SUBJ：6Sigma项目之板内阻抗板件质量改进.doc

6Sigma项目之板内阻抗板件质量改进项目名称：板内阻抗板件质量改进项目负责人： 杨晓新整理：袁欢欣 DATE：2007-7-20项目组成员：苏藩春、苏培涛、袁欢欣、谢少英、郑国光、张小腾一、 问题陈述随着高频印制电路板需求量不断增多，PCB中作为信号传输线的金属导线不仅要符合“通、断”等电气流通，更要保持其所需要的传输信号完整性、可靠性、精确性等要求，即需要高精度控制特性阻抗。Adtran客户板件从去年7月份开始，部分板件有100%控制板内阻抗需求，由于之前我司对阻抗的监控都是通过板边Coupon进行的，对板内阻抗控制暂无相关制作经验，导致去年7-8月首批加工生产板内阻抗测试合格率只有50%，该类型产品成品率只有70%左右，远低于目标要求，且过程控制不稳定，增加了公司板内阻抗板件的生产成本。二、 界定(D)定义：特性阻抗(Characteristic Impedance)即为高频讯号或电磁波在电子机器讯号传输线传输时所受到阻力，具体指电阻、电感和电容三者对交流电流的共同阻碍作用大小，简称阻抗。因难以实现对PCB内部真实走线进行阻抗测量，PCB生产商一般都会在PCB周围加上测试Coupon。但Coupon考虑比较理想化，板内阻抗设计可更忠实地代表板内的实际走线。项目任务：通过数据分析，从设计、过程控制进行优化，提升加工控制能力。三、 测量(M)测量过程图：内层图形转移百倍镜检查线宽 AOI 碱蚀(100检查板内阻抗) 物理室100测内/外层板内阻抗。我司生产的第一个Adtran板内阻抗控制要求的板件007652A阻抗测试值总体情况不够稳定，且存在一定量的阻抗超差，过程能力Cpk仅0.6-0.8左右，难以达到1.33的稳定状态。经过一段时间的分析、总结，在接下来的一段时间内，板内阻抗过程控制勉强可以达到Cpk1.33，但板内阻抗控制中值极不理想(Av实测值平均与客户要求中值相差7%左右)，阻抗超差问题仍不容乐观。四、 分析(A)选择变量，鱼骨图分析如下：蚀刻线宽控制不严AOI检查阻抗线缺点不严阻抗测试方向不同阻抗测试人员操作探针技术变更图形转移曝光能力不均蚀刻均匀性、蚀刻因子不够平板/图电电镀不均阻抗测试仪精度/重复性不够百倍镜检查线宽精度不够层压板介质层厚度不均层压板树脂含量不均板内阻抗与板边Coupon不同设计阻抗理论值补偿菲林受环境温湿度影响缩涨物理室阻抗测试房温湿度变化人机料法环板内阻抗超差 五、 改善(I)5.1 方法方面 板内阻抗和板边Coupon区别经分析，尽管测试coupon具有和主PCB相同的叠层和迹线构造，可以反映线路板的阻抗是否合格，但不能非常精确地忠实代表板内阻抗。图1为典型的PCB测试用Coupon和板内阻抗真实走线。可以看出Coupon和板内阻抗二者间存在较大的差别：A) 虽二者走线间距、走线宽度一致，但coupon测试点的间距一般固定为100mil(即最初的双列直插式IC接脚间距)，而板内真实走线的末端(即芯片接脚)间距是不同的，随着QFP、PLCC、BGA封装的出现，芯片接脚间距远小于双列直插式IC封装间距。这种差分走线末端间距与走线间距差别引起阻抗不连续，带来不同的阻抗测试结果。 B) Coupon走线是理想化的直线，而PCB板内阻抗线因各种因素导致走线设计不规则，如下图所示：这种不断拐弯的传输线本身就构成了一个复杂的滤波器，由于滤波作用使得高速信号不断损耗、反射而衰减，测试阻抗值在走线弯折处变得不连续。 C) Coupon与板内阻抗走线在整个PCB上的位置不同。Coupon一般位于PCB边缘，在PCB出厂时往往会被生产商去掉。而板内阻抗真实走线的位置则相当多样，有的靠近电路板边缘，有的位于板中央。针对这种差别，从方法设计方面加以系统改善板内阻抗： 优化板内阻抗线宽补偿。相对于板边Coupon，位于板中央的板内阻抗线蚀刻药水交换较慢，存在一定的“水池效应”；且板内阻抗线容易受图形本身影响、钻孔影响，线宽补偿难度远远高于板边Coupon。按目前正常的线宽补偿，双线板内阻抗一般都要超出控制下限3-4W。通过走首板逐步确定板内阻抗线宽补偿量，曾一次或多次减小9717A、9468A、9433A、9213A、8572A、8543A等编号的线宽补偿。一般而言，0.5OZ可正常补偿，1OZ仅需补偿0.5-0.75mil，2OZ仅需补偿1-1.5mil左右。 优化板内阻抗线路拐角。Adtran客户板内阻抗线一般存在多个拐角(如8171A存在36个拐弯)，客户曾部分有约90(或 1.33，均处于能力充裕阶段，可确保板内阻抗符合要求。5.4 环境与操作方面AOI检测。在AOI工序专门设立工艺岗位，定期检查各种类型AOI机的各种缺陷的侦测能力并进行专项改进。针对讯号频率非常高的板件有必要找出导线缺口、凸口。阻抗测试方向规范。从不同板面测试外层阻抗线，由于直接(蚀刻后抽检板件)或间接(绿油后板件)接触介质的介电常数不同，对阻抗测量影响很大，甚至会影响阻抗控制的判断。对于外层阻抗线的测量，规范一律不能使被测外层阻抗线处于被压状态。力图确保板内阻抗线TDR读数的一致性。在测试板内阻抗线时严格避免下列对可控阻抗板上TDR测量质量不利的因素：测试仪测试前不正确的设置和校准、测试和计算阻抗的不同方法、手动指针(光标)位置的时常变化、在测试过程中不良的或断续的探针连接、外部物质(或测试人员的手部)与测试样板接触、环境温/湿度变化。六、 改善效果特性阻抗(特别是板内阻抗)的高精度控制，真正很好地体现了产品从设计到生产的总体质量。本次板内阻抗板件质量改善从统计分析我司板内阻抗控制现状入手，通过阻抗设计优化考虑和过程控制的不断改善来提升加工控制能力。6.1 经板内阻抗设计不断优化后，我司板内阻抗过程控制Cpk值明显提高。统计我司现有的28个Adtran板内阻抗控制要求板件，约有65%左右的板内阻抗可达到并维持在Cpk1.33的稳定状态，部分编号如下：生产编号7652A8005A8635A9020A9122A板内阻抗TP9TP5TP13TP9TP1TP5TP54TP55TP112TP110Cpk值1.231.371.861.961.221.420.981.261.851.38生产编号9123A9187A9213A9433A9468A板内阻抗TP11TP12TP9TP4TP39TP43TP94TP88TP112TP113Cpk值1.951.511.071.111.112.161.441.731.151.9生产编号9717A9784A9805A9843A9994A板内阻抗TP48TP51TP29TP33TP5TP9TP1004TP105TP39TP40Cpk值0.941.021.471.861.291.771.081.921.010.96生产编号9995A10130A10178A10039A8171A8543A板内阻抗TP28TP29TP13TP7TP22TP7TP1003TP1000TP9TP75Cpk值0.990.961.381.341.381.281.281.291.341.47附注：表中数据来源于相应板件FQC所有检查数据。 通过线宽补偿调整，可有效改善超差问题；与此同时，通过去除覆盖板内阻抗线的不必要的平衡铜点，对板内阻抗控制改善亦非常明显，如去除8171A、9020A、9122A等编号的相应不必要的平衡铜点后，过程控制Cpk值明显提高(Cpk 值从0.26提升到了2.47)，板内阻抗控制中值更符合客户要求(Av 测试值平均值从93.55W提升到103.35W，十分靠近客户要求中值100W)。 6.2经先走首板，待不同形状阻抗线路线宽补偿、介质层厚度、板内阻抗控制结果确认后，重新调整设计值，再正常批量生产的做法，一年来板内阻抗控制质量得到明显提高。一方面，尽管不断有板内阻抗控制要求的新编号生产，但采用走首板的方式，内部板内阻抗质量纠正次数稍有减少，且维持在比较低的水平：另一方面，各月的板内阻抗质量不合格率持续降低，产品成品率从最初的0%左右提升稳定在90%左右。在今