HDI高阶产品线路图形对位应用与研究.pdf

91HDI板 HDI Board2023春季国际PCB技术/信息论坛HDI高阶产品线路图形对位应用与研究 Paper Code:S-015 邓伟龙 徐林龙 张 俊（博敏电子股份有限公司，广东 梅州）摘 要 文章通过对产生异常的板件涨缩，对位孔形，层压后、激光对位后、以及线路图形后进行现场数据收集比对，针对存在的各个影响因素进行逐级分类，寻求一种能满足高密集盲孔且小孔环（密集盲孔PAD0.038 mm孔环）的加工方法，文章提出一种通过贯穿式盲孔对位的新加工方式，在同时兼顾通盲匹配的基础上可以较为有效的改善盲孔对位的偏破不良问题。关键词 板件涨缩；贯穿式对位；高密集盲孔；小孔环 中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1009-0096（2023）增刊-0091-13 Application and research of HDI high-level product line graphics matchingDeng Weilong Xu Linlong Zhang jun Abstract Through field data collection and comparison of abnormal plate expansion and contraction,alignment hole shape,lamination,laser alignment and line graphics,the existing influencing factors are classified step by step.In order to find a machining method that can meet the needs of high density blind holes and small hole rings(dense blind holes PAD0.038 mm hole rings),this paper puts forward a new machining method through blind hole alignment,which can effectively improve the poor breakage of blind hole alignment on the basis of taking into account the straight matching at the same time.Key words Board Expansion and Contraction;Through Alignment;High Density Blind Hole;Small Hole Ring0 前言基于HDI产品结构的不断升级，对盲孔设计的密集程度和孔环设计的要求日益严格，原采用内层层压打靶靶孔对位的产品精度，已无法满足高阶盲孔对位的制作要求，采用复合靶对位的加工方式，在批量量产的过程中，高密集盲孔偏破不良报废极高，急需寻求一种对应的解决方案。1 现状分析1.1 改善前后数据体现（数据来源：MRB系统数据）小结：高阶A型号板件前期共生产9单（183.98016 m2），仅盲孔偏破（打靶不良、线路对偏、层偏等各项因素导致）报废23.08632 m2，单一缺陷报废率高达12.55%，批量生产过程造成严重品质隐患和成本增加。2023春季国际PCB技术/信息论坛92HDI板 HDI Board 图1图2 图3 图4 图5 图1 常规打靶靶孔对位示意图 图2图5 优化改善对位示意图 A型号改善前盲孔偏破报废情况2.x|sx改善前盲孔偏破报废情况 报废明细 总生产数量 总生产 平方数 盲孔偏破合计报废SET数 盲孔偏破合计报废平方 盲孔偏破报废率 共9单 183.98016 m2 1288 set 23.08632 m2 12.55%(每单面积20.44224 m2)93HDI板 HDI Board2023春季国际PCB技术/信息论坛1.2 在线问题点剖析（对位孔变形、披锋、板件变形、产品结构、难点）为改善这一不良，提高盲孔对位精准度，减少品质报废，同时也为后续批量制作高阶板件提供更优的生产方式，特对现有的生产方式、板件生产难点、对位系统进行剖析。在线生产不良图例对位 方式 图例 备注 复合靶 四角均采用复合靶对位 对位方式 不良图例 复 合 靶 复 合 靶 复 合 靶 2023春季国际PCB技术/信息论坛94HDI板 HDI Board在线不良影响因素序列 影响因素 说明 图示 1 激光复合靶无法识别 激光孔径(0.10.11）mm,电镀后孔口基本填平导致无法识别对位曝光。2 对位孔变形、披锋 打靶靶孔变形、披锋导致对位偏孔。3 次外层自动涨缩生产 线路曝光系数采用固定涨缩生产(原自动涨缩生产,优化为固定涨缩生产,减少涨缩极差分堆)。4 对位孔打靶偏 对位孔打靶偏位(如图,孔位偏左),导致曝光图形偏位盲孔偏破。95HDI板 HDI Board2023春季国际PCB技术/信息论坛5 板材变形 激光涨缩差异值,体现出压合后板材变形,同一批板件涨缩极差大0.226 mm。2023春季国际PCB技术/信息论坛96HDI板 HDI Board综上6 孔环设计超现有制程能力 激光孔设计90 m(常规设计为100 m120 m),蚀刻后激光孔环仅39.3 m,孔环设计小,且密集孔环无法加大补偿,从而导致部分盲孔偏破报废。L0409层 线路涨缩 最大值 最小值 平均值 L 1.001 036 1.001 036 1.001 036 LDI 固定涨缩 W 1.000 742 1.000 742 1.000 742 L0310层 压合后打靶涨缩 压合后 板件差值 最大值 最小值 平均值 涨缩极差 板件差值/mm L 1.000 728 1.000 376 1.000 613 0.000 352 0.218 mm W 1.000 599 1.000 230 1.000 473 0.000 369 0.200 mm 激光涨缩 激光涨缩差值 最大值 最小值 平均值 涨缩极差 板件差值/mm L 1.000 753 1.000 388 1.000 639 0.000 365 0.226 mm W 1.000 580 1.000 321 1.000 451 0.000 259 0.141 mm 线路固定涨缩 最大值 最小值 平均值 L 1.000 603 1.000 603 1.000 603 LDI 固定涨缩 W 1.000 561 1.000 561 1.000 561 97HDI板 HDI Board2023春季国际PCB技术/信息论坛小结：（1）板件压合打靶涨缩平均值、激光平均值、线路涨缩均较为匹配；（2）线路采用固定涨缩生产，压合后板件长边差值达0.226 mm，涨缩变化过大，板件存在变形；（3）照X-RAY，不良板件存在压合打靶偏、对位孔不圆现象（无固定规律）；（4）复合靶上激光孔存在打偏现象（会影响后续纯激光对位效果）；（5）激光孔环设计小，密集孔设计，无空间加补孔环，前站来料建议按每0.05 mm进行分堆锣槽转序（L0310层密集孔环蚀刻后设计仅0.038 mm）。2 测试项目制定及改善测试2.1 靶孔设计1：原复合靶孔，盲孔设计0.1 mm，被填平LDI无法识别，盲孔在原基础上加大到0.2 mm（填孔后0.15 mm0.18 mm）；靶孔设计1小结：（A型LDI和B型LDI两种机型同时测试对比）测试加大复合靶盲孔大小，盲孔大小由原0.1 mm加大至0.2 mm（填孔后0.15 mm0.18 mm），跟进情况如下：1.A型LDI采用100%盲孔对位，局部轻微偏，AOI检修后无破孔报废。2.B型LDI采用复合靶孔盲孔对位，采用权重0.3（30%盲孔占比对位）单边偏移；采用权重0.7（70%盲孔占比对位）单角偏移；采用权重1.0（100%盲孔占比对位），轻微偏移（目前为供应商升级软件和对位系统后，重新更新算法调整的最佳对位效果），AOI检修后无破孔报废。2.2 靶孔设计2：原复合靶孔，盲孔在原基础上加大加深盲孔大小（0.2 mm0.25 mm）和深度；靶孔设计2小结：加大、加深复合靶盲孔大小，盲孔大小加大至0.25 mm（填孔后0.2 mm0.25 mm），跟进情况如下：1.A型LDI采用100%盲孔对位，局部轻微偏，AOI检修后无破孔报废。2.B型LDI采用权重1.0（100%盲孔占比对位），局部轻微偏，AOI检修后无破孔报废。方案一 方案二 方案三 方案四 方案五 设计 原理 在原复合靶基础上优化盲孔至0.2 mm,加大盲孔识别度。(原设计 0.1 mm盲孔电镀后被填平无法识别)复合靶盲孔再次加大至0.25 mm,且同步加深,跨相邻的两层设计底PAD、盲孔pad单 边 设 计0.0762 mm孔环 设计0.25 mm盲孔激光成圈状进行对位,环宽直径4.6 mm 设计16个独立激光PAD,PAD到PAD最大直线距离4.6 mm(跨相邻的两层设计底PAD)结合A型LDI、B型LDI机台,设计12个独立激光PAD,PAD到PAD最大直线距离3.2 mm(采用无底PAD设计)工程 设计 图示 靶孔 实物 图示 2023春季国际PCB技术/信息论坛98HDI板 HDI Board99HDI板 HDI Board2023春季国际PCB技术/信息论坛2.3 靶孔设计3：新增独立激光环，环宽直径与原复合靶盲孔最大直线距离等大（4.6 mm）；靶孔设计3小结：测试新增独立激光环对位靶孔（激光环宽直径4.6 mm）；跟进情况如下：1.A型LDI采用独立激光环对位靶孔（激光环宽直径4.6 mm），因机台靶标系统不完全，无法抓取靶孔识别。2.B型LDI采用独立激光环对位靶孔（激光环宽直径4.6 mm），因对位靶孔品质边缘差（披锋、边缘凹凸不平变形），导致B型LDI机台无法完全识别，部分采用手工点选后对位盲孔，拒曝率接近90%，且严重影响激光效率，不进行采用。2023春季国际PCB技术/信息论坛100HDI板 HDI Board2.4 靶孔设计4：新增独立激光PAD（16个激光孔），环宽直径与原复合靶盲孔最大直线距离等大（4.6 mm）；小结：测试新增16个独立激光PAD对位靶孔（激光环宽直径4.6 mm），跟进情况如下：1.A型LDI采用独立激光PAD对位靶孔（激光环宽直径4.6 mm），因机台抓靶镜头超范围，无法抓取靶孔识别。2.B型LDI采用独立激光PAD对位靶孔（激光环宽直径4.6 mm），因对位靶孔品质边缘差（披锋、边缘凹凸不平变形），导致无法完全识别，四个角部分盲孔出现粗糙变形等影响。3.对不良靶孔进行切片确认，为激光后盲孔底部凹凸不平导致识别失败，对位难度巨大。101HDI板 HDI Board2023春季国际PCB技术/信息论坛2023春季国际PCB技术/信息论坛102HDI板 HDI Board2.5 靶孔设计5：新增独立激光PAD（12个），环宽直径最大直线距离3.2 mm，设计无底PAD制作；新增独立激光PAD（激光孔数由16个优化至12个，环宽直径4.6 mm优化至3.2 mm），情况如下：1、B型LDI0310层批量制作1单，0拒曝，首件4块盲孔居中，批量AOI扫描报点数在20点以内。2、A型LDI0310层批量自动线生产4单（288 pnl），生产4单因板件放斜超出曝光视窗拒曝5块，重新上机可正常曝光，批量AOI扫描报点数均在20点以内。2.6 改善前后对比采用靶孔设计5，A型LDI和B型LDI批量生产共5单（报废情况见下表）小结：改善前批量生产9单，盲孔偏破报废率12.55%；改善后批量生产5单，盲孔偏破报废率下降至 0.11%。103HDI板 HDI Board2023春季国际PCB技术/信息论坛改善幅度巨大，建议逐步导入此对位模式改善HDI高阶盲孔偏破不良。3 测试结论综上可知，经多种测试方案验证结论：1.测试各种对位模式，靶孔设计5（贯穿式对位孔设计），经批量验证5单，A型LDI和B型LDI拒曝率均为0；2.AOI扫描报点平均在20点以内（含假点），扫描点数较少；3.检修后盲孔报废率由原12.55%下降至0.11%，改善幅度巨大，目前批量在线已生产5 000 m2，可较有效的改善HDI高阶盲孔偏破不良。参考文献1 陈正清,龚永林,黄伟,黄志东,林金堵,彭卫红,苏新虹,唐艳玲,王成勇,王龙基,颜永洪,杨维生,杨振国,曾红,周国云,张家亮.印制电路信息M.增刊2021,第29卷.总第359期.2 黄越威.局部混压产品异常涨缩偏位改善研究J.印制电路信息.2021,NO29.3 吴少辉.任意层HDI板芯板层对位标靶技术研究 J.印制电路信息.2021,NO29.第一作者简介邓伟龙，大专学历。现任博敏电子股份有限公司(广东梅州)工艺部工程师，主要负责HDI干制程的相关工作。改善前、后盲孔偏破报废情况 类别 报废明细 总生产数量 总生产 平方数 盲孔偏破合计报废SET 盲孔偏破合计报废平方 盲孔偏破报废率 改善前 共9单(每单面积20.44224 m2)183.98016 m2 1288 set 23.08632 m2 1 12 2.55%55%改善后 共5单 102.2112 m2 3 set(+12 pcs)0.12 422 m2 0 0.1 11%1%A型号改善前盲孔偏破报废情况2.xlsxA型号新靶孔改善后生产5单偏孔报废数据.xlsx