大尺寸金属基PCB阻焊偏位改善

邹文辉 邹子誉 邓伟良 高瑞军

［1.景旺电子科技（龙川）有限公司，广东 河源 517373；2.广东省金属基印制电路板工程技术研究开发中心，广东 河源 517373；3.河源市高密度高散热电路板企业重点实验室，广东 河源 517373）

0 引言

本文以大尺寸金属基印制电路板（printed circuit board，PCB）阻焊生产案例，探讨大尺寸金属基PCB 制作阻焊对位精度的影响因素及改善工作，为同行提供参考。

1 问题描述

本次阻焊偏位案例中的产品基本信息为单面金属基PCB，金属基PCB 拼版宽度在650～720 mm，具有拼版尺寸大、阻焊精度控制难的特征。

存在问题：偏位案例的偏位表现不规则，偏位区域偏差在0.050～0.065 mm（成品标准为0.050 mm以内），不良率约20%。

2 原因分析与改善

产品为单面板，具有拼版尺寸大的特征，分析单面金属基板不需要多层压合、不存在PCB 涨缩和偏位问题。因此，初步将问题锁定在曝光底片设计、曝光底片变形控制、曝光对位制作方面，并对问题进行分析和排查。

2.1 常规因子排查

根据曝光对位原理，为线路图形在4 个板角上制作4 个阻焊对位点，对位公差为每个点的线路和阻焊底片的偏移量。基于曝光对位原理，对可能影响大尺寸印制板阻焊偏位的常规因子排查结果如下。

（1）对异常料号的线路图形和阻焊底片用二次元距离测量，比对工程设计资料，测量数据显示，线路图形和底片图形被测量点偏差范围在±0.025 mm 内，满足工程设计和品质管控要求，排除线路图形或阻焊底片变形异常。

（2）对出现偏位异常的工作车间和作业设备周边区域进行连续性温湿度测量监控，满足湿度50%～60%、温度18～20 ℃的管控标准，排除温湿度异常因子。

（3）电荷耦合器件（charge coupled device，CCD）摄像头对位精度验证，4 个摄像头在各自活动的区域用5 点测量（4 角加中间位置），使用校正片给CCD 镜头识别对位抓点，显示值都在±10 μm以内，排除机器精度异常因子。

由此判断，导致大尺寸PCB 阻焊对位偏位的异常因子，属于隐秘性的特定因子，需要针对产品设计、操作规范和设备特点等因素进行逐一排查。

2.2 大尺寸PCB偏位问题异常因子再现性

经过以上常规因子排除，认为阻焊偏位的原因有可是人（违规作业）、机（曝光机异常）、法（设计异常），将问题锁定在：①底片对位点；② 员工作业；③底片边缘设计及员工对底片进行冷却；④ 曝光机玻璃厚度。下面对4 个影响因素进行分析及再现。

2.2.1 曝光底片设计

结合金属基PCB 的制作经验，设计端影响阻焊偏位的可能因素包括预放系数、对位点设计、材料选用。经过分析，预放系数是经过验证得出的数据，材料也是常规材料，所以优先将影响因素定位在大尺寸设计的特殊性，对位点距离可能是影响阻焊偏位的因素之一。

为了验证该分析结果，通过设计不同对位点距板边距离，验证对位点距离造成阻焊偏位的影响。设计10～160 mm 区间9 种距离的对位点距板边距离，验证偏位情况，对位点到板边的距离与对位偏移量呈正相关关系，60 mm 内可满足±0.025 mm 以内的偏移量；超过60 mm 的距离，偏移量急剧变大。因此初步得出结论，对位点到板边距离是影响阻焊偏位的因素之一。

经修改工程资料，控制4 点对位系统距离板边60 mm 以内，跟进10 批次小批量，未见批量异常偏位，大尺寸PCB偏位被初步控制。

2.2.2 装底片流程

金属基板阻焊以白色为主，在对位过程中，底片会粘板面，导致底片有脱落现象，因此曝光前员工在曝光玻璃和底片之间贴双面胶固定。贴双面胶会造成底片和玻璃密接不合，导致局部区域偏位的异常，当底片发生形变时可能为不规则变形。

为了验证双面胶固定底片是否会导致底片不规则变形的问题，对底片和曝光玻璃之间不贴双面胶，将底片吸真空压力由300 mmHg（1 mmHg=133.322 Pa）增加到 500 mmHg 连续曝光，曝光过程中未发现掉底片问题，曝光显影后全检，未发现不规则偏位的情况。因此，贴双面胶是导致底片不规则变形的原因，取消贴双面胶后，显影工序检验未发现有偏位异常，但同时无尘室跟进有拒曝的问题。

2.2.3 曝光底片变形

根据对偏位异常底片确认，底片两边有大区域开窗（黑色）的特点，因该区域属于工艺边，此局部大区域开窗设计可能导致底片吸热严重，导致底片变形。为了验证以上分析，对由同类型线路以及工艺边设计的单面金属基板曝光过程进行监控，监测底片变形的情况。

由监测结果可知，对位曝光至115 片时机器就出现拒曝情况，说明此时底片已缩短，机器已防呆识别停止曝光。曝光过程中拒曝问题是常规问题，员工违规使用抹水冷却（会导致底片涨缩），抹水后拒曝问题解决，即可继续对位，该异常属于隐形异常。

为了从根本上解决大尺寸金属基PCB 的阻焊偏位问题，将底片工艺边黑色区域取消，改为透光处理，并规范值机员操作过程，禁止用水对底片降温。优化资料后未出现变形情况，显影后的板子检验未发现偏位异常。

2.2.4 曝光玻璃厚度

无尘室操作员在批量生产中仍反馈底片存在偏短问题，对位精度显示出现负值，并逐渐变短最后拒曝。通过跟进发现，出现问题的都是A 机型曝光机，且都是生产至一定数量（300片）后出现拒曝问题。为了验证该问题，对2 种机型的曝光台面连续曝光300片后测量其台面温度，发现A机型异常机台台面平均温度＞20 ℃（9点测量），B机型正常机台台面平均温度＜20 ℃（9 点测量），因此确定A型曝光机存在对底片变形的影响因素。

分析后将原因锁定在曝光玻璃厚度。A 机型机台的曝光玻璃厚度为6 mm，B 机型机台的曝光玻璃厚度为8 mm。6 mm 曝光玻璃相对于8 mm 曝光玻璃的热阻小，连续高能量曝光后，热量更容易通过玻璃传导至底片，导致底片变形。

通过将一台A 机型曝光机曝光玻璃6 mm 厚度更换为8 mm厚度，取消工艺边大区域开窗的底片曝光，批量曝光机器对位精度未出现负值，亦未出现拒曝现象，且测量台面平均温度＜20 ℃。连续跟进生产半个月，显影检验未出现偏位的异常问题，因此分析曝光玻璃厚度是此次偏位异常的主要影响因素之一。

3 结论

综上所述，大尺寸金属基PCB 阻焊局部偏位的主要影响因素如下。

（1）与对位系统设计有关联，资料设计时将对位点设计在4 个角最边上，对位点离板边越远，对位后的误差越大；可以通过工程资料前期预防，将对位系统设计在距板边60 mm以内。

（2）阻焊底片和曝光玻璃不贴双面胶操作，防止曝光玻璃密接不合导致不规则的偏位。

（3）阻焊底片工艺边尽量避免大区域开窗，防止黑色区域吸热严重、散热效果差，导致底片缩短变形。

（4）曝光玻璃厚度影响底片变形，曝光玻璃越薄，底片吸热越严重，变形量越大。

（5）局部区域对位后变长现象主要为违规操作问题，操作员抹水底片，底片局部出现拉伸变形异常。

本文基于一个实际阻焊偏位问题案例，在现有条件下分析得出结论。不同产品、不同条件影响因素的表征和验证结果可能不同，需要结合实际产品在特定条件下进行研究。