陶瓷基板的不同形位狀態(tài) 陶瓷基板平不平，口說無憑。 衡量平不平的指標(biāo)有不少，在工程實踐中，平整度、平面度、平行度、共面度和翹曲度是常見的幾何公差指標(biāo)。 由于名稱接近，概念相似，平整度、平面度、平行度、共面度和翹曲度這幾個指標(biāo)，經(jīng)常出現(xiàn)概念不清、相互混淆的現(xiàn)象。實際上，除了平整度和平面度，其他幾個指標(biāo)在定義、測量方法和影響因素等方面是存在區(qū)別的。

1.平面度（Flatness）

平面度是指陶瓷基板表面與理想平面（評定基面）的偏差程度，通常用來描述材料表面的整體平坦性。比如說，一個陶瓷基板的表面是否平，有沒有凹凸不平的地方。平面度，可用最大偏差值來表示。

參考GB/T 24630.1-2009，可采用均方根平面度誤差（FLTq）來表征平面度指標(biāo)。FLTq計算步驟如下：

第一步，常用最小二乘法來確定理想平面（評定基面）。

第二步，采集陶瓷表面上所有點與理想平面（評定基面）的垂直距離LFD，如下圖所示，a1是某點的正局部平面度偏差值，a2是某點的負(fù)局部平面度偏差值。

待測表面與理想平面的垂直距離

第三步，計算均方根平面度誤差（FLTq）。FLTq數(shù)值越小，說明平面度越好。

上式中，LFD為局部平面度偏差，A為平面度要素的表面積。

在電子封裝中，如果陶瓷基板表面平面度不佳，可能會影響陶瓷基板表面焊接或者貼裝元件的質(zhì)量，從而導(dǎo)致接觸不良或者出現(xiàn)散熱不好的問題。

2.平整度（Smoothness/Flatness）

平整度是指陶瓷基板表面的平坦程度，通常用來描述材料表面的最大高度差。該術(shù)語在工程中常與“平面度”混用，但更側(cè)重微觀粗糙度或局部平整特性，而非整體平面形狀。

參考GB/T 6621-2009的平整度的測量方法，采用總指示讀數(shù)（Total indication reading，TIR）和焦平面偏差（Focal plane deviation，F(xiàn)PD）值表征平整度大小。

第一步，采用最小二乘法確定理想平面（參考面或焦平面）；

第二步，采集區(qū)域內(nèi)任一點與理想平面（參考面或焦平面）的厚度差值f(x,y)；

第三步，計算TIR和FPD值。TIR和FPD數(shù)值越小，平面度越佳。

其實，從上述計算過程可以發(fā)現(xiàn)，平整度和平面度的表征指標(biāo)有一定的程度的相似性。還有時候可能會有不同的行業(yè)習(xí)慣用法，比如，平面度是國際標(biāo)準(zhǔn)中的術(shù)語，而平整度可能是更口語化的說法。

3.平行度（Parallelism）

平行度，是指兩個平面之間的平行程度。可用陶瓷基板上下表面之間的最大間隙距離，來表征兩個平面之間的平行程度。

平行度可用千分表進(jìn)行測量。將待測陶瓷基板固定到平臺上，豎直移動陶瓷基板或高度尺規(guī)（千分表）進(jìn)行測量，測量的最高測量值與最低測量值之差就是平行度。

千分表法測量平行度示意圖（圖源：基恩士）

上圖中，a為待測陶瓷基板，b為平臺，c (ΔH)是最高測量值與最低測量值之差，即為陶瓷基板的平行度數(shù)值。

如果陶瓷基板的上下表面不平行，可能在安裝時產(chǎn)生傾斜，進(jìn)而影響整體組裝的精度或者機械穩(wěn)定性。例如，在多層陶瓷基板中，平行度不好可能導(dǎo)致層間對位不準(zhǔn)，影響電路性能。

4.共面度(Coplanarity)

共面度衡量的是多個表面或者多個點是否在同一個平面上。

表面貼裝元件、連接器等電子部件的共面性表示PGA的引腳、BGA的焊球、連接器的連接器針腳等接觸點的最高位置和最低位置之間的最大值。也稱為“面均勻性”和“端子平坦度”。

例如，如果將完全平坦的陶瓷基板表面作為基準(zhǔn)線，在上面放置表面貼裝元件時，容許的共面性的值為陶瓷基板表面與引腳或焊球諸多接觸點之間的最大高度差，定義為公差。

PGA（左右）和連接器（右）引腳相對陶瓷基板的共面度（圖源：基恩士）

一個陶瓷基板可能有多個引腳或接觸點，共面度就是這些點是否都處于同一平面上。如果共面度不好，安裝時可能會有引腳懸空或者接觸不良。例如，CPU插槽的引腳如果共面度差，可能導(dǎo)致接觸問題，影響信號傳輸。

5.翹曲度（Warpage）

翹曲度,是指陶瓷基板在制造過程中由于應(yīng)力或其他因素導(dǎo)致的整體彎曲或扭曲，類似于板材的翹曲，可用彎曲的高度或弧度來衡量。

測量步驟為：將陶瓷基板自由放置在平面上，測量四個角與中心的高度差，按下方公式計算翹曲度：

上式中，δmax和 δmin為最大/最小高度差，L 為基板對角線長度。

陶瓷基板的翹曲度通常要求≤0.1%~0.3%。

簡單來說，平面度/平整度關(guān)注單一表面是否平；平行度關(guān)注兩表面的相對平行關(guān)系；共面度確保多個表面共面；翹曲度表征陶瓷基板的整體變形。

參考文獻(xiàn)

1.GB/T 24630.1-2009產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS） 平面度

2.GB/T 6621-2009 硅片表面平整度測試方法

3.GB/T 1182-2018 產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS） 幾何公差 形狀 方向 位置和跳動公差標(biāo)注

4.GB-T 6620-2009 硅片翹曲度非接觸式測試方法

5.IPC-TM-650