CN105488263B - 预测封装基板阻焊后翘曲的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种预测封装基板阻焊后翘曲的方法，属于电路板制造技术领域。该方法包括以下步骤：获取待阻焊封装基板的尺寸、板厚、铜厚、芯板弹性模量、油墨弹性模量、贴装面残铜率、焊锡面残铜率、以及该封装基板贴装面及焊锡面阻焊后的预定阻焊厚度和开窗率；分析封装基板压合产生翘曲的受力情况，建立数学模型；再根据阻焊产生的阻焊收缩力与压合产生的等效力使封装基板产生翘曲的曲率相等，建立曲率与阻焊收缩力之间相互关系的数学模型；将阻焊收缩力参数值带入上述数学模型，通过计算得到阻焊翘曲参数。从而可以在产品制作前给出翘曲预警，提前对翘曲进行设计方面的改善，很好地减少了翘曲问题的产生。
Description
技术领域
本发明涉及电路板制造技术领域，特别是涉及一种预测封装基板阻焊后翘曲的方法。
背景技术
随着IC封装基板的不断发展，产品也向轻、薄、短、小的方向不断发展，但是，随之而来的是产品翘曲问题也越来越严重，细微的翘曲都会造成后续封装产品失效。并且客户对于基板的翘曲要求也是越来越高，一般客户的要求为翘曲度≤0.5％，但在实际生产过程中，翘曲度不符合要求的问题出现的比例较高，翘曲问题已经成为了生产中的重大品质问题，亟待解决。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种预测封装基板阻焊后翘曲的方法，采用该方法，可以在产品制作前给出翘曲预警，提前对翘曲进行设计方面的改善，很好地减少了翘曲问题的产生。
一种预测封装基板阻焊后翘曲的方法，包括以下步骤：
获取待阻焊封装基板的尺寸、板厚、铜厚、芯板弹性模量、油墨弹性模量、贴装面残铜率、焊锡面残铜率、以及该封装基板贴装面及焊锡面阻焊后的预定阻焊厚度和开窗率；
分析封装基板压合产生翘曲的受力情况，建立曲率与压合产生等效力之间相互关系的数学模型；再根据阻焊产生的阻焊收缩力与压合产生的等效力使封装基板产生翘曲的曲率相等，建立曲率与阻焊收缩力之间相互关系的数学模型；
获取阻焊收缩力参数值，带入上述曲率与阻焊收缩力之间相互关系的数学模型，通过计算得到阻焊翘曲参数。
本发明人在长期一线实践经验的基础上，经过分析后认为，影响封装基板阻焊后翘曲的主要因素有产品尺寸，板材铜厚，板材厚度、残铜率、阻焊开窗率和阻焊厚度等。并在上述研究基础上，反复考察各因素对翘曲的影响程度、方式后，本发明人提出了一种预测封装基板阻焊后翘曲的方法，该方法通过对封装基板的阻焊过程进行力学分析，建立数学模型，并利用数学模型进行计算，能够得到阻焊翘曲参数，对封装基板阻焊后的翘曲进行预测。
在其中一个实施例中，所述阻焊翘曲参数包括翘曲高度、翘曲最大值和翘曲度。可根据实际情况，以不同的翘曲参数来预测、反映翘曲的程度。
在其中一个实施例中，所述翘曲高度的计算方法为：
其中：m为封装基板的翘曲高度；
L为封装基板的长边长；
FSR为阻焊收缩力；
hSR1为封装基板贴装面阻焊后的预定阻焊厚度；
hSR2为封装基板焊锡面阻焊后的预定阻焊厚度；
yCS为封装基板贴装面阻焊后的预定开窗率；
ySS为封装基板焊锡面阻焊后的预定开窗率；
ESR为油墨弹性模量；
a为封装基板的短边长；
E为芯板弹性模量；
h为封装基板的板厚；
h铜为封装基板的铜厚；
XCS为贴装面残铜率；
XSS为焊锡面残铜率。
在其中一个实施例中，所述曲率与压合产生等效力之间相互关系的数学模型为：
其中：K为曲率；
R为曲率半径；
θ为封装基板翘曲的角度；
L为封装基板的长边长；
M为使封装基板产生翘曲的力矩；
E为芯板弹性模量；
a为封装基板的短边长；
h为封装基板的板厚。
在其中一个实施例中，所述曲率与阻焊收缩力之间相互关系的数学模型为：
其中：FSR为阻焊收缩力；
m为封装基板的翘曲高度；
L为封装基板的长边长；
ESR为油墨弹性模量；
a为封装基板的短边长；
hSR1为封装基板贴装面阻焊后的预定阻焊厚度；
hSR2为封装基板焊锡面阻焊后的预定阻焊厚度；
E为芯板弹性模量；
h为封装基板的板厚；
h铜为封装基板的铜厚；
XCS为贴装面残铜率；
XSS为焊锡面残铜率；
yCS为封装基板贴装面阻焊后的预定开窗率；
ySS为封装基板焊锡面阻焊后的预定开窗率。
在其中一个实施例中，所述阻焊收缩力参数值的获取方法为：预先通过对不同油墨类型、不同油墨厚度的板材进行测试，得到不同条件下的翘曲高度m，带入上述阻焊收缩力的计算表达式，拟合出不同条件下所对应的阻焊收缩力，建立数据库，根据具体条件调用该数据库，得到所需阻焊收缩力参数值。通过建立参数数据库，便于数据的利用。并且，通过上述实际生产的修正，能够提高预测准确性。
在其中一个实施例中，所述封装基板为一层芯板压合的封装基板。该方法特别适合于一层芯板压合的封装基板，预测准确率可达80％以上。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的一种预测封装基板阻焊后翘曲的方法，通过对封装基板的阻焊过程进行力学分析，建立数学模型，并利用数学模型进行计算，能够预测得到阻焊翘曲参数，对封装基板阻焊后的翘曲进行预测。从而可以在产品制作前给出翘曲预警，提前对翘曲进行设计方面的改善，很好地减少了翘曲问题的产生。
并且，该方法还通过生产实际数据对模型进行了优化，并建立参数数据库，在阻焊翘曲预测中，只要获取相应的产品信息即可算出该产品在阻焊后的翘曲情况。该方法首次采用模型推导加实际生产修正的模式建立了封装基板阻焊后翘曲预测系统，能够在产品制作前提前预警，提早预防风险，并提前进行相应的改善。针对常规型号板材，该方法的预测准确度可以达到80％以上。
附图说明
图1为实施例1中对封装基板阻焊油墨收缩的受力分析示意图。
图2为实施例1中对封装基板阻焊翘曲进行的受力分析示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
一种预测封装基板阻焊后翘曲的方法，通过以下步骤建立：
影响封装基板阻焊后翘曲的主要因素有以下六个方面：产品尺寸，板材铜厚，板材厚度、残铜率、阻焊开窗率和阻焊厚度。
对阻焊翘曲进行受力，分析示意图如图1所示，两面阻焊由于开窗率不一样，导致CS和SS面油墨含量不一致，在阻焊油墨固化过程中，油墨含量较高的一面产生的收缩力大于含量较低的一面，破坏了原有平衡状态，直至弯曲到一定程度重新达到平衡，如图2所示。
参考图2，有几何关系可得：
其中：θ为封装基板翘曲的角度；m为封装基板的翘曲高度；L为封装基板的长边长；
应力f的表达式为：
其中：E为芯板弹性模量；σ为应变；ΔL为如图2所示的上表面与中性面的差值；y为以中性面为X轴建立坐标系后的Y轴数值(取值是h，表达为h的变量，即封装基板的板厚)
其中：S为基板的面积；a为封装基板的短边长；
由上可得力矩表达式为：
其中：M为使封装基板产生翘曲的力矩；
积分求解可得：
根据几何关系可得其曲率关系式，如下所示：
其中：K为曲率；
R为曲率半径；
θ为封装基板翘曲的角度；
L为封装基板的长边长；
M为使封装基板产生翘曲的力矩；
E为芯板弹性模量；
a为封装基板的短边长；
h为封装基板的板厚。
对于CS面(贴装面)阻焊层SR1，根据上述曲率公式可得：
对于SS面(焊锡面)阻焊层SR2，根据上述曲率公式可得：
对于芯板，根据上述曲率公式可得：
由于整个strip翘曲值是固定的，即曲率固定，可得以上三者的曲率相等：
K1＝K2＝K3
由力矩共同作用下曲率相等的关系可得阻焊收缩力表达式：
其中：FSR为阻焊收缩力；
m为封装基板的翘曲高度；
ESR为油墨弹性模量；
hSR1为封装基板贴装面阻焊后的预定阻焊厚度；
hSR2为封装基板焊锡面阻焊后的预定阻焊厚度；
h铜为封装基板的铜厚；
XCS为贴装面残铜率；
XSS为焊锡面残铜率；
yCS为封装基板贴装面阻焊后的预定开窗率；
ySS为封装基板焊锡面阻焊后的预定开窗率。
预先通过对不同油墨类型、不同油墨厚度的板材进行测试，得到不同条件下的翘曲高度m，带入此公式，拟合出不同条件下所对应的阻焊收缩力，建立阻焊收缩力数据库。
根据阻焊翘曲表达式可得到相应的阻焊翘曲高度，如下式所示：
式中L、FSR、hSR1、hSR2、yCS、ySS、ESR、a、E、h、h铜、XCS、XSS均为已知量,L、a和h为封装基板的尺寸和厚度，hSR1、hSR2、yCS、ySS、XCS、XSS、h铜可根据线路板设计得出，E、ESR可根据所用芯板型号和阻焊油墨类型查询得到，FSR由上述数据库调用得到。
将上述参数带入阻焊翘曲高度的计算公式中，即可预测得出阻焊后封装基板的翘曲高度。可以理解的，计算过程可通过上式直接计算，或以Excel等通用软件辅助计算，或设计专用程序及软件，简单的通过选择和输入相应的产品信息，就可直接快速得到预测值。
实施例2
一种预测封装基板阻焊后翘曲的方法，利用实施例1中的阻焊翘曲高度公式在生产前预测不同封装基板的翘曲情况，结果如下表所示。
表1.封装基板阻焊后翘曲情况的预测
并抽取上述经预测的封装基板实际生产后的产品，实测其翘曲情况，与预测值进行比较，结果如表2所示。
表2.预测值与实测值的比较
| 序号 | 预测值 | 实测平均值(n＝4) |
| 1 | 0.67 | 0.83 |
| 2 | 0.59 | 0.79 |
| 3 | 3.19 | 2.79 |
| 4 | 0.2 | 0.53 |
| 5 | 0.26 | 0.42 |
| 6 | 0 | 0.33 |
| 7 | 0.13 | 0.31 |
| 8 | 0.52 | 0.48 |
| 9 | 0.25 | 0.61 |
| 10 | 0.08 | 0.20 |
通过上述实测比较，我们可以看出，本发明的预测方法，准确度较高，能够准确的预测封装基板阻焊后的翘曲情况，从而能够在产品制作前提前预警，提早预防风险，并提前进行相应的改善。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种预测封装基板阻焊后翘曲的方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取待阻焊封装基板的尺寸、板厚、铜厚、芯板弹性模量、油墨弹性模量、贴装面残铜率、焊锡面残铜率、以及该封装基板贴装面及焊锡面阻焊后的预定阻焊厚度和开窗率；
分析封装基板压合产生翘曲的受力情况，建立曲率与压合产生等效力之间相互关系的数学模型；再根据阻焊产生的阻焊收缩力与压合产生的等效力使封装基板产生翘曲的曲率相等，建立曲率与阻焊收缩力之间相互关系的数学模型；
所述曲率与压合产生等效力之间相互关系的数学模型为：
其中：K为曲率；
R为曲率半径；
θ为封装基板翘曲的角度；
L为封装基板的长边长；
M为使封装基板产生翘曲的力矩；
E为芯板弹性模量；
a为封装基板的短边长；
h为封装基板的板厚；
所述曲率与阻焊收缩力之间相互关系的数学模型为：
其中：FSR为阻焊收缩力；
m为封装基板的翘曲高度；
L为封装基板的长边长；
ESR为油墨弹性模量；
a为封装基板的短边长；
hSR1为封装基板贴装面阻焊后的预定阻焊厚度；
hSR2为封装基板焊锡面阻焊后的预定阻焊厚度；
E为芯板弹性模量；
h为封装基板的板厚；
h铜为封装基板的铜厚；
XCS为贴装面残铜率；
XSS为焊锡面残铜率；
yCS为封装基板贴装面阻焊后的预定开窗率；
ySS为封装基板焊锡面阻焊后的预定开窗率；
获取阻焊收缩力参数值，带入上述曲率与阻焊收缩力之间相互关系的数学模型，通过计算得到阻焊翘曲参数。
2.根据权利要求1所述的预测封装基板阻焊后翘曲的方法，其特征在于，所述阻焊翘曲参数包括翘曲高度、翘曲最大值和翘曲度。
3.根据权利要求2所述的预测封装基板阻焊后翘曲的方法，其特征在于，所述翘曲高度的计算方法为：
其中：m为封装基板的翘曲高度；
L为封装基板的长边长；
FSR为阻焊收缩力；
hSR1为封装基板贴装面阻焊后的预定阻焊厚度；
hSR2为封装基板焊锡面阻焊后的预定阻焊厚度；
yCS为封装基板贴装面阻焊后的预定开窗率；
ySS为封装基板焊锡面阻焊后的预定开窗率；
ESR为油墨弹性模量；
a为封装基板的短边长；
E为芯板弹性模量；
h为封装基板的板厚；
h铜为封装基板的铜厚；
XCS为贴装面残铜率；
XSS为焊锡面残铜率。
4.根据权利要求1至3任一项所述的预测封装基板阻焊后翘曲的方法，其特征在于，所述阻焊收缩力参数值的获取方法为：预先通过对不同油墨类型、不同油墨厚度的板材进行测试，得到不同条件下的翘曲高度m，带入权利要求1中阻焊收缩力的计算表达式，拟合出不同条件下所对应的阻焊收缩力，建立数据库，根据具体条件调用该数据库，得到所需阻焊收缩力参数值。
5.根据权利要求1-3任一项所述的预测封装基板阻焊后翘曲的方法，其特征在于，所述封装基板为一层芯板压合的封装基板。
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Legal Events
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Application publication date: 20160413 Assignee: Guangzhou Kaide Finance Leasing Co.,Ltd. Assignor: SHENZHEN FASTPRINT CIRCUIT TECH Co.,Ltd.|GUANGZHOU FASTPRINT CIRCUIT TECH Co.,Ltd.|YIXING SILICON VALLEY ELECTRONICS TECH Co.,Ltd.|GUANGZHOU XINGSEN ELECTRONIC Co.,Ltd. Contract record no.: 2019990000235 Denomination of invention: Method for predicting warpage of package substrate subjected to resistance welding Granted publication date: 20181019 License type: Exclusive License Record date: 20190716 |
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Denomination of invention: Method for predicting warpage of package substrate subjected to resistance welding Effective date of registration: 20190807 Granted publication date: 20181019 Pledgee: Guangzhou Kaide Finance Leasing Co.,Ltd. Pledgor: GUANGZHOU FASTPRINT CIRCUIT TECH Co.,Ltd.|SHENZHEN FASTPRINT CIRCUIT TECH Co.,Ltd.|YIXING SILICON VALLEY ELECTRONICS TECH Co.,Ltd. Registration number: Y2019990000032 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Assignee: Guangzhou Kaide Finance Leasing Co.,Ltd. Assignor: GUANGZHOU FASTPRINT CIRCUIT TECH Co.,Ltd.|SHENZHEN FASTPRINT CIRCUIT TECH Co.,Ltd.|YIXING SILICON VALLEY ELECTRONICS TECH Co.,Ltd.|GUANGZHOU XINGSEN ELECTRONIC Co.,Ltd. Contract record no.: 2019990000235 Date of cancellation: 20220922 |
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| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract | ||
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Date of cancellation: 20220922 Granted publication date: 20181019 Pledgee: Guangzhou Kaide Finance Leasing Co.,Ltd. Pledgor: GUANGZHOU FASTPRINT CIRCUIT TECH Co.,Ltd.|SHENZHEN FASTPRINT CIRCUIT TECH Co.,Ltd.|YIXING SILICON VALLEY ELECTRONICS TECH Co.,Ltd. Registration number: Y2019990000032 |
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