，可以访问IPC（国际电子工业联接协会）官网，获取更多PCB相关的知识。
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目录
一、PCB各站尺寸变化趋势图 二、尺寸变化原因及验证经验 三、PCB尺寸设计 四、PCB生产管控 五、PCB尺寸监控
一、常见PCB生产尺寸变化趋势
PCB端
打件后
尺寸随着存放时 间越长越大
Key
涨缩关系
规格增加制 程补偿
规格增加炉 后补偿
二、PCB尺寸变化原因—吸湿
PCB材料由玻璃纤维及环氧树脂构成，树脂结构中含有羟基（OH)，容易与空气 中的H发生反应，产生水气，环氧树脂初期的吸水速率快，而后慢慢趋于稳定， 吸水后分子团变大，造成尺寸变大
开Fail单
开Pass单
曝光板退洗
接Pass单蚀刻
五、尺寸监控-生产监控
基材
PCB生产流程
PCB成品
内压钻电外防化文成电目 层合孔镀层焊金字型测检
过程首件管理 量测位置：上中下三点 量测频率：每60量测1片 判定标准：依照首件管理
量测位置：pcs量测 量测频率：每DC：25pcs 判定标准：依照工单
材料吸水率验证（蒸煮试验） 方法：取板烘烤后称重，常态24Hr后称重，计算吸水率
将板子放在高压蒸煮锅内（121度）每隔1小时计算吸水率
二、PCB尺寸变化试验-成品板静置
1.取PCB过炉后存放，每24Hr量测尺寸并记录（存放在温室度管理环境）
1.打件后PCB缩了205PPM（PPM为百分比） 2.打件后~24H回涨最快在69ppm（板厚18mil） 3.大约在第12天回涨至打件前且存放时间月长FD尺寸越大，因此PCB
板厂一般建议客户端在打完件后一周内使用（Bonding）。
二、PCB尺寸变化试验-不同湿度
取PCB过炉后存放在恒温恒湿箱内与常温环境下比较PCB尺寸回涨变化 材料厚度39mil
1.湿度越高，回涨越快
三、PCB尺寸设计-补偿设计
Q4季???表
1.补偿设计时考量基板厚度及叠构 2.补偿表由统计验证汇总经验数据得来 3.补偿表每年修正2次(Q2/Q4) 4.根据各家客户尺寸要求设计
Key
生产前烘烤 条件：150度 4 Hr
生产前烘烤 条件：160度 3 H r 管控：烘烤后72Hr内做完
压烤 条件：160度 1Hr
1.为保证尺寸稳定性,在生产前需进行烘烤,将基板内的水分减少
四、生产管控-外层蚀刻首件管理
底片调整Βιβλιοθήκη 首件制作3D量测首件判定
1.蚀刻后尺寸偏差在中检（外层）公差的80%以内 2.同片R值<0.8mil,不同片R值<1.2mil
三、设计-规格公差
公差为喇叭口设计 小大
客户公差的50%
+60um -60um
+30um -90um
+70um -70um
1.PCB生产时，外层光学点公差为客户公差的50% 2.基板材料水准批次生产收缩差异80ppm
四、生产管控-烘烤管理
基材
PCB生产流程
PCB成品
内压钻电外防化文成电目 层合孔镀层焊金字型测检
五、尺寸监控-PCB成品趋势监控
1. 成品板出货前按周期进行尺寸验证量测，数据记录并作出趋势图 2. 量测后根据客户规范要求判定是否可以出货
厂内预警线 a.平均值偏离中心规格20um b.max 距离上限20um c.min 距离下限10um