PCB+工艺内短问题研究及控制策略优秀毕业论文 参考文献 可复制黏贴.pdf

分类号分类号 学号学号 m200970700 学校代码学校代码 1 0 4 8 7 密级密级 硕士学位论文硕士学位论文 pcb 工艺内短问题研究及控制策略 学位申请人 邓丹学位申请人 邓丹 学 科 专 业 材料加工工程学 科 专 业 材料加工工程 指 导 教 师 吴丰顺指 导 教 师 吴丰顺 教授教授 彭卫红彭卫红 高级工程师高级工程师 答 辩 日 期 答 辩 日 期 2012 年年 1 月月 9 日日 a dissertation submitted to huazhong university of science and technology for the degree of master of engineering research on inner short problem and its control strategy in the pcb technology candidate dan deng major materials processing engineering supervisor prof fengshun wu senior engineer weihong peng huazhong university of science and technology wuhan 430074 p r china january 2012 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果 尽我所知 除文中已经标明引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做出贡献的个人和集体 均已在 文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名 日期 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借阅 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密 在 年解密后适用本授权书 本论文属于 不保密 请在以上方框内打 学位论文作者签名 指导教师签名 日期 年 月 日 日期 年 月 日 i 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 摘摘 要要 印制电路板 printed circuit board pcb 是电子工业的重要部件之一 是承载 电子元器件的母体 而内层短路问题是 pcb 行业的第一大报废项目 随着电子制造 技术的深度发展 pcb 层数增加 结构复杂化 内层短路引起的技术问题日趋严重 从而严重影响了高端 pcb 行业的技术进步及新产品的研发进程 因此 研究内层短 路产生的机理 提出解决内层短路问题的具体措施是很有意义的 本课题主要就引起工艺类内短的主要原因进行研究 提出具体管控方法 从而 实现制程优化和成本节约 研究了静置时间 存放环境和曝光次数对菲林涨缩的影响 发现菲林光绘前静 置时间 24hr 以上尺寸相对稳定 光绘后 9hr 内尺寸呈拉长趋势 9hr 后菲林尺寸趋于 稳定 并且界定了最适宜的菲林存放环境 通过实验还分析得出柯达黑菲林在全自 动机上生产中 每曝光一次 100mm 菲林缩短 0 007 m 的规律 为生产过程中菲林涨 缩的管控提供参考 使用二次元和 x ray 打靶机对开料烤板 残铜率 压合结构等因素引起的内层尺 寸变形量进行测量和分析 为工程实际中获得更准确的菲林补偿系数提供参考 实 验结果表明 对于普通对称结构板 芯板开料后是否烤板对涨缩影响不大 残铜率 对板材涨缩的影响大 残铜率越低 板材涨缩越大 且两者趋于线性关系 总结了 几种特殊压合结构的涨缩规律 本文还提出了一种用于压合涨缩量计算的模型 并 计算了普通六层板的内层涨缩 计算结果与实际值比较吻合 采用实验优化设计的方法讨论了钻孔参数和板材种类对灯芯效应的影响 分别 给出了两种板料两种孔径的钻孔最优参数组合 实验发现 可以将直径为 0 25mm 0 3mm 钻咀的进刀速 退刀速在现有的参数基础上提高 10 从而在不增加成本的基 础上提高生产效率 将 0 3mm 钻咀的主轴转速从 115kr min 提高到 135kr min 可以 将平均灯芯长度降低 20 关键词 关键词 印制线路板 内层短路 涨缩 菲林 灯芯效应 ii 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 abstract printed circuit board pcb is one of the main parts of the electronic products and is the carrier of the electronic components during producing the inner layer short is the main reason which causes the reject with the development of the electronic manufacturing technology the average layer of pcb products is increasing rapidly and the structure becomes complicated which make the inner layer short much more serious this is the major block restricting the development of the high tech pcb for this reason it is meaningful to study the causing mechanization of the inner layer short and offer the solutions to solve this problem this paper studies the main reasons that cause the inner layer short and proposes solving methods which can optimize processes and save the costs the deformation of film can be affected by precondition duration storage environment and exposure time after the study we find that the dimension deformation of black film accesses to a standard value when lay up more than 24hr before plotting after plotting the size of black film in 9hr turns to be lengthening the size of film can be affected by the temperature and humidity and the appropriate storage environment is defined in this paper we also find that 100 mm kodak black film contracts 0 00724 m after exposure once on fully automatic exposure machine which can help us monitoring the deformation of the film the deformation of inner core is measured and analyzed by 2d measurement instrument and x ray target shooting machine in the paper the investigation of factors include the baking sheet time the residual copper rate and the structure which provide the reference for the engineer to obtain more accurate film compensating factor in the engineering practice of multilayer board it is observed that for ordinary symmetry structure board baking after board cutting shows little impact on deformation it also found linear relationship between residual copper rate and shrinkage the lower the residual copper ratio the greater the shrinkage and the sizing rule of several special laminated structures is summarized what s more a calculation model for shrinkage is iii 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 proposed and the result is consistent with the actual value when use it to calculate the inner sizing of a six layer board the impact of drilling parameters and materials on wicking is discussed using experimental design optimization the optimum drilling parameters of two kinds of materials with different aperture are given respectively it is found that we can increase manufacturing efficiency with cost neutrality by promoting the feeding speed and the retracting speed of the 0 25mm and 0 3mm drills ten percent we also find that the length of wicking can be reduced twenty percent by increasing the rotating speed of the 0 3mm drill from 115kr min to135kr min key words pcb inner short sizing film wicking iv 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 目目 录录 摘摘 要要 i abstract ii 1 绪绪 论论 1 1 课题的目的及意义 1 1 2 影响内短的关键因素分析 1 1 3 国内外研究现状 3 1 4 全文内容安排 7 2 菲林涨缩规律研究菲林涨缩规律研究 2 1 静置时间的影响 9 2 2 存放环境的影响 11 2 3 曝光次数的影响 12 2 4 本章小结 17 3 板材涨缩规律研究板材涨缩规律研究 3 1 烤板时间的影响 18 3 2 内层残铜率的影响 20 3 3 压合结构的影响 23 3 4 多层板压合尺寸计算模型研究 30 3 5 本章小结 37 4 钻孔灯芯效应控制能力提升钻孔灯芯效应控制能力提升 4 1 钻孔参数的调整 39 4 2 板材种类的选择 43 v 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 4 3 本章小结 50 5 总结与展望总结与展望 5 1 全文总结 52 5 2 展望 53 致致 谢谢 54 参考文献参考文献 55 附表附表 灯芯效应钻孔参数的调整实验参数组合灯芯效应钻孔参数的调整实验参数组合 58 附录附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文作者在攻读硕士学位期间发表的论文 59 1 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 绪绪 论论 1 1 课题的目的及意义课题的目的及意义 印制电路板 pcb printed circuit board 或者印制线路板 pwb printed wiring board 是电子工业的重要部件之一 是承载电子元器件的母体 据统计 2010 年全 球 pcb 较 2009 增长 9 中国增长 12 5 行业人士分析 2011 年全球 pcb 行业 将继续平稳发展 预计将增长 6 9 中国则有望增长 9 12 1 与此同时 表面封 装元器件小型化 轻量化和多功能化的发展 促使印制线路板趋向高密度 高可靠 和多层次方向发展 研制和开发多层印制线路板制造技术 使印制线路板制造手段 更加高 精 尖方能适应电子技术发展的需要 为此 国务院提出要加快电子元器 件产品升级 提高新型印刷线路板等产品的研发生产能力 初步形成完整配套 相 互支撑的电子元器件产业体系 进一步提高出口产品竞争力 保持国际市场份额等 目标和举措 2 为保证在激烈的竞争中处于优势地位 pcb 制造企业必须通过不断研发高附加 值的先进基板和改进工艺优化参数两种途径来适应近乎苛刻的市场需求 内层短路 是指多层板中间层或者层间的短路问题 是一直困扰线路板行业的共性的关键问题 它不仅与线路板企业的技术水平和控制能力有关 还与材料厂商的制造工艺 材料 选择 控制方法有密切关系 随着电子制造技术的深度发展 pcb 层数增加 结构 复杂化 内层短路引起的技术问题日趋严重 从而严重影响了高端 pcb 行业的技术 进步及新产品的研发进程 为此 本文通过深入研究内层短路产生的机理 提出解 决内层短路问题的具体措施 为行业高端 pcb 的开发和技术进步扫清障碍 进而提 升 pcb 企业的研发能力及降低企业的生产成本和提高效率 实现企业绿色制造和可 持续发展 1 2 影响内短的关键因素分析影响内短的关键因素分析 常见的内短不良图片如图 1 1 所示 主要包括层偏 涨缩 杂物等 涉及的工序 2 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 有内层图形转移 压合和钻孔 层偏 涨缩 钻偏孔 灯芯效应 撞歪线 杂物 图1 1 常见内短不良图片 多层印制线路板制造中 原材料的尺寸稳定性 基材与铜箔的热膨胀系数 以 及基材中聚合物的玻璃化转变温度都是可能造成内短的因素 其中 热膨胀系数直 接决定了压合过程中的变形量 其影响更为显著 在制作菲林与图形转化过程中 就会产生人为和机械的误差 主要包括以下几 个方面 菲林在保存和使用过程中 由于温度与湿度的影响导致尺寸伸缩而造成 的通孔位置偏差 光绘底片复制成重氮底片时 人为和设备所造成的偏差 图 形转移过程中由于人为视觉差异的定位精度造成的孔位偏差 这些是印制线路板制 造过程的综合误差 根据军标和国际标准规定 其综合误差值不应大于导线的宽度 若超过标准和工艺规定尺寸范围 就会造成多层印制线路板内层短路 在菲林制作 图形转移 叠层 压合和钻孔过程中 都必须进行定位 而定位 方法和精度也是导致内层短路现象的重要因素 定位精度是定位设备 生产设备 环境条件 工艺技术和加工过程等诸多因素综合影响的结果 最容易造成多层板内 层图形偏移进而产生内短问题 压合是板材产生尺寸变形的主要工序 因此 压合的定位方法 工艺参数以及 设备状况 都是造成多层印制线路板内层短路的因素 钻孔质量也是导致内短的因 素之一 这主要表现在两个方面 钻孔精度导致的孔位偏差和灯芯效应 这些都与 钻床精度 钻咀刚度以及钻孔参数等有关 3 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 另外 在多层板的制作过程中 操作失误也会导致内短 例如未及时清理铜箔 屑和铆钉屑从而造成短路 总之 内短问题是人 方法 机械 环境 物料这五大 因素综合作用的结果 而本课题的主要研究内容是其中的工艺因素 具体包括层偏 涨缩以及灯芯效应等 1 3 国内外研究现状国内外研究现状 1 3 1 芯板自身性能的影响芯板自身性能的影响 多层印制线路板是由内层芯板 半固化片和外层铜箔压合而成的 线路板的性 能与材料自身特性密切相关 并且随着层数的增加 对材料的性能要求也随之增加 特别是对材料热性能的要求 半固化片是以玻璃布为基材 浸以预调好的树脂溶液 经烘干处理而成 其中 树脂呈半固化状态 内层芯板多为覆铜箔压合板 根据树脂系统的不同 又分为环 氧树脂基 fr 4 聚酰亚胺基 pi 等 覆铜板是将半固化片单面或双面配上铜 箔 在加热加压的条件下制成的 3 热压后 半固化片中的树脂呈不可逆的固化状态 铜箔可分为压延铜箔和电解铜箔 其中压延铜箔主要应用于挠性印制电路以及其他 的一些特殊用途上 普通 pcb 使用的铜箔多为电解铜箔 在制作过程中 芯板 铜箔以及半固化片本身的材料特性会对线路板性能产生 影响 主要表现在以下几个方面 1 残余应力 半固化片的制造过程是连续的 即玻璃布经过浸胶系统连续上胶 在上胶过程 中有一定的张力 半固化片从 b 阶材料通过高温加压制成板材 在标准加压成型过 程中 需要提供足够的压力使树脂流动充分以便赶走或雾化玻璃纤维布中滞留的空 气和挥发份 使板材有一定的内应力 芯板中的内应力是导致多层 pcb 内层收缩的原因之一 实际生产过程中 通常 采用烤板尽可能减小芯板的内应力 从而保证芯板尺寸的稳定性 孔令文 4 测量了芯 板预烘对 6 层 pcb 尺寸稳定性的影响 其中用于实验的芯板尺寸规格为 381mm 508mm 厚度为 0 3mm 测量数据表明 预烘之后板材的收缩较不烘板小 4 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 如表 1 1 所示 表1 1 预烘对 pcb 尺寸稳定性的影响 a 未烘板 a 烘板 经向收缩 5 13 ppm 2 72 ppm 纬向收缩 2 47 ppm 1 06 ppm 袁欢欣 5 等通过实验表明残余应力对 pcb 翘曲度大小 尺寸涨缩程度以及耐热 性等性能影响明显 并提出通过压合程序优化能有效地释放残余应力 从而改善品 质 2 材料热膨胀系数不匹配 铜箔 半固化片和芯板的热涨系数存在差异 是导致 pcb 过程尺寸变化的主要 原因 主要表现为半固化片的热涨系数大于铜箔的热胀系数 对半固化片而言 由 于采用玻璃纤维编织并涂覆半固化状态的树脂制成 半固化片的经纬向的纱数一般 也不相同 因此还导致压合过程中经纬向收缩不一致 1 3 2 菲林制作和使用误差菲林制作和使用误差 影响菲林尺寸变化的因素很多 其变形过程也是及其复杂的 有研究指出 影 响菲林尺寸变形的主要有四个因素 6 相对湿度 温度 烘干温度 自身老化 相对 湿度对菲林的影响主要是由于片基对湿气的吸收和释放所造成的 在一定范围内 温湿度造成的尺寸变化都是可逆的 王一雄 7 则指出 引起菲林尺寸变化的主要因素 是温度 湿度 显影处理 烘干温度 运输滚轮应力 保存等 菲林尺寸是热胀冷 缩 湿涨干缩 且温度引起的尺寸变化是可逆的 而湿度造成的变化是不可逆的 烘干温度过高 会引起胶片的不可逆伸长 柯达公司的 apr7 胶片的湿度线性膨胀 系数为每 rh0 0009 8 科尼达公司的 pcb 7 胶片的湿度线性膨胀系数为每 rh0 0009 热涨系数为每 0 0008 9 有研究表明 10 菲林对应于温湿度所产生的变化 本质上是各自独立而且还具 有累积性 不过出自温度变化所发生的涨缩反应会来得快一些 而对于湿度的反应 却需要好几个小时 重氮片以其特有的价格优势在印制电路行业得到广泛应用 在阻焊的图形转移 5 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 中 常常先用价格较高的黑片 银盐片 制作母片 再用重氮片复母片 曝光时就 使用重氮片 黄片或棕片 郭宏斌 11 的研究主要是考虑静置 及存放温湿度对重 氮片尺寸涨缩的影响 结果表明 重氮片在制作胶片前先开袋静置有利于尺寸的稳 定 静置时间要求大于 8 小时 静置的最长时间没有具体要求 重氮片在经过对版 曝光 存储等多因素影响导致变形后 再经过恒温恒湿条件下静置 尺寸不能恢复 到在制作时的最初尺寸 王一雄还补充了运输滚轮应力这一因素的影响 滚轮拉力 将使底片明显拉伸 另外 照相底片的保存和运输对底片尺寸的影响也非常大 一般情况下 对于 未开封的原装底片 应保持在相对湿度 50 温度 20 的条件下储存和运输 在底 片使用之前 应对底片做尺寸稳定性处理 即 将底片开封 去除内包装 使之与 环境空气接触 24 小时以上 在底片曝光 冲洗后也应对底片做尺寸稳定处理 使之 恢复到偏差允许范围内 12 菲林长宽方向不是绝对相等的 所以对数据的处理也是一个问题 曾芳仔 13 等 人对与这种四边尺寸的数据处理采用了筛选配套方法进行了处理 1 3 3 层偏 涨缩层偏 涨缩 从跟踪内层板尺寸变化过程中发现 薄的内层板在图形转移蚀刻后 尺寸往往 产生变小的现象 14 因此实际生产中通过内层补偿系数对尺寸收缩进行补偿 至卓 飞高线路板有限公司江正全 龙云召等在 补偿系数浅谈 一文中阐述了补偿系数 的原理及重要性 总结了影响补偿系数准确性的因素及原因 并根据个人经验概括 了补偿系数的整理内容 15 深圳深南电路有限公司崔荣等人提出 利用 erp 信息改善多层 pcb 对位精度 即通过知识管理在 erp 中的应用 总结前期的知识和工作经验 梳理过程中的数据 通过分类 传输 汇总至中央知识系统 在后续处理类似对位相关问题时 能够充 分利用前期的知识和数据 对后续对位提升 补偿系数准确性 起到很好的作用 16 汕头超声印制板公司朱秀峰简要总结了 pcb 板件尺寸胀缩的原因 并针对性地 提出了相应的生产过程中的变异监控及应对措施 17 台光电子材料 昆山 公司辰 6 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 光对印制线路板短路的一般现象 类型 原因及对策作了简单的阐述 18 信息产业部电子第十四研究所杨维生在简单介绍多层印制板压合工艺的基础 上 对多层印制板翘曲的产生原因及减少翘曲的方法进行了较为详细的论述 19 南 美覆铜板厂有限公司张家亮从固化工艺上进行分析 提出了降低覆铜板内应力的基 本措施 20 内层残铜率越低 层压后的树脂收缩越大 有研究表明 21 相同的芯板厚度 配本及层压条件 当内层铜积从 70 下降至 10 时 层压后尺寸的收缩增大 30 50 1 3 4 灯芯效应灯芯效应 严重的灯芯效应会成为阳极玻纤束漏电 caf conductive anodic filament 的 导火索 从而影响 pcb 后期使用性能 lando 等人 22 的研究证实了在孔到孔 孔 到线 线到孔 线到线四种形式中 孔到孔的形式是最容易诱发 caf 的 线到线的 形式是最不容易产生 ca 的 rudra 等人 23 数据也证实了这一发现 konstantine gus karavakis 等人 24 的研究表明孔壁的质量对 pcb 的总体质量有 很大影响 现行的通孔钻孔方法会诱使玻纤与树脂表面产生应力并且造成孔壁到孔 壁之间或者孔到线之间的漏电 如果想得到更小的孔径就必须优化钻孔工艺 比如 采用激光钻孔等 tarun amla 等人 25 研究证实了玻纤表面光洁度对绝缘电阻有很大的影响 而树 脂体系对其影响更为大 所以选用合适的玻纤布和树脂会对产生灯芯效应的 pcb 起 到更好的保护作用 c hillman 26 的研究也证实了粗鲁的钻孔会导致过度的损伤和分 层 使得铜镀液渗入到印制板的内层 产生灯芯效应并加速 caf 的发生 这会减小 导体间距 并随时间推移发生 caf 失效 台湾的白蓉生教授 27 指出小孔钻针要高转速低进刀速以减小扭力 并且降低偏 转以减少摇摆进而减轻孔壁粗糙度 钻孔粗糙再加上过度除胶渣会导致玻织束中超 量渗铜 即发生灯芯效应 如果玻织布中出现断裂那么将加剧灯芯效应的产生 并成为之后 caf 的隐患 绝大多数 pcb 厂商都希望通过建立一个完整的测试模块来研究灯芯效应的影响 7 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 以及改善措施 在不增加成本投入的同时 业界首先想到的就是通过改善与灯芯效 应最直接相关的钻孔工艺来控制灯芯效应 为此 国内外研究人员也做了相关的研 究工作 akiko kobayash 等人 28 用如图 1 2 所示图形结构对 pcb 可靠性进行测试 通过调节模块中相邻孔间距来测试不同制程下的可靠性 图1 2 测试模块结构 深圳市博敏电子有限公司的黄坤平 29 用正交法对钻孔参数进行了研究 试验选 取了钻机转速 进刀速和退刀速进行三因素三水平试验 并用 l9 34 正交表确定 9 组 参数组合 试验孔径分别为 0 30mm 0 50mm 和 1 00mm 试验后 黄用最大孔壁粗 糙度作为指标分析试验结果 得出三因素对孔壁破坏贡献率排序为 进刀速 退刀速 钻机转速 深圳市兴森快捷电路科技股份公司的刘兰等人 30 研究了进给量对机械钻微小孔 的影响 当切削温度较高时 易于在切削区域周围的纤维与基体界面产生热应力 当温度过高时 树脂熔化在切削刃上 导致加工和排屑困难 刀具磨损比较严重 反过来刀具的磨损又会导致产生更多的热量 这样进给量就会对孔壁质量和钻阵质 量产生影响 其中对孔粗和钻针磨损的影响尤为突出 这样也就加剧了灯芯效应的 产生 1 4 全文内容安排全文内容安排 本文共五章 各章节内容分配如下 第一章 绪论 主要介绍课题的目的 并对影响内短的关键因素进行分析 介 绍目前的国内外研究现状 阐述本文研究的意义 并对本文的主要内容进行概要说 明 第二章 菲林涨缩规律研究 主要对菲林在使用过程中的变形进行研究 对静 8 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 置时间 存放环境和曝光次数进行规范 第三章 板材涨缩规律研究 通过实验 模拟和力学模型的方法研究芯板在加 工过程中的尺寸变形 探索烤板时间 内层残铜率以及压合结构等因素对涨缩量的 影响 第四章 钻孔灯芯效应控制能力提升 采用实验优化设计的方法考察钻孔参数 对灯芯长度的影响 并对比两种板料的抗灯芯效应效果 分别给出最优的钻孔参数 以供实际生产参考 第五章 全文总结与展望 总结本文的研究内容 提出本课题设计中的创新点 9 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 菲林涨缩规律研究菲林涨缩规律研究 目前 pcb 产业的图像转移除了直接镭射技术 ldi laser direct imaging 不需 要载体外 都需要菲林 丝网等载体 而且 ldi 虽然已经发展超过三十年 但目前 全球 ldi 类设备的总安装数量也只有 500 台 31 在当前的印制电路制造技术中 使 用菲林做图形转移还是当前的主流技术 无论是采用干膜光致抗蚀剂 简称干膜 或液态光致抗蚀剂 简称湿膜 工艺 都离不开菲林 在生产某一种线路板时 必 须有一套相应的菲林 印制板的每种导电图形 信号层电路图形和地 电源层图形 和非导电图形 阻焊图形和字符 至少应有一张菲林 菲林是印制线路板生产的前 道工序 菲林的质量直接影响到印制板的生产质量 可以说菲林的尺寸稳定性决定 了后续的每一层图形的尺寸精度 菲林的涨缩是导致层偏的重要因素之一 32 所以 研究菲林存放环境对菲林涨缩的影响及规律 提高菲林的尺寸稳定性 对于提高印 制线路板的工艺质量 降低报废率 提高企业的生产效益 有着极其重要的意义 本部分主要从以下三个方面探讨菲林的涨缩规律 分别为 静置时间的影响 存放环境的影响以及曝光次数的影响 2 1 静置时间的影响静置时间的影响 黑菲林未使用时用内面涂有黑漆的袋子真空包 袋内保持相对湿度为 50 rh 在光绘前 需要将菲林转存进光绘房 平放在存放架上 打开袋子 提前静置一段 时间 使菲林适应室温 这样绘出的菲林尺寸较稳定 实验安排如下 将一袋柯达 apr7 黑菲林开包后 取出 6 张 每两张为一组 分为三组 每组的静置时间分别为 11hr 18hr 32hr 做好标记 静置后绘制菲林 然后分别存放在菲林房菲林架上 测量并记录这 6 张菲林在绘出后 72hr 内的四边尺 寸的变化 10 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 表2 1 不同静置时间的菲林尺寸变化数据 其中的参数计算定义如下 稳定值 放置后菲林尺寸和 尺寸最大值 尺寸最小值 采样数 2 偏差值 稳定值 下机尺寸 变形系数 偏差值 下机尺寸 正 负波动 放置后菲林尺寸最大值 最小值 稳定值 考虑到三组黑菲林的设计尺寸都不相同 单纯的比较偏差值并不能真实的反应 静置时间对菲林涨缩的影响 将偏差值除以下机尺寸得到的变形系数是除去了设计 尺寸的影响的 所以比较变形系数才能更为准确的反应静置时间对菲林涨缩的影响 但是由于本实验过程中未及时采集到静置时间为 11hr 的两张黑菲林的下机尺寸 所 以也就没有这一组的偏差值和变形系数 比较静置时间分别为 18hr 和 32hr 的菲林变 形系数得到表 2 2 所示 表2 2 不同静置时间的菲林变形系数统计 序号 静置时间 hr 平均变形系数 1 18 0 00010 2 32 0 00008 从表中可以清楚的看出 静置时间为 32hr 的黑菲林其平均变形系数比静置时间 11 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 为 18hr 的菲林要小 0 00002 也就是说静置时间为 32hr 的黑菲林与静止时间为 18hr 的黑菲林相比 每 100mm 长度方向上要少长 0 002mm 当菲林的单边长为 500mm 时 两者的尺寸差距就达到了 0 01mm 而新菲林的验收标准为 0 03mm 因此 静 置时间的长短对菲林尺寸的影响还是很大的 考虑到这三组菲林的单边设计尺寸相差在 40mm 内 尺寸相差不大 且非线性 变化 所以其偏差值具有一定可比性 三组菲林的单边实际尺寸见表 2 3 表2 3 不同静置时间的实际设计尺寸 序号 静置时间 hr y 方向 mm 方向 mm 1 11 470 15 350 14 2 18 480 320 3 32 460 360 将菲林架上的六张菲林的稳定偏差值做散点分布图 如图 2 1 所示 可以发现 随着静置时间的延长 菲林的偏差值向 x 轴靠拢 即菲林的尺寸与标准值越接近 图2 1 不同静置时间的菲林的四边稳定偏差值分布 2 2 存放环境的影响存放环境的影响 由于菲林主要存放在两个无尘房内 两个无尘房无论是在空间大小 存放机器 设备数量还是工作人员数量等方面都不一样 其实际的温湿度也不一样 而对于菲 林尺寸稳定性来说 两个最大的影响因素就是温度和湿度 故研究存放环境对菲林 涨缩的影响 实际也就是比较在两个不同的温湿度环境中菲林尺寸的稳定性 同时 结合品牌这一因素的影响 本实验使用了两种品牌的菲林 比较存放环境的同时 也比较不同品牌之间尺寸稳定性的差异 12 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 实验具体安排如下 使用奥宝的光绘机绘制四张相同尺寸的黑菲林 其中柯达 两张 华卓两张 两品牌各取一张存放在菲林房菲林架上 另两张存放在阻焊房黑 菲林菲林架上 跟踪四张菲林绘出后 48hr 内的尺寸变化数据 并记录环境的温湿度 表2 4 不同存放地点不同品牌菲林的平均变形系数统计 序号 存放地点 平均温度 平均湿度 rh柯达 华卓 1 菲林房 22 6 56 0 0 000090 00007 2 阻焊房 21 5 49 2 0 000060 00006 由表 2 4 可知 菲林房和阻焊房的平均温度分别为 22 6 和 21 5 相对湿度分 别为 56 0 rh 和 49 2 rh 在这种温湿度下 光绘后 存放在阻焊房中的华卓和柯 达的菲林单边平均每 100mm 拉长了 0 006mm 存放在菲林房中的两种菲林单边平均 每 100mm 拉长了 0 007 0 009mm 也就是说 两种品牌的黑菲林 存放在阻焊房中 比存放在菲林房中的变形要小 而两个存放地点的温度相差不大 在 0 9 内 主 要差异在于相对湿度 两者的相对湿度相差 6 8 rh 由此 为使菲林尺寸更加稳定 阻焊房的湿度应相应降低 表2 5 阻焊房中两品牌四边变形系数统计 品牌 y1 y2 x1 x2 平均值 华卓 0 00006 0 00006 0 00006 0 00006 0 00006 柯达 0 00006 0 00007 0 00004 0 00006 0 00006 就品牌因素而言 在菲林房中 华卓的比柯达的平均变形系数小 0 00002 即华 卓的尺寸更稳定 在阻焊房中 两者的平均变形系数相同 但具体来看菲林四边的 变形系数 见表 2 5 从表中可以看到 虽然柯达的平均变形系数和华卓的一样都是 0 00006 但是华卓的四边变形系数都是 0 00006 而柯达的四边变形系数在 0 00004 0 00007 内变化 也就是说其四边的变形速度不一致 总体来说 对于静置稳定性而言 华卓这一品牌的黑菲林无论是平均变形系数 还是四边变形的一致性 都比柯达的要好 2 3 曝光次数的影响曝光次数的影响 新菲林生产后存放于菲林房 待复投单再测量时菲林的涨缩不合良高达 64 5 以 0 03mm 管控 前序研究表明温湿度以及静置时间为菲林涨缩的主要原因 但是在菲林的使用过程中尚存在其它方面的影响因素 如曝光次数 以下两个实验 13 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 旨在得到手动和自动曝光机上黑菲林尺寸随着曝光次数的变化规律 2 3 1 手动曝光机上黑菲林尺寸随曝光次数的变化规律手动曝光机上黑菲林尺寸随曝光次数的变化规律 针对两张品牌菲林在手动曝光机上曝光时尺寸变化 实验测了曝光次数为 20 40 60 500 时板上显影后的尺寸 用显影后的两边尺寸减去菲林标准尺寸 x 向 450mm y 向 500mm 得菲林两边涨缩值 4803602401200 5 0 5 10 15 4803602401200 0 5 10 15 20 柯达菲林x边涨缩值 um 曝光次数曝光次数 柯达菲林y边涨缩值 um 柯达菲林x边涨缩值 um 柯达菲林y边涨缩值 um 与 曝光次数 的散点图柯达菲林x边涨缩值 um 柯达菲林y边涨缩值 um 与 曝光次数 的散点图 4803602401200 20 10 0 10 20 4803602401200 10 20 30 40 50 华卓菲林x向涨缩量 um 曝光次数曝光次数 华卓菲林y向涨缩量 um 华卓菲林x向涨缩量 um 华卓菲林y向涨缩量 um 与 曝光次数 的散点图华卓菲林x向涨缩量 um 华卓菲林y向涨缩量 um 与 曝光次数 的散点图 a 柯达 b 华卓 图2 2 菲林尺寸涨缩值与曝光数的散点图 图 2 2 a b 分别为柯达和华卓菲林尺寸涨缩值与曝光次数的散点图 通过散点 图可知 随着曝光次数的增加 柯达菲林短边 x 华卓菲林短边 x 和长边 y 尺寸有明显的缩短 这表明手动曝光机上 随着曝光次数的增加 菲林尺寸是缩短 的 菲林涨缩值与曝光次数存在相关性 进行相关分析 求出曝光次数和菲林尺寸 涨缩值的相关系数 见表 2 6 表2 6 菲林涨缩值与曝光次数的相关分析 分析对象 相关系数 r p 值 样本数 曝光次数 和 柯达菲林 x 边涨缩值 0 715 0 001 18 曝光次数 和 柯达菲林 y 边涨缩值 0 160 0 527 19 曝光次数 和 华卓菲林 x 边涨缩量 0 732 0 000 22 曝光次数 和 华卓菲林 y 边涨缩量 0 703 0 001 20 当 0 r 1 时 表示两变量存在一定程度的线性相关 一般按三级划分 r 0 4 为低度线性相关 0 4 r 0 7 为显著性相关 0 7 r f 拒绝 h0 线性关系显著 15 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 同理计算出华卓菲林 x 边涨缩值 y 边涨缩值与曝光次数的检验统计量 f 找 出临界值 f 结果见表 2 8 表2 8 菲林涨缩回归方程显著性检验结果 检验对象 f 值f 值决策 柯达菲林 x 边涨缩值和曝光次数16 744 49线性关系显著 华卓菲林 x 边涨缩值和曝光次数23 24 35线性关系显著 华卓菲林 x 边涨缩值和曝光次数17 554 41线性关系显著 回归方程的显著性检测结果显曝光过程中示菲林尺寸涨缩值与曝光次数存在显 著的线性关系 随着曝光次数的增加 菲林尺寸缩短 回归方程的斜率反映了一定 尺寸的菲林每曝光一次时的缩短量 因此手动曝光机上 450mm 柯达菲林每曝光一 次尺寸缩短 0 0264 m 450mm 华卓菲林每曝光一次尺寸缩短 0 0477 m 由此可以 看出柯达菲林的抗曝光变形能力比华卓菲林好 2 3 2 全自动曝光机上黑菲林尺寸随随曝光次数的变化规律全自动曝光机上黑菲林尺寸随随曝光次数的变化规律 在线跟进内层全自动曝光机的生产 采用二次元测量仪测量曝光前后菲林的尺 寸及曝光次数 统计分析菲林变形率和曝光次数的关系 内层生产用菲林均为柯达菲林 跟测在全自动机上生产湿膜板时菲林曝光前后 的尺寸 计算出菲林曝光后的变形率 将变形率换算成每 100mm 尺寸上菲林的变形 量 如图 2 4 所示 10007505002500 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 10007505002500 2 4 6 8 10 12 14 x边100mm尺寸变形量 um 曝光次数曝光次数 y边100mm尺寸变形量 um x边100mm尺寸变形量 y边100mm尺寸变形量 与 曝光次数 的散点图x边100mm尺寸变形量 y边100mm尺寸变形量 与 曝光次数 的散点图 图2 4 菲林 100mm 尺寸变形量与曝光次数的散点图 数据显示菲林在全自动机上曝光后 尺寸有不同程度缩短 长边 y 数据显示随 着曝光次数的增加 菲林尺寸逐渐缩短 长边数据有较明显的线性规律 故对长边 数据做回归分析 对长边数据同一曝光次数下的数据进行处理 取变形量的平均值 16 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 得到数据见表 2 9 表2 9 曝光次数与菲林变形量整理数据 曝光次数 60 91 102207344520 860 1100 菲林 100mm 尺寸变形量 m 2 36 2 20 2 47 2 98 3 15 4 34 7 32 10 2 用 minitab 对表 4 4 数据进行回归分析 结果如下 回归方程 菲林 100mm 尺寸变形量 1 39 0 00724 曝光次数 s 0 620570 r2 96 0 r2 调整 95 3 minitab 的回归分析题供了方差分析结果 方差分析给出了 f 检验统计量值 和 显著性概率p值 查f分布临界表得显著性水平0 05时f临界值 整理数据见表2 10 f 统计量明显大于 f 临界值 这表明菲林变形量与曝光次数显著的线性关系 表2 10 菲林变形量与曝光次数方差分析 差异来源 自由度 平方和 ss均方 msf 统计量f 临界值 sig p 回归 1 55 279 55 279 143 54 5 99 0 000 残差误差 6 2 311 0 385 合计 7 57 589 判定系数 r2 96 0 说明曝光次数解释 96 菲林尺寸缩短现象 拟合方程斜率表 明每曝光一次 100mm 的柯达菲林缩短 0 007 m 5 0 5 10 15 200015001000500 8 10 12 14 16 200015001000500 0 2 4 6 8 0 2 4 6 8 l8 x边100mm变形量 曝光次数曝光次数 l8 y边100mm变形量 l9 x边100mm变形量l9 y边100mm变形量 100mm尺寸变形量 um 与 曝光次数 的散点图100mm尺寸变形量 um 与 曝光次数 的散点图 图2 5 test1 的 l8 和 l9 每 100mm 尺寸涨缩量与曝光次数的散点图 为验证实验结果的准确性 跟进了 test1 试验板 8 9 层的生产 批量为 1887 套 显影后测板上图形尺寸 将两边的尺寸变化量换算成每 100mm 下的变化量 对数据 做散点图 如图 2 5 从散点图可以看到在全自动曝光机的曝光生产中 随着曝光次 数的增加 菲林尺寸有缩短的趋势 对四组数据做线性拟合结果见表 2 11 17 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 表2 11 67500c12a1 的 l8 l9 尺寸变形回归分析 拟合对象 斜率 判定系数 r2f统计量 f临界值 l8 x 边 100mm 变形量与曝光次数 0 00828 50 0 18 2 4 35 l8 y 边 100mm 变形量与曝光次数 0 00206 15 4 3 09 4 38 l9 x 边 100mm 变形量与曝光次数 0 00616 69 3 38 45 4 38 l9 y 边 100mm 变形量与曝光次数 0 00244 38 9 11 45 4 32 从上表数据表明 l8 层 x 边 l9 层 y 边的变形量与线性关系最显著 拟合斜率 0 00828 0 00616 与 0 007 接近 综合全自动曝光机上实验结果 认定柯达菲林在 全自动曝光机上湿膜板时 每 100mm 菲林曝光缩短的速率为 0 007 m 次 因此 可 列表 2 12 预测菲林的最大曝光次数 以避免菲林超差 表2 12 菲林连续曝光次数预测表 收缩量 1