移动通讯类HDI板的弯翘研究

桂海洋 吴会兰 黄 勇

（珠海方正科技高密电子有限公司 广东 珠海 519175）

1 前言

移动通讯类产品由于轻、薄化的趋向，组装工序对板件的刚性要求越来越苛刻，板翘管控由0.7%降低至0.5%，甚至一些组装端要求严格至0.2%。板弯翘越来越严格的要求，对材料提供商及PCB制造者带来新的挑战。（板弯翘百分率计算方法：翘起高度/板子对角线长度x100%）

现针对10层以上薄HDI板所选用的布106、1037、1027基材在实际应用中遇到的板弯翘问题，从工程设计、制程管控、人员搬运、操作设备（机台或工具）、矫正方法等方面找出贡献最大的问题点，最终能够找到预防或改善板弯翘的一些措施。

PP（Prepreg，半固化片）是由玻璃布经上胶机上胶并烘干至B-阶形成的一种胶片，作为PCB制作时压合的一种重要物料。玻璃布在PCB板中担任的是补强材的角色， 目前分为普通布和扁平布，激光钻孔时扁平玻璃布较佳。在平织法的状态下，经纱与纬纱应力有差异，于是就形成板翘，基材本身导致翘曲问题本文不作研讨。

2 板翘影响因素及解决方案

2.1 产品现状

目前移动通讯类ELIC产品成品板厚0.55 mm制作能力已逐步成熟，但板弯翘一直是个难题，组装端也不断反馈此类异常导致焊接贴装时作业困难，焊偏甚至空焊不良发生，举例说明一个典型ELIC，板弯翘检测良率仅20%（板翘按管控≤0.5%）。此类型板在产品制作过程中发现整PNL在成型工序已呈现严重弯翘形态，经成型铣为小set后同样是弯翘形态，无铅回流焊后加剧向上弯翘所形成四角吊脚的枕头效应，如图1所示。

图1 板翘现状（左图为成型前翘曲图、中间图为小Set翘曲图、右图为翘曲示意图）

从CAM工作稿，明显看出C面器件密集程度及线路丛横交互高度集中，S面则基本为大铜皮设计。

为更清楚的了解薄板板弯翘的制程能力，故10层板厚1.00 mm与0.55 mm的产品，板弯翘的制程能力指标CPK统计见表1。可以看出，板厚越薄、板弯翘CPK呈现越小的趋势。

2.2 实验分析及方案

板弯翘是物理现象，不是化学现象，物理现象经过各种方法一定能找到原因，发生板弯翘最基本的成因可以用一句话概括就是应力不平衡，但是产品从设计出来到焊接、上件组装经过一系列的过程，过程因素太多，导致板弯翘解决成为一种难题，以下依照层别法鱼骨图的形态，图2描绘出影响板弯翘的因子。

根据板翘影响因子，结合产品结构及板弯翘的实际情况，设计五组板弯翘改善实验如下表2。

表1 10层产品1.0mm与0.55mm板厚板弯翘CPK统计结果

图2 板弯翘影响因子鱼骨图

2.3 过程分析

2.3.1 方案A

实验设计：HDI板遇到一面为线路密集面、一面为大铜面设计，板弯翘较严重，为验证在大铜面开窗，减少大铜面应力、保持与线路密集面应力一致。将整Panel板各Set的不同区域大铜面进行不同等大小的开窗，具体如图3所示。

图3 整Panel各SET开窗区域、大小及铜面开窗参考

实验结果：统计结果见表3。其中E、F、K区域更改后，板弯翘率及良率改善比较明显，更改网格开窗的面积也相对比较大。

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小结：大铜面开窗区域越多，板翘改善越明显，这也验证了PCB设计从布线、残铜分布上可以预防板弯翘的产生，即尽量保证整板区域内和两对称面相对均衡，以避免产品自身内应力导致的板弯翘。

表2 五组板弯翘改善实验

表3 大铜面开窗实验数据

2.3.2 方案B

实验设计：工程设计时，基材选择上会考虑压合填胶、产品耐热性问题选择薄布高含胶基材而忽略因高胶基材刚性较差导致的板弯翘。选择1个产品，变更叠构基材规格，将基材106RC76%改为1067RC71%，即薄布高胶改为厚布低胶，制程按照同样流程作业。

实验结果：通过跟进一批板，终检量测板翘及良率，统计结果如图4所示。小结：基材选择上，相对而言厚布低胶的基材起到增加产品刚性的效果。

2.3.3 方案C

实验结果：板到终检，OSP后直接检测板弯翘，终检统计数据如表4。小结：压合正反叠板作业，对盲孔数差异悬殊的产品，起到一定改善板弯翘的作用。

图4 基材变更实验板弯翘测试结果及箱线图对比

2.3.4 方案D

实验设计：选择板厚0.55 mm，同时制作两批各30Panel，防焊工序分别“网印、喷涂弯曲插框”及“直立插框”，到终检对比板弯翘差异。

表4 压合正反叠板实验结果

实验结果：实验结果见图5所示。

图5 薄板插框实验结果

小结：弯曲插框对板弯翘影响十分明显，板弯翘均值弯曲插框明显高于直立插框。

2.3.5 方案E

实验设计：针对板翘不良板，采用板翘反直机进行压烤反直，为找到更优的作业条件，故设计DOE交叉实验，以便找到更佳的条件。

实验结果：根据实验指标，依据“两因子及两水平”建立四组实验，表5为测试结果。

小结：依据实验分析，保证外观OK情况下，板弯翘压烤最佳条件如下：温度145 ℃，热压40 min。

但是根据DOE实验过程发现，结合材料Tg值为150 ℃的特性，故压烤温度超过150 ℃对于改善板弯翘比较合适，但是温度过高，会对防焊油墨或外层铜产生氧化影响进而导致产品外观不良，不过目前已经有一种充氮气式压烤设备，可以满足温度165 ℃，连续进行2小时的压烤，防焊油墨或外层铜外观不会产生变化，且板弯翘能够明显改善。

表5 DOE正交实验结果

3 结论

根据板弯翘实验结果，预防及改善板弯翘的措施如下：

（1）图形布线设计或BGA密集区域，尽量不聚集在一个区域，利于散热及消除局部应力不一致；

（2）盲孔设计时，对称两面盲孔数尽量保持一致，如无法保持一致，在盲孔少的一面（大铜面）进行开窗设计及龙凤排版设计；

（3）基材选择方面，在介厚及可靠性满足要求前提下内层尽量选择厚布低胶基材；

（4）制程压合工序，预叠采用正反叠板、旋转叠板；

（5）防焊插框工序，采用框架必须能满足板子能自然展开，不能弯曲插框；

（6）压烤反直工序，压烤时，压盘上下采用良好的缓冲材料，且每叠set间正反叠板，利于纠正弯翘产品；

板弯翘问题，需要结合不同的产品结构设计、制作工艺等因素具体分析，PCB制造端板弯翘问题存在诸多改善空间，不仅从设计源头、还要多工序及多部门全员参与。

[1]白蓉生. 压合制程教材[R]. TPCA, 2011.

[2]张致吉. 2012年全球前三大之產業/產品-玻纖布[N]. IEK产业情报网, 2013.