CN1278100C - 印刷电路板的盲孔质量分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种印刷电路板的盲孔质量分析方法，首先输入印刷电路板上激光加工盲孔的设计资料及实际测量数据，并利用该设计资料及测量数据计算出各种统计量。该统计量的表示方式有靶图、孔位偏移分布图、向量图、焊盘面积比分布图及残胶面积比分布图，利用该些图表可显示铜窗信息、焊盘信息或铜窗与焊盘的相对信息。最后藉由这些信息可清楚呈现印刷电路板上激光盲孔的制造质量。

Description

印刷电路板的盲孔质量分析方法

技术领域

本发明涉及一种印刷电路板的盲孔质量分析方法，特别是涉及一种清楚呈现印刷电路板上激光盲孔的加工精度分布状态的方法。

背景技术

印刷电路板是计算机及通信等电子产品的主要元件，为能适应消费市场上轻、薄、短、小的产品特征，在高密度及高可靠性的需求推动下，目前大多数高级印刷电路板已使用盲孔(blind hole或via)及埋孔(buried hole)的技术。该种盲孔及埋孔的印刷电路板，是藉由盲孔将内部几层的布线板与表面的布线连接，不须穿透整个板子而浪费其它层布线板的布局空间，估计可比一般印刷电路板的体积缩小80％。

台湾专利第488,195号揭示一种用于分析印刷电路板上钻孔精度的方法，该方法是用于呈现钻孔刀所加工的导通孔(through hole或via)的制造精度，但对于激光加工所产生的盲孔质量分析或检验则无法完全适用，主要是因为盲孔可能发生的状态较为复杂。图1(a)为一印刷电路板导通孔的剖面图。在上下层附有铜箔12的印刷电路裸板11上，有一导通孔14。利用机器可视测量装置由导通孔14上方撷取图像，会得到亮度明显区别的铜箔区12’及导通孔区14’，如图1(b)所示。

图2(a)～2(h)是激光加工的盲孔的剖面图及机器视觉影像图。图2(a)是一印刷电路板上正常盲孔的剖面图。在上层布线板21及下层布线板23间有一盲孔24a，并在该盲孔24a底部设有一内部铜线路层的焊盘(pad)22。一上铜线路层26设于上层布线板21表面，且该上铜线路层26是利用蚀刻或亚镉激光(YAG laser)在开放端的铜窗27(即上铜线路层26的开窗)形成盲孔24a。由于盲孔24a是由激光(CO₂或亚镉激光)加工制造完成，因此正常的四周孔壁241因能量耗损而形成一圆锥表面。当机器可视测量装置在盲孔24a的开放端上方撷取图像时，焊盘区22a与上铜线路层26的上表面21a呈现较高的亮度，如图2(b)所示。因斜锥面的孔壁241会因光线反射角度及材料影响而呈现一不同亮度或低亮度的环状孔壁区241a。

与图2(a)相比，图2(c)是一激光加工能量不足的盲孔24c的剖面图。该盲孔24c的孔壁242为斜锥角度较大的圆锥表面。因此撷取的图像如2(d)所示，其中环状孔壁区24所占的面积明显变大，而焊盘22则因上层布线板21仍覆盖大部分面积而使焊盘区22c变小，上铜线路层26的上表面21c几乎维持不变。

图2(e)是一激光加工时未垂直于上铜线路层26所产生的盲孔24e的剖面图。很明显，盲孔24e的孔壁243会随着激光歪斜的角度而偏转。如图2(f)所示，在盲孔24e的开放端正上方撷取图像时，孔壁243会因光线反射角度而呈现一下弦月状的孔壁区243e，且焊盘区22e与孔壁区243e构成一椭圆形，该椭圆形外围是上铜线路层26的上表面21e。

当激光加工能量严重不足时，不仅焊盘22外露于盲孔24g的面积变小，甚至会有上层布线板21未被移除的残胶25留在焊盘22上，如图2(g)所示。其撷取的图像如图2(h)所示，除了代表孔壁244的环状孔壁区244g外，有一不规则形状的残胶区25g在焊盘区22g内，在孔壁区241外围是上层布线板21的上表面21g。

由于已知技术无法完全呈现印刷电路板上激光盲孔的上述各种状态的特征，因此无法满足目前产业界的需求。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种印刷电路板的激光盲孔的质量分析方法，显示各种精度表示值之间或与孔位坐标的相互关系，有助于提高激光钻孔工序的能力与质量。

本发明的第二目的是提供一种有效的质量指数，藉此可有效定义并找出激光钻孔所发生的不同缺陷。

为达到上述目的，本发明揭示一种印刷电路板的激光盲孔质量分析方法，其先输入印刷电路板上激光盲孔的设计资料及实际测量数据，并利用该设计资料及测量数据计算出各种统计量。该统计量的表示方式有靶图、孔位偏移分布图、向量图、焊盘面积比分布图及残胶面积比分布图，利用该些图可显示铜窗信息、焊盘信息或铜窗与焊盘的相对信息。最后藉由这些信息可清楚呈现印刷电路板上激光盲孔的加工质量。

附图说明

图1(a)为一已知印刷电路板导通孔的剖面图；

图1(b)是图1(a)导通孔的机器可视图像图；

图2(a)～2(h)是已知激光加工的盲孔的剖面图及机器视觉影像图；

图3是本发明的流程图；

图4(a)～4(c)是本发明分析盲孔状态的机器视觉影像图；

图5是本发明的靶图；

图6是本发明的局部孔位偏移分布图；

图7是本发明的局部向量图；

图8是本发明的焊盘面积比统计；

图9是本发明的残胶面积比统计；

图10(a)～10(d)是本发明适用的盲孔的剖面图及机器可视图像。

图中元件符号说明：

101上层板	102、22焊盘
		103下层板	104a、104b盲孔
1011、1012上层板	1061、1062铜线路层
		1011a、1012a孔壁区	102a、1021a焊盘区
1061a、1062a、12’铜箔区
		11多层布线板
12铜线路层	14导通孔
		14’导通孔区	17铜窗
21上层布线板	21a、21c、21e、21g上表面
		22a、22c、22e、22g焊盘区	23下层布线板

24a、24c、24e、24g盲孔	241、242、243、244孔壁
		241a、242c、243e、244g孔壁区	25残胶
26上铜线路层
		41、41’、41”孔壁区	42、42’、42”焊盘区
43’残胶区	44铜窗

具体实施方式

图3是本发明的流程图。如步骤31所示，将印刷电路板的原始设计数据及成品测量数据输入，例如：设计的理想孔位坐标(X，Y)、测量铜窗的孔位坐标(Xo′，Yo′)、测量的焊盘孔位坐标(Xp_i′，Yp_i′)(i为焊盘个数)、设计的铜窗半径r_o、测量的铜窗半径r_o′、设计的焊盘整合半径r_p、测量的焊盘平均半径r_p′、设计的孔真圆度P、测量铜窗的孔真圆度P′2、测量的焊盘孔真圆度P′3及残胶面积与坐标等数据。接着进行步骤32，利用上述的各项输入资料计算统计资料，例如：孔位的偏差量(ΔX，ΔY)，其中ΔX＝X-Xo′及ΔY＝Y-Yo′；铜窗与焊盘半径偏差量，其分别为Δr_o＝r_o-r_o′及Δr_p＝r_p-r_p′：铜窗及焊盘中心偏差量；铜窗与焊盘中心相对距离等，并可同时计算出各项数值的平均值、标准差、加工准确度(Capability ofaccuracy：Ca)、加工精密度(Capability ofprecision：Cp)以及工序能力指数(Cpk)等相关统计资料。

如步骤33所示，可以选择需要分析及观察项目以显示上述的计算结果，可分别依照步骤331、332及333选择显示铜窗、焊盘或铜窗相对于焊盘等信息。将该选择显示的项目以靶图341、孔位偏移分布图342、向量图343、焊盘面积比分布图344及残胶面积比分布图345表示出来。

图4(a)是一激光盲孔的机器可视图像图例。一焊盘区42在环形孔壁区41内，且孔壁区41的最外围即为铜窗44。该铜窗44的中心点为Co，其半径为r_o′。焊盘区42的中心点为C_P，其半径为r_P′。点Co与C_P的距离为d，其可利用向量 表示点Co到C_P的位移。若d＝0，则表示盲孔是垂直于布线板；反之，则表示盲孔相对于布线板的歪斜程度。

另一种表示偏斜程度的方法，可由焊盘区42边界与铜窗44边界的最小距离d_min与最大距离d_max来表示，如图4(a)所示。连接点Co与C_P的直线与焊盘区42相交于O₁及O₂两点，同时与铜窗44相交于P₁及P₂两点。焊盘区42边界与铜窗44边界的最大距离dmax为点P₁到点O₁的距离，亦即dmax＝P₁O₁；而最小距离dmin为点P₂到点O₂的距离，亦即dmin＝P₂O₂。由该最小距离dmin与最大距离dmax的关系或比值可知道盲孔的偏斜程度。

图4(b)是另一激光盲孔的机器视觉影像图例。一焊盘区42’在环形孔壁区41’内，且孔壁区41’的最外围即为铜窗44’。在焊盘区42’内有若干个残胶区43’。令孔壁区41’、焊盘区42’及残胶区43’的面积分别为A、B及C，可得到下列公式：

或可表示为：

或另可表示为：

或可表示为：

或另可表示为：

当激光盲孔歪斜至孔壁区41”无法包围焊盘区42”时，则需以该两个区域的质心取代圆心来完成上述各项相关计算，如图4(c)所示。

图5是本发明的靶图，图中X轴及Y轴分别代表实际测量值相对于设计值在两个垂直方向上的偏差量。靶图的运用有三种，每一点分别是代表电路板上每一个激光盲孔的铜窗的偏差量、焊盘的偏差量或焊盘相对于铜窗的偏差量，还可以颜色或点的标示方式来区分激光盲孔孔径。因为靶图仅能表示整体盲孔的偏差量分布的情况，无法与盲孔的坐标有相互对应关系，亦即无法得知电路板上位置与偏差量是否有关。因此本发明又提出一孔位偏移分布图，如图6所示，其中每种标示符号及位置表示一激光盲孔在电路板上的位置及偏差量。本发明可利用其它不同的符号区分该盲孔实际测量的偏差量，也可以不同颜色标示该偏差量的范围。

如果不仅需要偏差量的大小，还要能够显示偏移的方向，就可利用一向量图清楚指出局部或全部盲孔在铜窗、焊盘或两者的差的偏移方向及大小是否有一致性。如图7所示为例，每一标示点表示一激光盲孔在电路板上的位置，本发明可利用不同的箭头方向及长度而区分该盲孔实际测量的偏差量及偏差方向。

另外，为能表示所有盲孔的焊盘面积与残胶面积比值的分布情形，在图6或图7中也可以颜色标示该孔的焊盘面积比或残胶面积比的范围。本发明提供一焊盘面积比统计图来表示该统计情形，如图8所示，因焊盘面积比10％～30％的盲孔最多约有2800多个，因此可藉由该统计图来调整激光钻孔的参数或方式。相同地，图9是本发明的残胶面积比统计图，其中横轴表示残胶面积比的范围，纵轴为对应横轴的盲孔数量，因此由此图可清楚得知激光钻孔的所用能量大小是否恰当。

本发明除了能呈现如图2(a)～2(h)中各种盲孔的制造质量，同样还可处理如图10(a)及10(c)不同工序或板材形式的激光盲孔，甚至机钻盲孔。图10(a)是一设于上表层无铜箔的电路板的盲孔的剖面图。在上层板101及下层板103间有一盲孔104a，且有一内部铜线路层的焊盘102设于该盲孔104a底部。又图10(b)是一多层盲孔(terraced stacked via)的剖面图。在下层板103上有两层上层板1011及1012，盲孔104b贯穿上层板1011及1012并形成一阶梯状的孔壁。另各有一铜线路层1061及1062分设于上层板1011及1012的上表面，盲孔104b的底部则为铜箔材料所形成的焊盘102。图10(b)是图10(a)的机械可视图像图，其中上层板区1011a及孔壁区1011b的颜色或色阶相近。反观图2(b)，孔壁区241a及上表面21a的颜色或色阶相差甚远。图10(d)是图10(c)的机械可视图像，与图2(b)相比除了铜箔区1062a、焊盘区102a及孔壁区1011a类似外，又多了焊盘区102a及孔壁区1011a两圈的对象。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请保护范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种印刷电路板的盲孔质量分析方法，其特征在于包含下列步骤：

输入印刷电路板上盲孔的设计资料及实际测量数据；

计算该盲孔的偏差统计量，该偏差统计量包含铜窗信息、焊盘信息、残胶信息及铜窗与焊盘的相对信息；

由该偏差统计量中选择需要显示的信息；

将该信息以图像或图表表示。

2.如权利要求1所述的印刷电路板的盲孔质量分析方法，其特征在于所述铜窗与焊盘的相对信息包含铜窗相对于焊盘的面积比及残胶相对于焊盘面积比。

3.如权利要求1所述的印刷电路板的盲孔质量分析方法，其特征在于所述偏差统计量的指数包括平均值、标准差、制造准确度、制造精密度以及工序能力指数。

4.如权利要求1所述的印刷电路板的盲孔质量分析方法，其特征在于所述图像为靶图、孔位偏移分布图、向量图、焊盘面积比分布图或残胶面积比分布图。

5.如权利要求1所述的印刷电路板的盲孔质量分析方法，其特征在于所述实际测量数据包括孔位坐标、铜窗半径、焊盘半径、孔真圆度及残胶面积。

6.如权利要求1所述的印刷电路板的盲孔质量分析方法，其特征在于所述铜窗与焊盘的相对信息包括该铜窗的中心相对于该焊盘的中心的向量。

7.一种印刷电路板的盲孔质量分析方法，其特征在于其包含下列步骤：

由一机器可视图像得知若干个盲孔的实际坐标；

比较该若干个盲孔的实际坐标与该若干个盲孔的设计资料；

计算该若干个盲孔的孔位偏差量、铜窗与焊盘半径偏差量及铜窗与焊盘中心的相对距离；

计算该若干个盲孔的孔位偏差量的平均值及标准差；

以孔位偏移分布图显示计算的结果。

8.如权利要求7所述的印刷电路板的盲孔质量分析方法，其特征在于其还包含计算该若干个盲孔的孔真圆度及残胶面积的偏差量。

9.如权利要求7所述的印刷电路板的盲孔质量分析方法，其特征在于其还包含以靶图和向量图显示计算的结果。

10.如权利要求8所述的印刷电路板的盲孔质量分析方法，其特征在于其还包含以焊盘面积比统计图或残胶面积比统计图显示计算的结果。

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