SUBJ：6Sigma項(xiàng)目之板內(nèi)阻抗板件質(zhì)量改進(jìn)

1、.：.；6Sigma工程之板內(nèi)阻抗板件質(zhì)量改良工程稱號(hào)：板內(nèi)阻抗板件質(zhì)量改良工程擔(dān)任人： 楊曉新整理：袁歡欣 DATE：2007-7-20工程組成員：蘇藩春、蘇培濤、袁歡欣、謝少英、鄭國(guó)光、張小騰問題陳說隨著高頻印制電路板需求量不斷增多，PCB中作為信號(hào)傳輸線的金屬導(dǎo)線不僅要符合“通、斷等電氣流通，更要堅(jiān)持其所需求的傳輸信號(hào)完好性、可靠性、準(zhǔn)確性等要求，即需求高精度控制特性阻抗。Adtran客戶板件從去年7月份開場(chǎng)，部分板件有100%控制板內(nèi)阻抗需求，由于之前我司對(duì)阻抗的監(jiān)控都是經(jīng)過板邊Coupon進(jìn)展的，對(duì)板內(nèi)阻抗控制暫無相關(guān)制造閱歷，導(dǎo)致去年7-8月首批加工消費(fèi)板內(nèi)阻抗測(cè)試合格率只需50%

2、，該類型產(chǎn)品廢品率只需70%左右，遠(yuǎn)低于目的要求，且過程控制不穩(wěn)定，添加了公司板內(nèi)阻抗板件的消費(fèi)本錢。界定(D)定義：特性阻抗(Characteristic Impedance)即為高頻訊號(hào)或電磁波在電子機(jī)器訊號(hào)傳輸線傳輸時(shí)所遭到阻力，詳細(xì)指電阻、電感和電容三者對(duì)交流電流的共同妨礙作用大小，簡(jiǎn)稱阻抗。因難以實(shí)現(xiàn)對(duì)PCB內(nèi)部真實(shí)走線進(jìn)展阻抗丈量，PCB消費(fèi)商普通都會(huì)在PCB周圍加上測(cè)試Coupon。但Coupon思索比較理想化，板內(nèi)阻抗設(shè)計(jì)可更忠實(shí)地代表板內(nèi)的實(shí)踐走線。工程義務(wù)：經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，從設(shè)計(jì)、過程控制進(jìn)展優(yōu)化，提升加工控制才干。丈量(M)丈量過程圖：內(nèi)層圖形轉(zhuǎn)移百倍鏡檢查線寬 AOI 堿

3、蝕(100檢查板內(nèi)阻抗) 物理室100測(cè)內(nèi)/外層板內(nèi)阻抗。我司消費(fèi)的第一個(gè)Adtran板內(nèi)阻抗控制要求的板件007652A阻抗測(cè)試值總體情況不夠穩(wěn)定，且存在一定量的阻抗超差，過程才干Cpk僅0.6-0.8左右，難以到達(dá)1.33的穩(wěn)定形狀。經(jīng)過一段時(shí)間的分析、總結(jié)，在接下來的一段時(shí)間內(nèi)，板內(nèi)阻抗過程控制勉強(qiáng)可以到達(dá)Cpk1.33，但板內(nèi)阻抗控制中值極不理想(Av實(shí)測(cè)值平均與客戶要求中值相差7%左右)，阻抗超差問題仍不容樂觀。分析(A)選擇變量，魚骨圖分析如下：蝕刻線寬控制不嚴(yán)AOI檢查阻抗線缺陷不嚴(yán)阻抗測(cè)試方向不同阻抗測(cè)試人員操作探針技術(shù)變卦圖形轉(zhuǎn)移曝光才干不均蝕刻均勻性、蝕刻因子不夠平板/圖電

4、電鍍不均阻抗測(cè)試儀精度/反復(fù)性不夠百倍鏡檢查線寬精度不夠?qū)訅喊褰橘|(zhì)層厚度不均層壓板樹脂含量不均板內(nèi)阻抗與板邊Coupon不同設(shè)計(jì)阻抗實(shí)際值補(bǔ)償菲林受環(huán)境溫濕度影響縮漲物理室阻抗測(cè)試房溫濕度變化人機(jī)料法環(huán)板內(nèi)阻抗超差 改善(I)方法方面板內(nèi)阻抗和板邊Coupon區(qū)別經(jīng)分析，雖然測(cè)試coupon具有和主PCB一樣的疊層和跡線構(gòu)造，可以反映線路板的阻抗能否合格，但不能非常準(zhǔn)確地忠實(shí)代表板內(nèi)阻抗。圖1為典型的PCB測(cè)試用Coupon和板內(nèi)阻抗真實(shí)走線?？梢钥闯鯟oupon和板內(nèi)阻抗二者間存在較大的差別：A) 雖二者走線間距、走線寬度一致，但coupon測(cè)試點(diǎn)的間距普通固定為100mil(即最初的雙列直

5、插式IC接腳間距)，而板內(nèi)真實(shí)走線的末端(即芯片接腳)間距是不同的，隨著QFP、PLCC、BGA封裝的出現(xiàn)，芯片接腳間距遠(yuǎn)小于雙列直插式IC封裝間距。這種差分走線末端間距與走線間距差別引起阻抗不延續(xù)，帶來不同的阻抗測(cè)試結(jié)果。 B) Coupon走線是理想化的直線，而PCB板內(nèi)阻抗線因各種要素導(dǎo)致走線設(shè)計(jì)不規(guī)那么，如以下圖所示：這種不斷拐彎的傳輸線本身就構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的濾波器，由于濾波作用使得高速信號(hào)不斷損耗、反射而衰減，測(cè)試阻抗值在走線彎折處變得不延續(xù)。 C) Coupon與板內(nèi)阻抗走線在整個(gè)PCB上的位置不同。Coupon普通位于PCB邊緣，在PCB出廠時(shí)往往會(huì)被消費(fèi)商去掉。而板內(nèi)阻抗真實(shí)走

6、線的位置那么相當(dāng)多樣，有的接近電路板邊緣，有的位于板中央。針對(duì)這種差別，從方法設(shè)計(jì)方面加以系統(tǒng)改善板內(nèi)阻抗：優(yōu)化板內(nèi)阻抗線寬補(bǔ)償。相對(duì)于板邊Coupon，位于板中央的板內(nèi)阻抗線蝕刻藥水交換較慢，存在一定的“水池效應(yīng)；且板內(nèi)阻抗線容易受圖形本身影響、鉆孔影響，線寬補(bǔ)償難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于板邊Coupon。按目前正常的線寬補(bǔ)償，雙線板內(nèi)阻抗普通都要超出控制下限3-4。經(jīng)過走首板逐漸確定板內(nèi)阻抗線寬補(bǔ)償量，曾一次或多次減小9717A、9468A、9433A、9213A、8572A、8543A等編號(hào)的線寬補(bǔ)償。普通而言，0.5OZ可正常補(bǔ)償，1OZ僅需補(bǔ)償0.5-0.75mil，2OZ僅需補(bǔ)償1-1.5mil

7、左右。優(yōu)化板內(nèi)阻抗線路拐角。Adtran客戶板內(nèi)阻抗線普通存在多個(gè)拐角(如8171A存在36個(gè)拐彎)，客戶曾部分有約90(或 90)線跡轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)，該轉(zhuǎn)彎處導(dǎo)面子積添加，導(dǎo)致寄生電容添加、訊號(hào)損失添加、傳輸線特性阻抗變化增大。改善拐角采取走向或圓弧形設(shè)計(jì)，有利于阻抗穩(wěn)定控制。改善平衡銅點(diǎn)設(shè)置。適當(dāng)?shù)钠胶忏~點(diǎn)添加可有效平衡介質(zhì)層厚度、平均分散電流提高電鍍鍍層的均勻性。而阻抗線垂直對(duì)應(yīng)區(qū)域的平衡銅點(diǎn)可使阻抗降低3-5%不等，且對(duì)雙線影響更大。統(tǒng)計(jì)分析阻抗線圖形尚且比較簡(jiǎn)單(均為直線型)且阻抗參數(shù)設(shè)計(jì)一樣的9020A板內(nèi)阻抗線闡明，無平衡銅點(diǎn)覆蓋的TP51(Cpk=0.59)明顯比有銅點(diǎn)覆蓋的TP50

8、(Cpk=1.51)容易控制。這些不用要的平衡銅點(diǎn)較嚴(yán)重地干擾阻抗測(cè)試，去除該類平衡銅點(diǎn)，可減小測(cè)試干擾。 設(shè)備方面改善圖形轉(zhuǎn)移曝光才干不均。雖然目前我司采用點(diǎn)光源曝光，對(duì)于不同尺寸/厚度的板件，在內(nèi)/外層圖形轉(zhuǎn)移時(shí)，講究在何種類型曝光機(jī)中進(jìn)展。從工藝角度出發(fā)，講究根據(jù)不同干膜消費(fèi)廠家選擇不同的光密度尺控制曝光時(shí)間(曝光量)、改善照相底版尺寸穩(wěn)定性和曝光機(jī)真空系統(tǒng)、真空框架資料等以得到優(yōu)良的干膜抗蝕圖像和較小的圖像線寬偏向。改善平板/圖電電鍍均勻性。經(jīng)過規(guī)范陽極磷銅球運(yùn)用、鍍缸兩側(cè)陽極數(shù)量及其排布嚴(yán)密講究、陽極袋及時(shí)改換，特別是重點(diǎn)對(duì)電鍍均勻性較差的老平板、老圖形進(jìn)展工程改造，經(jīng)過思索電流的均

9、勻性，添加浮架/擋板、改換夾具/夾板方式、改換大V型座、更改電鍍槽鈦籃尺寸及外形以得到適宜的陰陽面積比、電鍍時(shí)運(yùn)用假陰極，減少邊緣效應(yīng)；講究電鍍酸銅藥液各成分均勻性，改造打氣管、搖擺系統(tǒng)等措施，有效提高了板面電鍍均勻性。 圖2 B線平板經(jīng)改造后鍍層均勻性改善提高蝕刻均勻性、蝕刻因子。一方面，經(jīng)過控制面銅電鍍均勻性已有效改善蝕刻均勻性；另一方面，從蝕刻本身做了大量改善，經(jīng)過DOE實(shí)驗(yàn)分析主要影響要素、調(diào)整藥水濃度、合理搭配圓形/扇形噴嘴并調(diào)整噴嘴壓力和噴嘴角度、對(duì)孤立線/密集線作分開補(bǔ)償處置以緩解藥水交換差別、根據(jù)線寬/線距適中選取不同厚度的抗蝕干膜等種種措施也改善了蝕刻均勻性和提高了蝕刻因子。

10、購(gòu)買新的CITS800s阻抗測(cè)試儀。該型號(hào)在設(shè)備本身維護(hù)、降低電磁干擾、提高電磁耐受、提高緊耦合線路測(cè)試精度、尤其是高歐姆阻抗丈量等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。各Av測(cè)試值均可以完全到達(dá)1%的丈量精度要求。5.3 板料方面在改善平板/圖電電鍍均勻性的根底上，從板件板內(nèi)圖形線路角度出發(fā)講究了夾板方式、不滿缸消費(fèi)時(shí)的種種規(guī)范做法，板內(nèi)阻抗線路銅厚均勻性得到有效保證。板邊coupon與板內(nèi)阻抗走線在PCB上的位置不同。電路板上的不同位置在壓制過程中所遭到的壓力不能夠一致，導(dǎo)致PCB不同位置上的介電常數(shù)、介質(zhì)層厚度不同，特征阻抗也當(dāng)然不同。板邊流膠量相對(duì)于板內(nèi)偏大，板內(nèi)阻抗介質(zhì)層厚度略比板邊Coupon大，由于

11、介質(zhì)層厚度與阻抗成正比，且介厚的正偏向?qū)ψ杩褂绊懗潭认鄬?duì)較小，結(jié)合介質(zhì)層厚度要求，經(jīng)過適當(dāng)延伸/縮短預(yù)壓/高壓時(shí)間、優(yōu)化層壓程序等措施，可使層間介質(zhì)層厚度和層壓流膠等得到有效控制，測(cè)試3臺(tái)壓機(jī)層壓板件層壓均勻性、板邊流膠等，Cpk值1.33，均處于才干富余階段，可確保板內(nèi)阻抗符合要求。環(huán)境與操作方面AOI檢測(cè)。在AOI工序?qū)ｉT設(shè)立工藝崗位，定期檢查各種類型AOI機(jī)的各種缺陷的偵測(cè)才干并進(jìn)展專項(xiàng)改良。針對(duì)訊號(hào)頻率非常高的板件有必要找出導(dǎo)線缺口、凸口。阻抗測(cè)試方向規(guī)范。從不同板面測(cè)試外層阻抗線，由于直接(蝕刻后抽檢板件)或間接(綠油后板件)接觸介質(zhì)的介電常數(shù)不同，對(duì)阻抗丈量影響很大，甚至?xí)绊懽杩?/p>

12、控制的判別。對(duì)于外層阻抗線的丈量，規(guī)范一概不能使被測(cè)外層阻抗線處于被壓形狀。力圖確保板內(nèi)阻抗線TDR讀數(shù)的一致性。在測(cè)試板內(nèi)阻抗線時(shí)嚴(yán)厲防止以下對(duì)可控阻抗板上TDR丈量質(zhì)量不利的要素：測(cè)試儀測(cè)試前不正確的設(shè)置和校準(zhǔn)、測(cè)試和計(jì)算阻抗的不同方法、手動(dòng)指針(光標(biāo))位置的時(shí)常變化、在測(cè)試過程中不良的或斷續(xù)的探針銜接、外部物質(zhì)(或測(cè)試人員的手部)與測(cè)試樣板接觸、環(huán)境溫/濕度變化。改善效果特性阻抗(特別是板內(nèi)阻抗)的高精度控制，真正很好地表達(dá)了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到消費(fèi)的總體質(zhì)量。本次板內(nèi)阻抗板件質(zhì)量改善從統(tǒng)計(jì)分析我司板內(nèi)阻抗控制現(xiàn)狀入手，經(jīng)過阻抗設(shè)計(jì)優(yōu)化思索和過程控制的不斷改善來提升加工控制才干。6.1 經(jīng)板內(nèi)阻

13、抗設(shè)計(jì)不斷優(yōu)化后，我司板內(nèi)阻抗過程控制Cpk值明顯提高。統(tǒng)計(jì)我司現(xiàn)有的28個(gè)Adtran板內(nèi)阻抗控制要求板件，約有65%左右的板內(nèi)阻抗可到達(dá)并維持在Cpk1.33的穩(wěn)定形狀，部分編號(hào)如下：消費(fèi)編號(hào)7652A8005A8635A9020A9122A板內(nèi)阻抗TP9TP5TP13TP9TP1TP5TP54TP55TP112TP110Cpk值1.231.371.861.961.221.420.981.261.851.38消費(fèi)編號(hào)9123A9187A9213A9433A9468A板內(nèi)阻抗TP11TP12TP9TP4TP39TP43TP94TP88TP112TP113Cpk值1.951.511.071.1

14、11.112.161.441.731.151.9消費(fèi)編號(hào)9717A9784A9805A9843A9994A板內(nèi)阻抗TP48TP51TP29TP33TP5TP9TP1004TP105TP39TP40Cpk值0.941.021.471.861.291.771.081.921.010.96消費(fèi)編號(hào)9995A10130A10178A10039A8171A8543A板內(nèi)阻抗TP28TP29TP13TP7TP22TP7TP1003TP1000TP9TP75Cpk值0.990.961.381.341.381.281.281.291.341.47附注：表中數(shù)據(jù)來源于相應(yīng)板件FQC一切檢查數(shù)據(jù)。 經(jīng)過線寬補(bǔ)償調(diào)

15、整，可有效改善超差問題；與此同時(shí)，經(jīng)過去除覆蓋板內(nèi)阻抗線的不用要的平衡銅點(diǎn)，對(duì)板內(nèi)阻抗控制改善亦非常明顯，如去除8171A、9020A、9122A等編號(hào)的相應(yīng)不用要的平衡銅點(diǎn)后，過程控制Cpk值明顯提高(Cpk 值從0.26提升到了2.47)，板內(nèi)阻抗控制中值更符合客戶要求(Av 測(cè)試值平均值從93.55提升到103.35，非常接近客戶要求中值100)。 6.2經(jīng)先走首板，待不同外形阻抗線道路寬補(bǔ)償、介質(zhì)層厚度、板內(nèi)阻抗控制結(jié)果確認(rèn)后，重新調(diào)整設(shè)計(jì)值，再正常批量消費(fèi)的做法，一年來板內(nèi)阻抗控制質(zhì)量得到明顯提高。一方面，雖然不斷有板內(nèi)阻抗控制要求的新編號(hào)消費(fèi)，但采用走首板的方式，內(nèi)部板內(nèi)阻抗質(zhì)量糾正次數(shù)