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技术分享:对线路板层压结构图制作错误的分析与改善

导读: 层压结构问题虽然有一些属于工艺能力不足或者产线员工控制不当,但这并非问题的全部,仍有很大比例的问题源于层压图纸,只是当大家把焦点放于工艺之时,往往忽略了其它因素,本文将对层压结构图问题进行具体分析并总结合理改善方案。

1 、绪论

线路板轻薄短小的发展趋势使得PCB制作工艺日新月异,其中层压技术作为其最重要的工序之一,自然也备受制造厂商关注,使得层压高端工艺愈加成熟,然而,在提高层压工艺能力的同时,却没有对层压结构图纸予以正确处理,导致层压结构图问题的报废客诉屡禁不止,损失惨重。

据统计,层压结构问题虽然有一些属于工艺能力不足或者产线员工控制不当,但这并非问题的全部,仍有很大比例的问题源于层压图纸,只是当大家把焦点放于工艺之时,往往忽略了其它因素,本文将对层压结构图问题进行具体分析并总结合理改善方案。

2 、结构图纸错误综合分析

随着电子电路的行业的发展,线路板的层数越来越多,结构越来越复杂(盲、埋、通孔共存,布线更紧密),使得层压结构的控制要求也越来越严,层压结构的问题也越来越突出,其中,错误的层压结构图纸就是其元凶之一。

2.1 制图情况分析

对于所有PCB生产商而言,正确合理地制作出客户要求的线路板才是最终目的,而在生产线路板的所有环节中,只有保证正确的层次结构,进一步控制各层精细工艺才有意义。而产线压合结构通过图纸指示,故确保图纸正确合理必为其前提。

然而,优秀的图纸虽然是层压流程正确进行的必要前提,却并未得到相应的重视,导致目前为止,层压结构图纸的制作还处于原始阶段。很多PCB厂商仍然依靠通用的平台软件自带的制图功能,毫无数据支撑,更无工艺能力的保障,甚至小部分厂采用手工制图。总体而言,业界大部分图纸的完善全靠制图人员自身的经验,并没有其它优良措施来辅助判断结构的可行性和最优性。

2.2 制图错误类型分析

常见的结构图纸的错误可分为芯板,介质、可优化性、不按客户要求等几个方面,它们之中任一方面的错误都能导致报废和客诉。

2.2.1 芯板的选择错误

目前市场的芯板种类繁多,同类型又存在不同的规格区分,芯板的类型、规格、厚度、覆铜厚度都有区别,而当前业界大多仍由人的经验判断如何选材,具有不小的报废风险或可优化空间(如图1,3OZ的厚铜板实际应选FR-4的S1000-2即高TG的板材,员工错用普通S1141型号)

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图1

2.2.2 层间介质错误

最普遍的介质问题就是PP选择错误,不同类PP的价格差异很大,且流动性各有不同,一旦PP选错甚至其先后顺序弄错,都会造成实物板结构不符(如图2,芯板覆厚铜,PP介质最好在0.15MM以上,实际只用一张0.08MM的PP,层间介质过薄)。

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图2

另外,铜箔的厚度错误也应注意,虽然这类情形部分可以通过加厚减薄工艺改良,但凭空增加额外流程会影响成本,同时产生其它隐患。

2.2.3 部分可优化结构问题

同样厚度的线路板可能有多种材料组合,任选一种都能做出正确的结构,但不同搭配情况的成本和生产控制难度一定不同,故应采用成本和控制难度都相对较低的结构组合,然实际统计发现,约30%的线路板层次结构并非最优(如图3,106的PP太贵,实际可用2116的PP进行优化)。

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图3

另一典型可优化问题为非对称结构,由于涨缩等问题,不对称板的翘曲度通常比对称板高,若客户要求严格,这样的板通常会是废品,因此任何情形的线路板结构都应确保对称,即使无法达到(比如一些盲埋孔板),也应尽量降低其不对称程度。

2.2.4 客户要求方面问题

部分客户对层压结构选材有明显限定,甚至不乏对层压结构有明确指定,若客户对板材的选择有明确要求,制图人员就必须缩慎重设计结构,尤其若有明确结构指定,更应仔细检查客户结构是否合理、是否与本司制作工艺冲突,然而实际很多此类情况的遗漏,令众厂商头疼不已。

2.2.5  部分结构问题实述

下图4为作者截取的该司某一个月中有关层压结构的问题点:

image.png

图4

由图看出,很多制图人员的技术经验欠缺,导致诸多重复问题出现,但经作者访问发现,有关层压结构图设计错误原因还包括制图人员的疏忽。换言之,其可归纳为对该司工艺不了解和细节性疏忽。

2.2.6 对结构图错误后果严重性的分析

总所周知,报废和客诉一直是所有PCB厂最头疼的问题,尤其是批量报废,其直接经济损失更加严重,如果导致客诉,还会大幅降低客户满意度,带来严重的潜在损失。

虽然PCB制程的任一环节错误都可能导致报废和客诉,但是,纵观PCB制作的所有环节,我们发现,层压相关问题导致报废和客诉的几率最大,同比其它工序平均多出50%,而层压结构图是层压工序的唯一指导,板的结构完全取决于它,一旦图纸错误,此板几乎等同报废,其重要性不言而喻。因此,层压结构图的管控应作为各PCB厂商的重点问题对待,否则,很难根治这类问题。

2.3 业界改进现状及分析

业界的改进现状基本可以总结为以下三点:

1)  针对图纸误导产线生产错误的PCB板的问题,部分PCB厂拟在图纸上附加一些特殊信息以增强图纸的信息量和可读性,但结果并未降低因图纸问题导致的报废客诉,经分析,此种方式虽然增强了图纸的指导性,但图纸本身的错误却未有效减少,因其产生的误导自然无法有效避免。

2)  一部分厂商则依靠比较流行的软件(如ENGENIX等)附带的层压结构功能模块制作层压结构图,不可否认,这些软件整体功能强大且专业,但是,专业也就意味着难以大众化,如果一张图纸不能让产线员工短时间看明白,那么,它可能并不合适,更何况,通用性也就决定着其在精确控制方面的盲点,而层压结构图需要高正确性和最优性,如果软件不能确保这两点,那么,其并不能解决层压结构图纸所引发的问题。

3)  出于一直难以解决层压结构问题的困扰,不少PCB厂选择增加大量层压技术知识的培训,想以此提高CAM人员的专业水平,降低层压结构图出错的概率。同时,制定一系列惩罚制度意图“避免”人为疏忽,但结果不但毫无效果,反而因过多的培训占据制单时间,延长了制单周期,增加了成本预算,恶化了员工情绪,带来了不少负面影响。

就上述三点分析可以看出,业界并未发现一种最合理方案,所谓的解决办法,都治标不治本,甚至部分还带来恶劣的后果。

2.4 问题推断

通过对层压结构图问题的分析,初步推断为:制图人员对层压结构了解不够深入,技能存在不足,不了解该司制造工艺,做事不够仔细,不按要求核对客户特殊信息。故若要针对上述原因改善问题,那么,首先所有制图人员都应拥有足够的行业经验(至少是关于层压结构),同时对该司PCB层压加工工艺足够了解,基于这样的要求,专项培训就成为了必要措施,然而通过上述对业界改进现状的分析可以看出,这样的方案根本行不通。如此,难道只有指定那些既了解工艺又做事仔细的“精干”员工制作?这显然并不合适,况且,即使真这样,就一定能避免上述所有问题吗?显然,我们需要一种新的方式来改善这些问题。

3 、解决方案

针对层压结构图纸设计或优化的情况,通常,若属于该司内部可调结构,建议由具有一定经验的主管级人员调整,从而降低结构成本,若客户有明确要求,建议与客户确认,从而避免投诉。

但从根本上讲,层压结构图的制作还是需要CAM具有一定的经验和细心做事的态度,经验往往是时间的积累,难以宏观调控,细心的态度也因人因境而异,更没有明确的保障,并且,总是在一些小的不确定上与人确认,耽误的往往是更多人的效率,造成时间和资源的浪费。

综合这些错误的分析,本文提出了通过计算机应用来解决问题的方案,作者通过对该司之前的一系列层压结构的问题进行汇总和分析,具有针对性地开发出一款专门用于制作层压结构的智能工具软件,通过该司内部数据统计显示,CAM人员使用此软件制作层压结构图后,层压结构出错率降低到3%,对于提高层压结构制作的正确性和最优性,降低订单制作周期,减少资源的浪费具有明显的效果。

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