PCB高密度化、細線化、小型化是技術(shù)發(fā)展的永恒主題，模塊化三維立體組裝可以節(jié)省更多的裝配空間也更有利于產(chǎn)品的后期維護。按照通信行業(yè)的預(yù)期，5G（第五代移動通信系統(tǒng)，簡稱5G）的傳輸速率將要達到1Gb／s以上，金具有非常優(yōu)良的信號傳輸性能和電接性觸能，制作的產(chǎn)品不僅表面平整、抗氧化能力強、而且具有耐磨、硬度高的特性，即使拔插上千次也不會在表面留有劃痕，是制作5G金手指插頭的首選材料。作為板件與結(jié)構(gòu)件之間連接的橋梁，金手指插頭部位不僅要傳輸高速數(shù)據(jù)信號還要承擔(dān)電源引腳的功能。因此，設(shè)備制造商對金手指插頭部位外形尺寸的精度要求就十分嚴(yán)格，通常要求為±0．05mm，是外形常規(guī)公差±0．1mm的2倍。此位置外形尺寸偏大或偏小均會導(dǎo)致金手指插頭與卡槽線路連接錯位，輕則電源引腳與信號引腳錯位短路燒壞板卡及設(shè)備，嚴(yán)重的可能引起火災(zāi)等不可預(yù)估的后果。 現(xiàn)狀 PCB金手指插頭產(chǎn)品的加工通常采用多種復(fù)合材料混壓、背鉆、樹脂塞孔、盲埋孔、圖電金等特種工藝。不同材料厚度、層間盲埋孔、背鉆孔都會像釘子一樣鑲嵌在板內(nèi)各材料之間限制漲縮導(dǎo)致板子變形，非對稱結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品流程更復(fù)雜，制作難度更大，變形則更加嚴(yán)重。PCB弓曲變形將導(dǎo)致元件（特別是芯片）焊點時虛焊甚至報廢，另外板子變形也會影響到焊接后的板件與結(jié)構(gòu)件之間的連接與安裝。 在IPC三級接受標(biāo)準(zhǔn)中特別指示普通FR4材料的弓曲或扭曲的允收標(biāo)準(zhǔn)是0．5％，IPC－6018針對特殊材料及混壓板的允收標(biāo)準(zhǔn)是0．75％。針對板件變形（弓曲或扭曲），PCB廠傳統(tǒng)的解決方案是在FQC工序出貨前通過整平反直機進行150度的烤板然后自然冷卻處理，讓板件恢復(fù)到比較平整的狀態(tài)來解決，但這種方法受到阻焊耐熱性能及表面處理耐熱性能的限制，烤板時間不能過長也不能使用高于150度的高溫。隨著歐盟無鉛法令的頒布及材料Tg溫度向高溫發(fā)展，在小于150度的條件下烤板所起的釋放內(nèi)應(yīng)力的作用也隨之減弱，也有PCB生產(chǎn)商在壓合時采用自然冷卻的方式來釋放內(nèi)應(yīng)力，這種方式可以得到較好的改善效果，但壓合周期會增加不適用于量產(chǎn)。 在壓合時控制非對稱結(jié)構(gòu)光電產(chǎn)品的變形量是保證外形加工精度能否被控制在±0．05mm以內(nèi)的前提和保障，但對于非對稱結(jié)構(gòu)產(chǎn)品仍然會有一下的翹曲變形，外形加工設(shè)備、工具以及對于不對稱結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的斜邊精度都需要嚴(yán)格、系統(tǒng)地控制才能確保產(chǎn)品的合格率。對金手指兩邊尺寸如此要求嚴(yán)格的產(chǎn)品，現(xiàn)只能采用二次元抽樣檢測的方法來大致判斷其合格率，如何通過技術(shù)手段快速、100％地全部檢測金手指到兩邊的距離業(yè)界尚無更好的辦法，本文將系統(tǒng)地分析非對稱結(jié)構(gòu)的5G高速金手指插頭產(chǎn)品產(chǎn)生弓曲變形的根本原因，外形加工精度、斜邊精度控制在±0．05mm以內(nèi)的方法并從技術(shù)的角度加以改善；在不增加成本的前提下如何100％地檢測此類產(chǎn)品的外形尺寸、確保設(shè)備、產(chǎn)品與人員安全方向也取得到了很好的改善效果。 原因分析 芯板變形原理分析 PCB由芯板、半固化片、外層線路、阻焊等材料組成，因銅箔、樹脂、玻璃布的物理和化學(xué)特性各不相同，壓合時用加熱和加壓的方式釋放半固化片中的樹脂將獨立的芯板、銅箔等粘連在一起。壓合分升溫、保溫、降溫三個階段，在升溫預(yù)熱階段芯板之間只有上下壓力的傳遞，即使有非對稱結(jié)構(gòu)的芯板也無Z方向的剪切力不會導(dǎo)致芯板變形；在升溫階段的后期，芯板由“玻璃態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤跋鹉z態(tài)”，半固化片內(nèi)的樹脂遇熱達到凝膠點并將芯板粘結(jié)在一起，芯板之間開始產(chǎn)生Z方向的剪切力；當(dāng)進入降溫階段以后，漲縮系數(shù)大的芯板收縮比漲縮系數(shù)小的變化加快，板子會向漲縮系數(shù)大的芯板一側(cè)自然彎曲，此時如在較高溫度出爐，芯板間的熱應(yīng)力殘留無法快速消除就會導(dǎo)致更進一步的向漲縮系數(shù)大的芯板一側(cè)彎曲，變形量取決于兩種材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）。因此壓合出爐的溫度控制對非對稱結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的影響非常大。由此可見，非對稱結(jié)構(gòu)的板件（XY方向及Z方向）產(chǎn)生變形的主要原因是板件在達到Tg溫度之后的保溫及降溫過程中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力影響了板子的弓曲變形。金手指插頭產(chǎn)品均為中、高Tg板材，對于Tg值≥150度以上的板材，只有壓合、噴錫工藝才會對變形產(chǎn)生關(guān)鍵影響。金手指插頭產(chǎn)品表面處理為沉、鍍金工藝，因此對板件變形產(chǎn)生關(guān)鍵影響的工序只有壓合。而在其它加工過程中由于受外力的影響導(dǎo)致的板件變形，則可以通過后工序的壓板整平設(shè)備來處理。 外形加工精度及檢測原理分析 外形加工精度受設(shè)備技術(shù)能力、板件生產(chǎn)漲縮、銑刀、加工參數(shù)及加工過程的影響均很大，因此，業(yè)內(nèi)外形的常規(guī)公差±0．1mm就是基于以上因素考慮。而金手指光電插頭產(chǎn)品的金手指引線兼顧有傳送電流的功能，為了確保設(shè)備的安全，金手指到邊的距離公差才為±0．05mm，也是兩條金手指錯位后相互接觸的安全距離，突破了安全距離的保障就意味著設(shè)備肯定會發(fā)生故障。因此，從技術(shù)上確保此類產(chǎn)品的制作精度滿足產(chǎn)品安全距離的要求是準(zhǔn)予生產(chǎn)的前提。 制造出來的產(chǎn)品是否100％合格則需要設(shè)備100％地檢測，由于此類產(chǎn)品每個set金手指到邊的距離每邊需要檢測20次共40次根本無法全部檢測，業(yè)界只能人工用二次元進行抽測。隨著客戶對外觀檢查的要求起來越重視，AVI自動外觀檢查機近期逐漸成為PCB廠的常規(guī)標(biāo)配設(shè)備，如何開發(fā)利用AVI的檢測功能去準(zhǔn)確檢測金手指光電板插頭部位到邊的距離在業(yè)界仍然是空白。讓外觀檢查機在檢查外觀缺陷的同時能檢測金手指插頭產(chǎn)品金手指位到兩邊的距離，即保證了外觀缺陷不漏失，也能100％地檢測全檢全測金手指插頭位的尺寸，確保外觀尺寸精度100％合格。 實驗方案 實驗設(shè)計 1．實驗產(chǎn)品M基本信息 表1：M產(chǎn)品基本信息 2．實驗產(chǎn)品M斜邊及金手指到邊的距離信息 圖1：斜邊示圖 圖2：金手指到邊的距離 3．實驗產(chǎn)品M層壓結(jié)構(gòu)圖 圖3：M產(chǎn)品層壓結(jié)構(gòu)圖 4．實驗流程 實驗計劃 1．非對稱結(jié)構(gòu)金手指插頭產(chǎn)品實驗計劃 每組實驗設(shè)計100 SET產(chǎn)品，到FQC指定同一位質(zhì)檢員檢測、記錄；二次元及其它工具測量數(shù)據(jù)由指定同一位品質(zhì)工程師負責(zé)測試、記錄，確保數(shù)據(jù)的偏差最小。 2．非對稱結(jié)構(gòu)金手指插頭產(chǎn)品實驗項目 表2：非對稱結(jié)構(gòu)金手指插頭產(chǎn)品實驗計劃 實驗數(shù)據(jù) 壓合弓曲變形改善實驗 表3：壓合弓曲變形改善實驗數(shù)據(jù) 因不同材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）不同，高Tg印制板在溫度升高到≥170℃時，基板才由“玻璃態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤跋鹉z態(tài)”，冷卻后機械強度、尺寸穩(wěn)定性、粘接性、吸水性、熱分解性、熱膨脹性等均優(yōu)于普通Tg，設(shè)計時選擇剛性較好的高Tg材料對板子弓曲或扭曲有明顯的改善作用。常規(guī)對稱結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品壓合時采用對稱疊板、對稱放置料、選擇冷熱一體壓機壓合對減少熱應(yīng)力有明顯幫助。主要是冷熱分體壓機在高溫下（Tg溫度以上）將板件轉(zhuǎn)到冷壓機時，材料在Tg點以上有短期處于失壓快速冷卻會導(dǎo)致熱應(yīng)力迅速釋放產(chǎn)生變形，而冷熱一體壓機可實現(xiàn)在熱壓末段降溫以避免板件在高溫下失壓變形。利用輔料的非對稱性放置去改變PCB板雙面的升溫速度，從而影響不同CTE芯板、樹脂在升溫和降溫階段的漲縮來解決變形量不一致的問題。通過延長冷壓時間，保持板件上下方向的壓力讓板件自然冷卻到較低溫度，對改善非對稱結(jié)構(gòu)變形的效果較明顯，但生產(chǎn)效率也會同步降低。綜上所述，對于非對稱結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，工程需要選擇剛性優(yōu)良的高Tg板材，采用冷熱一體的壓機非對稱放置輔料生產(chǎn)，并適當(dāng)?shù)匮娱L冷壓時間（30－60分鐘）可明顯改善非對稱結(jié)構(gòu)產(chǎn)品在壓合后的弓曲或扭曲變形，并能滿足客戶要求的弓曲變形≤0．75％甚至≤0．5％的要求。