有限元分析层压工艺对挠性板平整性影响-02.doc

有限元分析层压工艺对挠性板平整性影响胡永栓(珠海方正科技多层电路板有限公司，广东珠海519070)周珺成陆彦辉何为(电子科技大学应用化学系，四川成都610054)摘要:随着元器件安装技术的发展，其对挠性印制电路板平整性的要求也越来越高文章依据有限无分析方法，采用ANSYS软件对挠性板的两种层压工艺进行三维模型仿真，仿真结果表明与传统层压工艺相比。采用快速工艺可以有效地避免和降低挠性板翘曲问题的发生，提高挠性板的质量，增加电子产品的可靠性。在FPC制造工艺中FPC翘此会引起元器件贴装,造成焊点失效及金手指不艮等问题4-6.在实际生产中，翘曲问题一般在憋板冲切成小板后FQCFinalQualityControl)中检测，对于翘蚰不板采批返工垂新印制。FPC重复压制容易产生阻焊油墨变色,金手关键词挠性板：层压；有限元；平整性中图分类号：T-1,TN41文献标识码：A文章编号：1009-0096(2012)12-0057-03随着集成电路集成度的提高和组装技术的不断上步，相应的电子产品传输信号向着高频化和高速发展，为应对电子信息产业的发展趋势，作为电产品二级封装的印制电路急需向高密度，精细化展挠性印制电路板(FI)具有体积小、重量结构灵活，可弯折、扭曲和折叠等特点，符合制电路高密度化的发展趋势，因而在印制电路行得到了大力发展和应用1-3。日前电子元器件的安装技术由插装和表面贴装析方展到芯片级封装，对FPC平整度要求也随之提高。PFC的平整度对电子产品的可靠性有着重大的影响，在FPC制造工艺中FPC翘曲会引起元器件贴装,造成焊点失效及金手指不良等问题4-6.在实际生产中,翘曲问题一般在整板中冲切成小板后的FQC(finalqualitycontrol)中检测,对于翘曲不良板采用返工重新印制,FPC重复压制容易产生阻焊油墨变色金手指发黄、擦花等问题，这耗贽了大量的人力物力,公司前期试板经验发现层压过程容易造成FPC翘曲,为预防FpC翘曲，实际生产中常采用快速层压工艺代替传统层压工艺。目前研究翘曲问题仍停留在实验验的基础上，本文以有限无为基础理论进行建模用ANSYS软件仿真研究两种，层压工艺对双面PFC平整度的影响，以达到指导实际生产的目的1有限元分析模型的建立仿真用FPC结构如图1所示，此挠性双面板长20mm,宽10mm，各层厚度如下：铜箔厚度35um；环氧树脂粘结剂厚度20um；PI厚度25um。顶底包封材料一致，厚度如下：PI厚度25um；粘结剂厚度35um铜箔、环氧树脂粘结剂和PI的相关性能参数如表1所示。图1双面FPC示意图表1FPC材料的物理参数2两种层压工艺简介传统层压工艺包括升温、恒温和降温三个阶段，而快速层压工艺仪由层压和固化两个过程组成。传统层压工艺具体流程如下：(1)升温。温度从40升至160，压力恒为01MPa，历时15min；(2)恒温。温度恒定在160，压力增至03MPa，历时60min：(3)降温。温度从160降至40，压力维持在01MPa，历时30min。快速层压工艺步骤分两步：(1)层压。在180温度下，加04MPa的压力(2)固化。从40在60mm加热80再在180维持60min对比以上两种层压工艺，虽然快速层压工艺所需时间较传统层压工艺有所延长但快压艺具有操作简单，设备简单和能耗低的优点.3仿真计算及结果讨论仿真采用ANSYS有限元分析软件中的三维耦合场SOLID5单元进行热一结构分析17该方法是耦合场分析方法中的直接椭合法同时施加热载荷和结构载荷，直接得到计算结果为方便分析将两种层压工艺按时间等分为三个阶段其中A为采用传统层压工艺所得仿真结果B为采用快速层压工艺所得模拟结果。3.1Mises等效应力场分析Mises等效应力是物体产生塑性应变的等效应力，遵守屈服准则，该等效热应力是当前模型所受到的热应力和产生了热应变的等效应力的和屈服准则是指物体在受到的应力达到个定值后所产生的塑性应变，而塑性应变是不可逆的应变即在应变应力消失后，物体的应变无法恢复原状所以在层压工艺中施加定压力的情况下Mises等效应力场可以反映物体热应力分布从前期建榄经验获知第一层胶粘层的Mises等效应力决定了整个模型的等效应力，为方便分析，本文对第一层胶粘层的Mises等效应力场作重点模拟.两种层压工艺中第一层胶粘层在不同层压阶段的Mises等效应力等值图如图2-图4所示.工艺仅由层压和固化两个过程组成。压工艺具体流程如下：图2开始时第一层胶粘层Mises等效应力等值图图3中间时第一层胶粘层Mises等效应力等值图图4结束时第一层胶粘层Mises等效应力等值图如图2-图4所示，两种层压工艺的第一胶粘层Mises等效应力均集中在边缘部分，且呈中间低四周高的趋势。传统层压工艺在三个阶段变化明显，从第一阶段热应力分布不均匀到第二阶段呈中间低四周高的趋势，说明中间区域发生了较大的热应变，但在第三阶段热应力分布又趋于平均。快速层压工艺在三个阶段热应力都是中间低四周高的趋势，尤其在后两个阶段最为明显。两个工艺对比，在第三个阶段，快速层压工艺结束时热应力分布不均匀，而传统层压工艺则较平均。图5为第一胶粘层Mises最大等效应力随时间的变化曲线，从图中可知传统层压工艺过程中第一胶粘层Mises等效应力最大值约为l7X103,MPa；而快速层压工艺的最大值只有30MPa,这说明虽然传统层压工艺的等效应力分析较均匀但却远远大于快速层压工艺，并且A的残存应力最大值为9000MPa,而采用快速层压工艺仅为20MPa,所以采用快速层压工艺可以有效的降低残应力从而减小FPC的翘曲度。图5第一胶粘层miese最大等效应力-时间曲线3.2热应变分析两种层压工艺在不同时间段对FPC造成的热应变结果分别如图6图8所示。从三个阶段的热应变图中可知,采用快速层压工艺的FPC应变趋势在三个时间段中变化不大,而采用传统层压工艺的FPC在板内层部分Z方向膨胀较大,特别是在第二阶段中传统工艺所造成的热应变最大值集中在FPC的边缘,这是因为内层Z方向应变膨胀较大,但是由于层压过程中表层受到约束不能自由伸缩,而内层由于表层的约束,导致其在Z方向的热应力只能通过在板边上边缘产生形变从而得到释放.图6开始时FPC热应变等值图图7中间时FPC热应变等值图为了直观的比较热应变对FPC的影响定义应变百分数(D%)为热应变量与板长之比的百分数即：D%=热应变量/板长x100%如图9所示，传统层压工艺过程中FPC应变量最大值达到1000m,D%=5%；而采用快速层压工艺的应变量最大值只有60m,D%=%相差约十七倍。在层压工艺过程结束后,传统层压工艺产生的热应变量也大于快速层压工艺，所以采用快速层压工艺可以有效的减小板材的热形变。图8结束时FPC热应变等值图图9FPC热应变一时间曲线4结束语本文通过有限元分析方法，模拟TFPC在两种层压工艺过程中的应力和应变变化过程，获得YMises等效应力等值图和热应变等值图，对获得的等值图进行分析，得到如下结论：(1)采用传统层压工艺的Mises等效应力远大于快速层压工艺产生的等效应力，并且传统层压工艺的残存应力最大值为9000MPa，而采用快速层压工艺仅为20MPa，所以采用快速层压工艺可以有效地降低残存应力，从而减小FPC的翘曲率，提高平整性。(2)传统层压工艺过程中FPC应变量最大值达到1000um，D：5；而采用快速层压工艺最大应变量只有60gm，D：3，在层压工艺过程结束后，传统层压工艺产生的热应变量也大于快速层压工艺，所以采用快速层压工艺以有效地减小板材的热形变，提高FPC的平整性参考文献1张怀武，何为，林金堵等现代印制电路原理与工工艺M北京：机械工业出版社，2010：216-2452JosephFjelstadFlexiblecircuitTechnologyMOregon，USA：BRPublishing，lnc2006：2-413龚永林FPC市场与技术展望4杨维笙多层印制板层压工艺及减少翘曲产生的方法J电子工艺技术，2002(6)：2392435何为：吴孟强，乔三龙挠