CN101686607A - 可抑制翘曲的四层电路板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可抑制翘曲的四层电路板，由四层线路层及半固化板、内层组成，第一线路层及第二线路层面积求和的结果与第三线路层及第四线路层面积求和的结果之间的比值再与第一半固化板及第二半固化板厚度的比值之间的关系为函数f(x)。本发明设计了第一半固化板和第二半固化板的不同厚度，有效平衡了因各材料膨胀系数的差异，减小了印刷电路板的翘曲。同现有技术相比，降低了加工周期，节约了原材料，降低了生产成本，提高了生产厂家的产能，产品的合格率由65～69％提升至97～98.5％；而且在印刷电路板满足客户要求的总厚度及函数f(x)的前提条件下，可以适当减少内层的厚度，进一步降低生产成本。

Description

可抑制翘曲的四层电路板

技术领域

本发明属于印刷电路板技术领域，尤其是一种可抑制翘曲的四层电路板。

背景技术

在各控制领域中较多使用的印刷电路板大多为4～8层，其中四层印刷电路的结构因其在成本、品质等方面的优势，被广泛的用于各种机床、电器的控制电路部分。四层印刷电路的结构一般由四层线路层以及半固化板(PP板)、内层组成，第一线路层、第二线路层之间和第三线路层、第四线路层之间分别安装PP板，在第二线路层、第三线路层之间安装内层，生产时将线路层、PP板和内层压合即得到印刷电路板成品。

由于信号层、地线层和电源层等各线路层的特性不同，客户设计出的各线路层的图形是不均匀、不对称的；而且由于线路层使用的材料是铜(膨胀系数为1.70X10^-5)、PP板使用的材料是玻璃纤维布和环氧树脂(玻璃纤维布的膨胀系数为5.04X10^-6，环氧树脂的膨胀系数为8.50X10^-5)、内层使用的材料与PP板基本相同，在将各层压合后因其膨胀系数的差异而储存起的应力经过机械、湿热加工后被释放出来，其结果是造成四层印刷电路板产生翘曲，发生翘曲的印刷电路板在后续的组装过程中存在贴片不良、无法插件、不易焊接及安装不便等问题。目前，各生产厂家对不合格的产品的处理方法是：将发生翘曲的印刷电路板放入整平机中，在一定温度和接触压下执行一个热压程式消除印刷电路板内部的部分应力来减小印刷电路板的翘曲，但由于印刷电路板的结构没有变化，所以处理过的印刷电路板很容易再次出现翘曲。经过整平机处理后，一般每批次产品的合格率为65～69％，较低的合格率势必造成加工周期的延长，原料的浪费以及生产成本的提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、加工周期短、成本较低、成品率高且能有效抑制电路板翘曲的可抑制翘曲的四层电路板。

本发明采取的技术方案是：

一种可抑制翘曲的四层电路板，由四层线路层及半固化板、内层组成，第一线路层与第二线路层之间安装第一半固化板，第三线路层与第四线路层之间安装第二半固化板，第二线路层与第三线路层之间安装内层，其中第一线路层及第二线路层面积求和的结果与第三线路层及第四线路层面积求和的结果之间的比值、再与第一半固化板及第二半固化板厚度的比值之间的函数关系为式(I)：

$f\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}x+0.204& x\∈\left[\mathrm{1.30,1.48}\right]\\ 0.55x+0.87& x\∈\left[\mathrm{1.48,1.84}\right]\\ & \\ 0.33x+1.275& x\∈\left[\mathrm{1.84,1.90}\right]\\ x& x\∈\left[\mathrm{1.90,2.00}\right]\end{array}\right.---\left(I\right)$

其中：

X的取值为：

当S1+S2大于S3+S4时，

当S1+S2小于S3+S4时，

S1为第一层线路层面积，

S2为第二层线路层面积，

S3为第三层线路层面积，

S4为第四层线路层面积；

f(x)的取值为：

当S1+S2大于S3+S4时，

当S1+S2小于S3+S4时，

H1表示第一PP板厚度，

H2表示第二PP板厚度。

而且，所述的函数f(x)为式(II)：

$f\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}X+0.204& x\∈\left[\mathrm{1.30,1.48}\right]\\ 0.55x+0.87& x\∈\left[\mathrm{1.48,1.84}\right]\\ 0.33x+1.275& x\∈\left[\mathrm{1.84,1.90}\right]\\ 0.67x+0.63& x\∈\left[\mathrm{1.90,1.93}\right]\\ 1.1x-0.20& x\∈\left[\mathrm{1.93,2.00}\right]\end{array}\right..---\left(\mathrm{II}\right)$

而且，所述的第一层半固化板为1～3层。

而且，所述的第二层半固化板为1～3层。

本发明的优点和积极效果是：

1.本四层电路板由四层线路层及半固化板、内层组成，第一线路层及第二线路层面积求和的结果与第三线路层及第四线路层面积求和的结果之间的比值和第一半固化板及第二半固化板厚度的比值之间的关系为函数f(x)，第一半固化板和第二半固化板厚度的不同有效平衡了因各材料膨胀系数的差异，从而减小了印刷电路板的翘曲。

2.本四层电路板中线路层面积比和PP板厚度比之间的关系满足函数f(x)的前提条件下，第一半固化板可以为1～3层，第二半固化板可以为1～3层，使用多层半固化板可以使印刷电路板的总厚度更精确，更符合客户的需要。

3.本发明结构简单且能有效抑制电路板翘曲，同现有技术相比，降低了加工周期，节约了原材料，降低了生产成本，提高了生产厂家的产能，产品的合格率由65～69％提升至97～98.5％；而且在印刷电路板满足客户要求的总厚度及函数f(x)的前提条件下，可以适当减少内层的厚度，进一步降低生产成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中线路层面积比与PP板厚度比的映射图；

图中：横坐标X表示线路面积比，纵坐标f(x)表示PP厚度比；

图3是应用实施例1中第一层线路层的布线示意图；

图4是应用实施例1中第二层线路层的布线示意图；

图5是应用实施例1中第三层线路层的布线示意图；

图6是应用实施例1中第四层线路层的布线示意图；

图7是应用实施例1中四层电路板的结构示意图；

图8是应用实施例2中四层电路板的结构示意图；

图9是应用实施例3中四层电路板的结构示意图；。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

一种可抑制翘曲的四层电路板，如图1所示，由四层线路层及半固化板、内层组成，第一线路层1与第二线路层3之间安装第一半固化板2(即第一PP板)，第三线路层5与第四线路层7之间安装第二半固化板6(即第二PP板)，第二线路层与第三线路层之间安装内层4，本发明的创新点是：第一线路层及第二线路层面积求和的结果与第三线路层及第四线路层面积求和的结果之间的比值，再与第一半固化板及第二半固化板厚度的比值之间的函数关系为式(I)：

$f\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}x+0.204& x\∈\left[\mathrm{1.30,1.48}\right]\\ 0.55x+0.87& x\∈\left[\mathrm{1.48,1.84}\right]\\ & \\ 0.33x+1.275& x\∈\left[\mathrm{1.84,1.90}\right]\\ x& x\∈\left[\mathrm{1.90,2.00}\right]\end{array}\right.---\left(I\right)$

其中：

X的取值为：

当S1+S2大于S3+S4时，

当S1+S2小于S3+S4时，

S1表示第一层线路层面积，

S2表示第二层线路层面积，

S3表示第三层线路层面积，

S4表示第四层线路层面积，

f(x)的取值为：

当S1+S2大于S3+S4时，

当S1+S2小于S3+S4时，

H1表示第一PP板厚度，

H2表示第二PP板厚度。

为了使印刷电路板的厚度更精确，合格率更高，函数f(x)还可以定义为：

$f\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}X+0.204& x\∈\left[\mathrm{1.30,1.48}\right]\\ 0.55x+0.87& x\∈\left[\mathrm{1.48,1.84}\right]\\ 0.33x+1.275& x\∈\left[\mathrm{1.84,1.90}\right]\\ 0.67x+0.63& x\∈\left[\mathrm{1.90,1.93}\right]\\ 1.1x-0.20& x\∈\left[\mathrm{1.93,2.00}\right]\end{array}\right..---\left(\mathrm{II}\right)$

目前，PP板的常用型号如表1：

序号	半固化板型号	厚度(毫米)
			1	106	0.0508
2	1080	0.0750
			3	2116	0.1151
4	7628	0.1850
			5	7630	0.2032

表2：常用半固化板型号

由表2可知，本发明中线路层面积比和PP板厚度比之间的关系在满足函数f(x)的前提条件下，可以选用不同型号的PP板，所以根据印刷电路板总厚度的要求，在实际生产中，第一PP板可以设置1～3层，第二PP板可以设置1～3层，使用多层PP板的组合可以使印刷电路板的总厚度更精确，更符合客户的需要。

本四层电路板抑制翘曲的原理是：当第一线路层面积与第二线路层面积求和的结果大于第三线路层面积与第四线路层面积求和的结果时，使第一PP板的厚度比第二PP板的厚度大。采用该结构后，由于PP板的膨胀系数大于铜，较厚的第一PP板平衡来自第二PP板膨胀所引起的向上的翘曲。当第一线路层面积与第二线路层面积求和的结果小于第三线路层面积与第四线路层面积求和的结果时，使第一PP板的厚度比第二PP板的厚度小，可以有效地降低四层印刷电路板向下的翘曲。

应用实施例1：

参见图7，四层电路板的第一线路层、第二线路层、第三线路层和第四线路层分别为图3、图4、图5、图6所示的图样，其生产流程是：

1.生产前的设计

(1).根据BARCO公司开发的工程软件UCAM 7.0对图样进行计算，得出第一线路层面积S1为13.15平方分米，第二线路层面积S2为9.60平方分米，第三线路层面积S3为7.29平方分米，第四线路层面积S4为10.14平方分米；

(2).计算x值

S1+S2大于S3+S4

$X=\frac{S1+S2}{S3+S4}\≈1.3$

(3).根据式(I)的函数f(x)或图2所示的映射图计算第一PP板厚度与第二PP板的厚度比值

$f\left(x\right)=\frac{H1}{H2}\≈1.5$

(4).根据客户要求的印刷电路板的总厚度及式(I)的函数f(x)并综合考虑印刷电路板成本后，设计第一PP板选用三层型号为7628的PP板，如图7中的标号8、9、10，第二PP板选用两层型号为7628的PP板，如图7中的标号11、12。

2.根据计算结果进行生产，该生产方法为常规生产方法，完整的生产过程见表2：

顺序号	使用的设备	工艺流程名称
			1	开料机、水洗机、烤料箱	内层下料
2	化学清洗机、贴膜机、自动曝光机、内层DES	内层图转

3	AOI	图形检查
			4	棕化机	内层棕化
5	PP分条机、铜箔分条机、回流线、真空压机	层压
			6	X-RAY、捞边机、磨边机、上销机、数控钻孔机	钻孔
7	除胶渣沉铜线	沉铜
			8	垂直连续镀铜线	电镀
9	砂带磨铜线、化学清洗机、贴膜机、自动曝光机、外层DES	外层图转
			10	AOI	图形检查
11	刷板线、丝印机、预烘烘道、曝光机、显影机、热固烘道	阻焊
			12	热风整平机	热风整平
13	数控铣床	成型
			14	水洗机、自动通断机	通断测试
15	数孔机、翘曲测试台、塞规、量具、金相	专项检查

表2：四层印刷电路板生产工艺流程

3.根据IPC-6012B 3.4.3、IPC-A-6002.11及IPC-TM650对该批次产品进行测试，合格率为98％。

应用实施例2：

参见图8，四层电路板(每层线路层图样省略)，其生产流程是：

1.生产前的设计

(1).根据BARC0公司开发的工程软件UCAM 7.0对图样进行计算，得出第一线路层面积S1为9.75平方分米，第二线路层面积S2为5.16平方分米，第三线路层面积S3为12.45平方分米，第四线路层面积S4为17.53平方分米；

(2).计算x值

S1+S2小于S3+S4

$X=\frac{S3+S4}{S1+S2}\≈2.0$

(3).根据式(II)的函数f(x)或图2所示的映射图计算第一PP板厚度与第二PP板的厚度比值

$f\left(x\right)=\frac{H2}{H1}\≈2.0$

(4).根据客户要求的印刷电路板的总厚度及式(II)的函数f(x)的值并综合考虑印刷电路板成本后，设计第一PP板选用一层型号为2116的PP板，第二PP板选用两层型号为2116的PP板(如图8所示)。

2.根据计算结果进行生产

生产过程与应用实施例1相同。

3.根据IPC-6012B 3.4.3、IPC-A-6002.11及IPC-TM650对该批次产品进行测试，合格率为97.5％。

应用实施例3：

参见图9，四层电路板(每层线路层图样省略)，其生产流程是：

1.生产前的设计

(1).根据BARCO公司开发的工程软件UCAM 7.0对图样进行计算，得出第一线路层面积S1为15.87平方分米，第二线路层面积S2为10.14平方分米，第三线路层面积S3为6.15平方分米，第四线路层面积S4为10.31平方分米；

(2).计算x值

S1+S2大于S3+S4

$X=\frac{S1+S2}{S3+S4}\≈1.58$

(3).根据式(II)的函数f(x)或图2所示的映射图计算第一PP板厚度与第二PP板的厚度比值

$f\left(x\right)=\frac{H1}{H2}\≈1.74$

(4).根据客户要求的印刷电路板的总厚度及式(II)的函数f(x)的值并综合考虑印刷电路板成本后，设计第一PP板选用两层型号为1080的PP板和一层型号为7628，第二PP板选用一层型号为7628的PP板(如图9所示)。

2.根据计算结果进行生产

生产过程与应用实施例1相同。

3.根据IPC-6012B 3.4.3、IPC-A-6002.11及IPC-TM650对该批次产品进行测试，合格率为97％。

Claims (4)

1、一种可抑制翘曲的四层电路板，由四层线路层及半固化板、内层组成，第一线路层与第二线路层之间安装第一半固化板，第三线路层与第四线路层之间安装第二半固化板，第二线路层与第三线路层之间安装内层，其特征在于：第一线路层及第二线路层面积求和的结果与第三线路层及第四线路层面积求和的结果之间的比值、再与第一半固化板及第二半固化板厚度的比值之间的函数关系为式(I)：

$f\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}x+0.204& x\∈\left[\mathrm{1.30,1.48}\right]\\ 0.55x+0.87& x\∈\left[\mathrm{1.48,1.84}\right]\\ & \\ 0.33x+1.275& x\∈\left[\mathrm{1.84,1.90}\right]\\ x& x\∈\mathrm{1.90,2.00}]\end{array}\right.---\left(I\right)$

其中：

X的取值为：

当S1+S2大于S3+S4时，

当S1+S2小于S3+S4时，

S1为第一层线路层面积，

S2为第二层线路层面积，

S3为第三层线路层面积，

S4为第四层线路层面积；

f(x)的取值为：

当S1+S2大于S3+S4时，

当S1+S2小于S3+S4时，

H1表示第一PP板厚度，

H2表示第二PP板厚度。

2、根据权利要求1所述的可抑制翘曲的四层电路板，其特征在于：所述的函数f(x)为式(II)：

$f\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}X+0.204& x\∈\left[\mathrm{1.30,1.48}\right]\\ 0.55x+0.87& x\∈\left[\mathrm{1.48,1.84}\right]\\ 0.33x+1.275& x\∈\left[\mathrm{1.84,1.90}\right]\\ 0.67x+0.63& x\∈\left[\mathrm{1.90,1.93}\right]\\ 1.1x-0.20& x\∈\left[\mathrm{1.93,2.00}\right].\end{array}\right.---\left(\mathrm{II}\right)$

3、根据权利要求1所述的可抑制翘曲的四层电路板，其特征在于：所述的第一层半固化板为1～3层。

4、根据权利要求1所述的可抑制翘曲的四层电路板，其特征在于：所述的第二层半固化板为1～3层。

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