大尺寸金屬基PCB阻焊偏位改善

鄒文輝 鄒子譽 鄧偉良 高瑞軍

［1.景旺電子科技（龍川）有限公司，廣東 河源 517373；2.廣東省金屬基印制電路板工程技術研究開發中心，廣東 河源 517373；3.河源市高密度高散熱電路板企業重點實驗室，廣東 河源 517373）

0 引言

本文以大尺寸金屬基印制電路板（printed circuit board，PCB）阻焊生產案例，探討大尺寸金屬基PCB 制作阻焊對位精度的影響因素及改善工作，為同行提供參考。

1 問題描述

本次阻焊偏位案例中的產品基本信息為單面金屬基PCB，金屬基PCB 拼版寬度在650～720 mm，具有拼版尺寸大、阻焊精度控制難的特征。

存在問題：偏位案例的偏位表現不規則，偏位區域偏差在0.050～0.065 mm（成品標準為0.050 mm以內），不良率約20%。

2 原因分析與改善

產品為單面板，具有拼版尺寸大的特征，分析單面金屬基板不需要多層壓合、不存在PCB 漲縮和偏位問題。因此，初步將問題鎖定在曝光底片設計、曝光底片變形控制、曝光對位制作方面，并對問題進行分析和排查。

2.1 常規因子排查

根據曝光對位原理，為線路圖形在4 個板角上制作4 個阻焊對位點，對位公差為每個點的線路和阻焊底片的偏移量?；谄毓鈱ξ辉?，對可能影響大尺寸印制板阻焊偏位的常規因子排查結果如下。

（1）對異常料號的線路圖形和阻焊底片用二次元距離測量，比對工程設計資料，測量數據顯示，線路圖形和底片圖形被測量點偏差范圍在±0.025 mm 內，滿足工程設計和品質管控要求，排除線路圖形或阻焊底片變形異常。

（2）對出現偏位異常的工作車間和作業設備周邊區域進行連續性溫濕度測量監控，滿足濕度50%～60%、溫度18～20 ℃的管控標準，排除溫濕度異常因子。

（3）電荷耦合器件（charge coupled device，CCD）攝像頭對位精度驗證，4 個攝像頭在各自活動的區域用5 點測量（4 角加中間位置），使用校正片給CCD 鏡頭識別對位抓點，顯示值都在±10 μm以內，排除機器精度異常因子。

由此判斷，導致大尺寸PCB 阻焊對位偏位的異常因子，屬于隱秘性的特定因子，需要針對產品設計、操作規范和設備特點等因素進行逐一排查。

2.2 大尺寸PCB偏位問題異常因子再現性

經過以上常規因子排除，認為阻焊偏位的原因有可是人（違規作業）、機（曝光機異常）、法（設計異常），將問題鎖定在：①底片對位點；② 員工作業；③底片邊緣設計及員工對底片進行冷卻；④ 曝光機玻璃厚度。下面對4 個影響因素進行分析及再現。

2.2.1 曝光底片設計

結合金屬基PCB 的制作經驗，設計端影響阻焊偏位的可能因素包括預放系數、對位點設計、材料選用。經過分析，預放系數是經過驗證得出的數據，材料也是常規材料，所以優先將影響因素定位在大尺寸設計的特殊性，對位點距離可能是影響阻焊偏位的因素之一。

為了驗證該分析結果，通過設計不同對位點距板邊距離，驗證對位點距離造成阻焊偏位的影響。設計10～160 mm 區間9 種距離的對位點距板邊距離，驗證偏位情況，對位點到板邊的距離與對位偏移量呈正相關關系，60 mm 內可滿足±0.025 mm 以內的偏移量；超過60 mm 的距離，偏移量急劇變大。因此初步得出結論，對位點到板邊距離是影響阻焊偏位的因素之一。

經修改工程資料，控制4 點對位系統距離板邊60 mm 以內，跟進10 批次小批量，未見批量異常偏位，大尺寸PCB偏位被初步控制。

2.2.2 裝底片流程

金屬基板阻焊以白色為主，在對位過程中，底片會粘板面，導致底片有脫落現象，因此曝光前員工在曝光玻璃和底片之間貼雙面膠固定。貼雙面膠會造成底片和玻璃密接不合，導致局部區域偏位的異常，當底片發生形變時可能為不規則變形。

為了驗證雙面膠固定底片是否會導致底片不規則變形的問題，對底片和曝光玻璃之間不貼雙面膠，將底片吸真空壓力由300 mmHg（1 mmHg=133.322 Pa）增加到 500 mmHg 連續曝光，曝光過程中未發現掉底片問題，曝光顯影后全檢，未發現不規則偏位的情況。因此，貼雙面膠是導致底片不規則變形的原因，取消貼雙面膠后，顯影工序檢驗未發現有偏位異常，但同時無塵室跟進有拒曝的問題。

2.2.3 曝光底片變形

根據對偏位異常底片確認，底片兩邊有大區域開窗（黑色）的特點，因該區域屬于工藝邊，此局部大區域開窗設計可能導致底片吸熱嚴重，導致底片變形。為了驗證以上分析，對由同類型線路以及工藝邊設計的單面金屬基板曝光過程進行監控，監測底片變形的情況。

由監測結果可知，對位曝光至115 片時機器就出現拒曝情況，說明此時底片已縮短，機器已防呆識別停止曝光。曝光過程中拒曝問題是常規問題，員工違規使用抹水冷卻（會導致底片漲縮），抹水后拒曝問題解決，即可繼續對位，該異常屬于隱形異常。

為了從根本上解決大尺寸金屬基PCB 的阻焊偏位問題，將底片工藝邊黑色區域取消，改為透光處理，并規范值機員操作過程，禁止用水對底片降溫。優化資料后未出現變形情況，顯影后的板子檢驗未發現偏位異常。

2.2.4 曝光玻璃厚度

無塵室操作員在批量生產中仍反饋底片存在偏短問題，對位精度顯示出現負值，并逐漸變短最后拒曝。通過跟進發現，出現問題的都是A 機型曝光機，且都是生產至一定數量（300片）后出現拒曝問題。為了驗證該問題，對2 種機型的曝光臺面連續曝光300片后測量其臺面溫度，發現A機型異常機臺臺面平均溫度＞20 ℃（9點測量），B機型正常機臺臺面平均溫度＜20 ℃（9 點測量），因此確定A型曝光機存在對底片變形的影響因素。

分析后將原因鎖定在曝光玻璃厚度。A 機型機臺的曝光玻璃厚度為6 mm，B 機型機臺的曝光玻璃厚度為8 mm。6 mm 曝光玻璃相對于8 mm 曝光玻璃的熱阻小，連續高能量曝光后，熱量更容易通過玻璃傳導至底片，導致底片變形。

通過將一臺A 機型曝光機曝光玻璃6 mm 厚度更換為8 mm厚度，取消工藝邊大區域開窗的底片曝光，批量曝光機器對位精度未出現負值，亦未出現拒曝現象，且測量臺面平均溫度＜20 ℃。連續跟進生產半個月，顯影檢驗未出現偏位的異常問題，因此分析曝光玻璃厚度是此次偏位異常的主要影響因素之一。

3 結論

綜上所述，大尺寸金屬基PCB 阻焊局部偏位的主要影響因素如下。

（1）與對位系統設計有關聯，資料設計時將對位點設計在4 個角最邊上，對位點離板邊越遠，對位后的誤差越大；可以通過工程資料前期預防，將對位系統設計在距板邊60 mm以內。

（2）阻焊底片和曝光玻璃不貼雙面膠操作，防止曝光玻璃密接不合導致不規則的偏位。

（3）阻焊底片工藝邊盡量避免大區域開窗，防止黑色區域吸熱嚴重、散熱效果差，導致底片縮短變形。

（4）曝光玻璃厚度影響底片變形，曝光玻璃越薄，底片吸熱越嚴重，變形量越大。

（5）局部區域對位后變長現象主要為違規操作問題，操作員抹水底片，底片局部出現拉伸變形異常。

本文基于一個實際阻焊偏位問題案例，在現有條件下分析得出結論。不同產品、不同條件影響因素的表征和驗證結果可能不同，需要結合實際產品在特定條件下進行研究。