Мировой лидер среди поставщиков интегрированных решений совмещения и контроля для производства печатных плат Решение задач совмещения и контроля в производстве печатных плат Moscow Technical Conference – Июнь 2014 Докладчик - Dominic Millett Почему Xact ? • Специалисты Xact имеют богатый многолетний опыт в области разработки и производства печатных плат • Промышленный лидер с непревзойденной квалификацией в области контроля и прогнозирования процесса совмещения при производстве печатных плат Рассовмещение при производстве ПП Это комплексная проблема, обусловленная возникновением деформаций, вызванных следующими факторами: – материалы (базовые материалы, препрег, фольга и т.д.) – процессы (прессование, гальваническое осаждение, механическая зачистка щетками и т.д.) – условия окружающей среды (температура, влажность и т.д.) – структура (топология, конструкция и т.д.) Что является причиной смещения материала? Материалами, используемыми для производства печатных плат, являются композиты. Препрег и стеклотекстолит, как правило, изготовлены из переплетенных нитей стекловолокна и потому имеют характерные направления основы(grain) и утка(fill). Материалы основы ПП • • • Главным материалом основы ПП является стекловолокно. Ткань, полученная в результате переплетения нитей стекловолокна, используется для производства ламината и препрега и имеет различное натяжение в направлении основы (grain) и утка (fill). Последующие напряжения вызваны тем, что материал изготавливается из длинных рулонов стекловолокна. В процессе производства препрега и ламината материал в направлении основы (grain) остается под напряжением. Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Ламинат с гальванически осажденной медью Причины возникновения деформаций Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Нанесение фоторезиста Причины возникновения деформаций Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон Экспонирование Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений травлением Травление Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений травлением Совмещение после травления Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений травлением Сборка пакета Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений травлением 3. Смещение материала Прессование Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений травлением 3. Смещение материала Рентгеновский или оптический анализ положения слоев (4 угла, 2 оси измерений) Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений травлением 3. Смещение материала Сверление Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений травлением 3. Смещение материала 4. Поглощение влаги Химическое и электролитическое осаждение меди Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений травлением 3. Смещение материала 4. Поглощение влаги 5. Смещение материала (опять) Заполнение переходных отверстий и механическая зачистка щетками Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений травлением 3. Смещение материала 4. Поглощение влаги 5. Смещение материала (опять) 6. Фотошаблон (опять) Экспонирование Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений травлением 3. Смещение материала 4. Поглощение влаги 5. Смещение материала (опять) 6. Фотошаблон (опять) 7. Снятие внутренних напряжений (опять) Проявление, травление и удаление резиста Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений травлением 3. Смещение материала 4. Поглощение влаги 5. Смещение материала (опять) 6. Фотошаблон 7. Снятие внутренних напряжений (опять) Последовательная сборка пакета Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений травлением 3. Смещение материала 4. Поглощение влаги 5. Смещение материала (опять) 6. Фотошаблон 7. Снятие внутренних напряжений травлением (опять) 8. Смещение материала (опять) Прессование пакета Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений травлением 3. Смещение материала 4. Поглощение влаги 5. Смещение материала (опять) 6. Фотошаблон 7. Снятие внутренних напряжений травлением (опять) 8. Смещение материала (опять) Рентгеновский или оптический анализ положения слоев (4 угла, 2 оси измерений) Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений травлением 3. Смещение материала 4. Поглощение влаги 5. Смещение материала (опять) 6. Фотошаблон 7. Снятие внутренних напряжений травлением (опять) 8. Смещение материала (опять) Механическое и лазерное сверление Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Электролитическое осаждение меди Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений травлением 3. Смещение материала 4. Поглощение влаги 5. Смещение материала (опять) 6. Фотошаблон 7. Снятие внутренних напряжений травлением (опять) 8. Смещение материала (опять) 9. Поглощение влаги (опять) Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Нанесение рисунка внешних слоев (LDI) Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений травлением 3. Смещение материала 4. Поглощение влаги 5. Смещение материала (опять) 6. Фотошаблон 7. Снятие внутренних напряжений травлением (опять) 8. Смещение материала (опять) 9. Поглощение влаги (опять) Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Электролитическое осаждение меди (вкл. заполнение переходных отверстий ) Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений травлением 3. Смещение материала 4. Поглощение влаги 5. Смещение материала (опять) 6. Фотошаблон 7. Снятие внутренних напряжений травлением (опять) 8. Смещение материала (опять) 9. Поглощение влаги (опять) Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Травление Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений травлением 3. Смещение материала 4. Поглощение влаги 5. Смещение материала (опять) 6. Фотошаблон 7. Снятие внутренних напряжений травлением (опять) 8. Смещение материала (опять) 9. Поглощение влаги (опять) 10. Снятие внутренних напряжений травлением (опять) Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Нанесение защитной паяльной маски Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений травлением 3. Смещение материала 4. Поглощение влаги 5. Смещение материала (опять) 6. Фотошаблон 7. Снятие внутренних напряжений травлением (опять) 8. Смещение материала (опять) 9. Поглощение влаги (опять) 10. Снятие внутренних напряжений травлением (опять) Причины возникновения деформаций PCB Процесс Manufacture изготовления ПП Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие напряжений напряжений травлением 3. Смещение материала 4. Поглощение влаги 5. Смещение материала (опять) 6. Фотошаблон 7. Снятие напряжений (опять) напряжений травлением (опять) Экспонирование защитной паяльной маски 8. Смещение материала (опять) 9. Поглощение влаги (опять) 10. Снятие напряжений (опять) напряжений травлением (опять) 11.Фотошаблон (опять) Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие напряжений напряжений травлением 3. Смещение материала 4. Поглощение влаги 5. Смещение материала (опять) 6. Фотошаблон 7. Снятие напряжений (опять) напряжений травлением (опять) Проявление, УФ- и термоотверждение 8. Смещение материала (опять) 9. Поглощение влаги (опять) 10. Снятие напряжений (опять) напряжений травлением (опять) 11.Фотошаблон (опять) 12. Снятие внутренних напряжений Причины возникновения деформаций Процесс изготовления ПП Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие напряжений напряжений травлением 3. Смещение материала 4. Поглощение влаги 5. Смещение материала (опять) 6. Фотошаблон 7. Снятие напряжений (опять) Финишные покрытия напряжений травлением (опять) Маркировка 8. Смещение материала (опять) 9. Поглощение влаги (опять) 10. Снятие напряжений (опять) напряжений травлением (опять) Нарезка на заготовки 11.Фотошаблон (опять) 12. Снятие внутренних напряжений Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений при травлении 3. Смещение материала 4. Поглощение влаги 5. Смещение материала 6. Фотошаблон (опять) 7. Снятие внутренних напряжений при травлении 8. Смещение материала 9. Поглощение влаги 10. Снятие внутренних напряжений при травлении 11. Фотошаблон (опять) 12. Снятие внутренних напряжений при травлении Деформация возникает при разработке фотошаблона Насколько точной является калибровка плоттера? Каким образом осуществляется контроль температуры и влажности? Деформация возникает в процессе использования фотошаблона Для фотошаблонов характерна нелинейная деформация при изменении температуры и влажности При использовании фотошаблонов характерной является механическая деформация Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений при травлении 3. Смещение материала 4. Поглощение влаги 5. Смещение материала 6. Фотошаблон (опять) 7. Снятие внутренних напряжений при травлении 8. Смещение материала 9. Поглощение влаги 10. Снятие внутренних напряжений при травлении 11. Фотошаблон (опять) 12. Снятие внутренних напряжений при травлении Растяжение Усадка Нелинейная деформация Ромбическая деформация Проблемы, характерные для фотошаблона Ошибка до 50 микрон Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений при травлении 3. Смещение материала 4. Поглощение влаги 5. Смещение материала 6. Фотошаблон (опять) 7. Снятие внутренних напряжений при травлении 8. Смещение материала 9. Поглощение влаги 10. Снятие внутренних напряжений при травлении 11. Фотошаблон (опять) 12. Снятие внутренних напряжений при травлении Снятие меди уменьшает жесткость заготовок и обеспечивает снятие внутренних напряжений, накопленных внутри заготовки в процессе ее изготовления. С сигнальных слоев удаляют до 90% и более стабилизирующей меди. Для тонких слоев характерно большее смещение материала. Смещение материала является нелинейным. Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений при травлении 3. Смещение материала 4. Поглощение влаги 5. Смещение материала 6. Фотошаблон (опять) 7. Снятие внутренних напряжений при травлении 8. Смещение материала 9. Поглощение влаги 10. Снятие внутренних напряжений при травлении 11. Фотошаблон (опять) 12. Снятие внутренних напряжений при травлении Снятие внутренних напряжений при травлении 0.1мм слой – сигнальный/сигнальный Перед травлением После травления 150 микрон усадка! Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений при травлении 3. Смещение материала 4. Поглощение влаги 5. Смещение материала 6. Фотошаблон (опять) 7. Снятие внутренних напряжений при травлении 8. Смещение материала 9. Поглощение влаги 10. Снятие внутренних напряжений при травлении 11. Фотошаблон (опять) 12. Снятие внутренних напряжений при травлении Смещение материала в процессе прессования определяется следующими факторами: Тип препрега Толщина слоя Тип смолы Поставляемый материал Цикл прессования Распределение меди Как правило, 50 – 600 микрон на 610мм заготовке Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений при травлении 3. Смещение материала 4. Поглощение влаги 5. Смещение материала 6. Фотошаблон (опять) 7. Снятие внутренних напряжений при травлении 8. Смещение материала 9. Поглощение влаги 10. Снятие внутренних напряжений при травлении 11. Фотошаблон (опять) 12. Снятие внутренних напряжений при травлении Влияние препрега 100 микроный слой Основа (Grain) Масштаб Glass Style Уток (Fill) Масштаб Стеклоткань Причины возникновения деформаций 1. Фотошаблон 2. Снятие внутренних напряжений при травлении 3. Смещение материала 4. Поглощение влаги 5. Смещение материала 6. Фотошаблон (опять) 7. Снятие внутренних напряжений при травлении 8. Смещение материала 9. Поглощение влаги 10. Снятие внутренних напряжений при травлении 11. Фотошаблон (опять) 12. Снятие внутренних напряжений при травлении В процессе электролиза происходит поглощение влаги ламинатом. Области вокруг просверленных отверстий больше подвержены поглощению влаги и потому более подвержены деформации. Так как материал стабилизируется – влага равномерно распределяется по всей заготовке. Увеличение 610мм заготовок до 150 микрон Причины возникновения деформаций • Все производители ПП знакомы с негативными последствиями деформаций. • Влияние на совмещение оказывает технология производства продукции: – – – – Количество слоев Материалы Размер компонента/плотность Повышение сложности сборки пакета (HDI / SBU) Вызов: совмещение и контроль в производстве печатных плат Проблема совмещения Промахнулся … ОПЯТЬ! CAM Процесс Есть способ получше… Проблема совмещения Требования vs Возможности Медь Катанная, электроосажденная и т.д. Смола Система смол, содержание, наполнители, вязкость, Время желеобразования, Температура стеклования и т.д. 150um 150um Стекло Поставщик, скручивание, core структура и т.д. Влияние процессов Штифты, фиксаторы, итп. Инструменты Температура, влажность Условия окр. среды Электроосаждение, Травление и т.д. Химия PEP, пресс, сверлениеи т.д. Оборудование Материал пленки и т.д. Уровень подготовки и вероятность ошибки Фотошаблон 150um Человеческий фактор Разнообразие материалов Требования к конструкции Проблема совмещения Требования vs Возможности Медь Катанная, электроосажденная и т.д. Смола Система смол, содержание, наполнители, вязкость, Время желеобразования, Температура стеклования и т.д. 170um 50um 100um 75um 150um Базирование Условия окр. среды Электроосаждение, Травление и т.д. Химия PEP, пресс, сверла и т.д. Оборудование Материал пленки и т.д. Уровень подготовки и вероятность ошибки Фотошаблон 150um Влияние процессов Штифты, зажимы итп Поставщик, скручивание, core структура и т.д. Температура, влажность Стекло Человеческий фактор Разнообразие материалов Требования к конструкции Проблема совмещения • Новые материалы – Отсутствие опыта их использования в производстве • Рост плотности продукта – Меньше допуски совмещения на процесс • Последовательная сборка пакета – Больше процессов для совмещения • Сжатые сроки и малые партии – Нет возможности производить опытные партии – Продукт должен быть изготовлен незамедлительно Проблема совмещения Но прямое экспонирование и лазерное сверление позволяют выполнять автоматическое совмещение и компенсацию. Это преимущество – не так ли?? Зависит от того, что именно требуется совместить… Проблема совмещения Если внутренние слои имеют номинальные размеры… Номинальный размер То всё в порядке Проблема совмещения Если существует равномерная ошибка во внутренних слоях… придется иметь дело с этой проблемой! Фактический размер Номинальный размер То все процессы будут сопровождаться ошибкой и Вашему клиенту Проблема совмещения Но если существуют различные масштабные погрешности во внутренних слоях.. Фактический размер Номинальный размер ?? LDI и лазерное сверление не могут обеспечить точное совмещение внутренних слоев. Проблема совмещения • Только представьте себе потенциальный результат последовательной сборки пакета Решение этой проблемы становится действительно серьезным вызовом Решение задач совмещения и контроля в производстве печатных плат Решение задач совмещения и контроля до появления Xact • Опытные партии изделий • Анализ шлифов • Таблица поиска (look-up tables) коэффициентов масштабирования • Рентгеновские и оптические системы анализа • Координатные измерительные машины Всё это привело к … …большому количеству данных, но с ограниченным пониманием и возможностью анализа Источники данных разнообразны….. ПРЕ-CAM - Данные о материале - Данные о конструкции CAM - CAM/Данные разработчика ПРОЦЕСС - Результаты измерений - Процесс/Данные о выпуске продукции Подход XACT Превратите все данные в знания… Xact – это простое в применении решение для комплексных проблем производства. Ключевой характеристикой системы является “Интеллектуальный прогноз” Базовые материалы Снятие напряжений Процесс Стеклоткань Масштабные коэффициенты Смола Конструкция меди Профиль Нагревательный прессования профиль GEMINI X Цикл Gemini-X Измерение © XACT PCB - Gemini X Linear Прогноз Оптимизация Цикл Gemini-X Измерение Оптимизация Обратная связь данных масштабирования и оптимизации Gemini-X Prediction Engine позволяют улучшить точность прогноза. Прогноз Коэффициенты масштабирования прогнозируются системой Gemini-X с учетом последних данных. © XACT PCB - Gemini X Linear Измерение внутренних слоев выполняется ПЕРЕД процессом сверления. Масштаб сверления рассчитывается заранее с целью незамедлительного улучшения качества (выхода годных). Цикл Gemini-X Новый продукт Модуль сборки пакета Gemini Linear+ Производство внутренних слоев Разработка фотошаблона Прессование Анализ измерений Измерения База данных © XACT PCB - Gemini X Linear Прогнозирование масштабных коэффициентов Цикл Gemini-X Новый продукт Модуль сборки пакета Gemini Linear+ Производство внутренних слоев Разработка фотошаблона Прессование Измерения Анализ измерений База данных © XACT PCB - Gemini X Linear Прогнозирование масштабных коэффициентов Цикл Gemini-X Новый продукт Модуль сборки пакета Predictive Model Gemini-X Изготовление внутренних слоев Разработка фотошаблона База данных Прессование Измерение Анализ измерений Дальнейшее изготовление Оптимизация © XACT PCB - Gemini X Linear Прогнозирование масштабных коэффициентов Цикл Gemini-X Новый номер компонента Модель сборки пакета Predictive Model Gemini-X Данные о сборке пакета Изготовление внутренних слоев База данных Разработка фотошаблона Прессование Измерение Анализ измерений Дальнейшее изготовление Оптимизация инструмента База данных © XACT PCB - Gemini X Linear Прогнозирование масштабных коэффициентов Цикл Gemini-X Новый продукт Модуль сборки пакета Изготовление внутренних слоёв Данные о пакете Разработка фотошаблона База данных Прессование Измерение Анализ измерений Дальнейшее изготовление Оптимизация базирования Результаты © XACT PCB - Gemini X Linear Прогнозирование масштабных коэффициентов Gemini-X Цикл Gemini-X Новый продукт Модуль сборки пакета Изготовление внутренних слоёв Данные о пакете Разработка фотошаблона База данных Прессование Измерение Анализ измерений Дальнейшее изготовление Оптимизация базирования Результаты © XACT PCB - Gemini X Linear Прогнозирование масштабных коэффициентов Gemini-X Цикл Gemini-X Новый продукт Прогнозирование масштабных коэффициентов Изготовление Внутренних слоев Данные о пакете Разработка фотошаблона PredictiveLinear+ Model Gemini ОПТИМИЗАЦИЯ Database Прессование Измерение Дальнейшее изготовление ИЗМЕРЕНИЕ Measurement Analysis Оптимизация базирования Результаты © XACT PCB - Gemini X Linear ПРОГНОЗ Stack-Up Module Большинство рентгеновских и оптических систем анализа рассчитывают оптимальное положение на основании измерения стопки меток. Допуски и зазоры каждого отдельного слоя игнорируются. Порой учитывается всего одна ось! Подход XACT – современная и уникальная «best fit» оптимизация сверления на основе данных, полученных в результате измерений (по обеим осям) каждого слоя, а не только стопок меток, с функцией учета реального гарантийного пояска и данных по сверлению до меди для каждого слоя. © XACT PCB - Gemini X Linear Характеристики измерительного анализа Интеграция Беспрепятственная интеграция XACT и стандартные промышленные системы CAM Пре CAM - CAM/ КД - Данные о материалах «Умное производство» и деловая информация/принятие решений - Данные о конструкции Процесс - Данные, полученные В результате измерений - Данные о процессах и производстве Получение операторами и инженерами отчета в реальном времени благодаря современным инструментам анализа Серийное производство • Отслеживание: – – – – Ошибки при масштабировании Ошибки смещения Ошибки поворота Общие ошибки позиционирования • Сортировка: – По дате – По продукту – По количеству слоев Серийное производство Глубокий анализ и подведение итогов позволяет определить ошибки совмещения, полученные за месяц, неделю, партию или заготовку: • Глобальные ошибки позиционирования • Смещение слоя • Поворот слоя • Ошибка масштабирования слоя Серийное производство Сортировка данных по: • Изделию • Заказчику • Количеству слоев • Дате/времени Материалы и процессы Сортировка данных по: • Изделию • Клиенту • Количеству слоев • Дате/времени • Конструкции • Материалу • Процессу • Технологии И больше… Данные 3D анализа и виртуальные шлифы Проблемы выполнения шлифового анализа Взятие шлифа является разрушающим процессом • Совмещение показано на заготовке, которая не будет использована для клиентов изготовителя • При любом расположении шлифа совмещение показано только по одной оси • Возникают дополнительные затраты как у изготовителя ПП, так и у его клиента • Анализ шлифов не дает возможности определить причины проблем совмещения Стандартный вид результатов измерений Данные 3D анализа и шлифов Секущая плоскость по оси х Секущая плоскость по оси Y в той же позиции Стандартный вид результатов измерений Данные 3D анализа и шлифов Выбран верхний правый угол Выбор по оси Х не демонстрирует разрыва Выбор в той же позиции по оси Y показывает разрыв! Данные 3D анализа и шлифов Преимущества виртуальных шлифов Процесс не является разрушающим • Совмещение может выполняться и быть показано с различных позиций каждой заготовки / платы, используемой клиентом • Совмещение может выполняться и быть показано в любом направлении осей любой области • Не требует дополнительных затрат от изготовителя ПП или его клиента – данные получены при использовании оборудования, имеющегося в наличии • Благодаря данным, полученным в результате измерений, можно определить ошибки масштабирования, смещения, поворота и искривления для выявления основных причин. Преимущества от использования XACT • Мгновенное улучшение выхода годных и повышение качества выпускаемой продукции • Повышение окупаемости инвестиций • Сокращение времени производства • Максимизация прибыли • Повышение технических показателей – – – – Гарантийный поясок Число слоев Плотность Размер заготовок • Повышение надежности продукции Осваивайте новые технологии для выживания… Спасибо за внимание!