非对称结构金手指插头加工匹配5G高速精度研究资料下载

PCB高密度化、细线化、小型化是技术发展的永恒主题，模块化三维立体组装可以节省更多的装配空间也更有利于产品的后期维护。按照通信行业的预期，5G（第五代移动通信系统，简称5G）的传输速率将要达到1Gb／s以上，金具有非常优良的信号传输性能和电接性触能，制作的产品不仅表面平整、抗氧化能力强、而且具有耐磨、硬度高的特性，即使拔插上千次也不会在表面留有划痕，是制作5G金手指插头的首选材料。作为板件与结构件之间连接的桥梁，金手指插头部位不仅要传输高速数据信号还要承担电源引脚的功能。因此，设备制造商对金手指插头部位外形尺寸的精度要求就十分严格，通常要求为±0．05mm，是外形常规公差±0．1mm的2倍。此位置外形尺寸偏大或偏小均会导致金手指插头与卡槽线路连接错位，轻则电源引脚与信号引脚错位短路烧坏板卡及设备，严重的可能引起火灾等不可预估的后果。 现状 PCB金手指插头产品的加工通常采用多种复合材料混压、背钻、树脂塞孔、盲埋孔、图电金等特种工艺。不同材料厚度、层间盲埋孔、背钻孔都会像钉子一样镶嵌在板内各材料之间限制涨缩导致板子变形，非对称结构的产品流程更复杂，制作难度更大，变形则更加严重。PCB弓曲变形将导致元件（特别是芯片）焊点时虚焊甚至报废，另外板子变形也会影响到焊接后的板件与结构件之间的连接与安装。 在IPC三级接受标准中特别指示普通FR4材料的弓曲或扭曲的允收标准是0．5％，IPC－6018针对特殊材料及混压板的允收标准是0．75％。针对板件变形（弓曲或扭曲），PCB厂传统的解决方案是在FQC工序出货前通过整平反直机进行150度的烤板然后自然冷却处理，让板件恢复到比较平整的状态来解决，但这种方法受到阻焊耐热性能及表面处理耐热性能的限制，烤板时间不能过长也不能使用高于150度的高温。随着欧盟无铅法令的颁布及材料Tg温度向高温发展，在小于150度的条件下烤板所起的释放内应力的作用也随之减弱，也有PCB生产商在压合时采用自然冷却的方式来释放内应力，这种方式可以得到较好的改善效果，但压合周期会增加不适用于量产。 在压合时控制非对称结构光电产品的变形量是保证外形加工精度能否被控制在±0．05mm以内的前提和保障，但对于非对称结构产品仍然会有一下的翘曲变形，外形加工设备、工具以及对于不对称结构产品的斜边精度都需要严格、系统地控制才能确保产品的合格率。对金手指两边尺寸如此要求严格的产品，现只能采用二次元抽样检测的方法来大致判断其合格率，如何通过技术手段快速、100％地全部检测金手指到两边的距离业界尚无更好的办法，本文将系统地分析非对称结构的5G高速金手指插头产品产生弓曲变形的根本原因，外形加工精度、斜边精度控制在±0．05mm以内的方法并从技术的角度加以改善；在不增加成本的前提下如何100％地检测此类产品的外形尺寸、确保设备、产品与人员安全方向也取得到了很好的改善效果。 原因分析 芯板变形原理分析 PCB由芯板、半固化片、外层线路、阻焊等材料组成，因铜箔、树脂、玻璃布的物理和化学特性各不相同，压合时用加热和加压的方式释放半固化片中的树脂将独立的芯板、铜箔等粘连在一起。压合分升温、保温、降温三个阶段，在升温预热阶段芯板之间只有上下压力的传递，即使有非对称结构的芯板也无Z方向的剪切力不会导致芯板变形；在升温阶段的后期，芯板由“玻璃态”转变为“橡胶态”，半固化片内的树脂遇热达到凝胶点并将芯板粘结在一起，芯板之间开始产生Z方向的剪切力；当进入降温阶段以后，涨缩系数大的芯板收缩比涨缩系数小的变化加快，板子会向涨缩系数大的芯板一侧自然弯曲，此时如在较高温度出炉，芯板间的热应力残留无法快速消除就会导致更进一步的向涨缩系数大的芯板一侧弯曲，变形量取决于两种材料的热膨胀系数（CTE）。因此压合出炉的温度控制对非对称结构产品的影响非常大。由此可见，非对称结构的板件（XY方向及Z方向）产生变形的主要原因是板件在达到Tg温度之后的保温及降温过程中产生内应力影响了板子的弓曲变形。金手指插头产品均为中、高Tg板材，对于Tg值≥150度以上的板材，只有压合、喷锡工艺才会对变形产生关键影响。金手指插头产品表面处理为沉、镀金工艺，因此对板件变形产生关键影响的工序只有压合。而在其它加工过程中由于受外力的影响导致的板件变形，则可以通过后工序的压板整平设备来处理。 外形加工精度及检测原理分析 外形加工精度受设备技术能力、板件生产涨缩、铣刀、加工参数及加工过程的影响均很大，因此，业内外形的常规公差±0．1mm就是基于以上因素考虑。而金手指光电插头产品的金手指引线兼顾有传送电流的功能，为了确保设备的安全，金手指到边的距离公差才为±0．05mm，也是两条金手指错位后相互接触的安全距离，突破了安全距离的保障就意味着设备肯定会发生故障。因此，从技术上确保此类产品的制作精度满足产品安全距离的要求是准予生产的前提。 制造出来的产品是否100％合格则需要设备100％地检测，由于此类产品每个set金手指到边的距离每边需要检测20次共40次根本无法全部检测，业界只能人工用二次元进行抽测。随着客户对外观检查的要求起来越重视，AVI自动外观检查机近期逐渐成为PCB厂的常规标配设备，如何开发利用AVI的检测功能去准确检测金手指光电板插头部位到边的距离在业界仍然是空白。让外观检查机在检查外观缺陷的同时能检测金手指插头产品金手指位到两边的距离，即保证了外观缺陷不漏失，也能100％地检测全检全测金手指插头位的尺寸，确保外观尺寸精度100％合格。 实验方案 实验设计 1．实验产品M基本信息 表1：M产品基本信息 2．实验产品M斜边及金手指到边的距离信息 图1：斜边示图 图2：金手指到边的距离 3．实验产品M层压结构图 图3：M产品层压结构图 4．实验流程 实验计划 1．非对称结构金手指插头产品实验计划 每组实验设计100 SET产品，到FQC指定同一位质检员检测、记录；二次元及其它工具测量数据由指定同一位品质工程师负责测试、记录，确保数据的偏差最小。 2．非对称结构金手指插头产品实验项目 表2：非对称结构金手指插头产品实验计划 实验数据 压合弓曲变形改善实验 表3：压合弓曲变形改善实验数据 因不同材料的热膨胀系数（CTE）不同，高Tg印制板在温度升高到≥170℃时，基板才由“玻璃态”转变为“橡胶态”，冷却后机械强度、尺寸稳定性、粘接性、吸水性、热分解性、热膨胀性等均优于普通Tg，设计时选择刚性较好的高Tg材料对板子弓曲或扭曲有明显的改善作用。常规对称结构的产品压合时采用对称叠板、对称放置料、选择冷热一体压机压合对减少热应力有明显帮助。主要是冷热分体压机在高温下（Tg温度以上）将板件转到冷压机时，材料在Tg点以上有短期处于失压快速冷却会导致热应力迅速释放产生变形，而冷热一体压机可实现在热压末段降温以避免板件在高温下失压变形。利用辅料的非对称性放置去改变PCB板双面的升温速度，从而影响不同CTE芯板、树脂在升温和降温阶段的涨缩来解决变形量不一致的问题。通过延长冷压时间，保持板件上下方向的压力让板件自然冷却到较低温度，对改善非对称结构变形的效果较明显，但生产效率也会同步降低。综上所述，对于非对称结构的产品，工程需要选择刚性优良的高Tg板材，采用冷热一体的压机非对称放置辅料生产，并适当地延长冷压时间（30－60分钟）可明显改善非对称结构产品在压合后的弓曲或扭曲变形，并能满足客户要求的弓曲变形≤0．75％甚至≤0．5％的要求。