PCB高密度化、細線化、小型化是技術發展的永恒主題，模塊化三維立體組裝可以節省更多的裝配空間也更有利于產品的后期維護。按照通信行業的預期，5G（第五代移動通信系統，簡稱5G）的傳輸速率將要達到1Gb／s以上，金具有非常優良的信號傳輸性能和電接性觸能，制作的產品不僅表面平整、抗氧化能力強、而且具有耐磨、硬度高的特性，即使拔插上千次也不會在表面留有劃痕，是制作5G金手指插頭的首選材料。作為板件與結構件之間連接的橋梁，金手指插頭部位不僅要傳輸高速數據信號還要承擔電源引腳的功能。因此，設備制造商對金手指插頭部位外形尺寸的精度要求就十分嚴格，通常要求為±0．05mm，是外形常規公差±0．1mm的2倍。此位置外形尺寸偏大或偏小均會導致金手指插頭與卡槽線路連接錯位，輕則電源引腳與信號引腳錯位短路燒壞板卡及設備，嚴重的可能引起火災等不可預估的后果。 現狀 PCB金手指插頭產品的加工通常采用多種復合材料混壓、背鉆、樹脂塞孔、盲埋孔、圖電金等特種工藝。不同材料厚度、層間盲埋孔、背鉆孔都會像釘子一樣鑲嵌在板內各材料之間限制漲縮導致板子變形，非對稱結構的產品流程更復雜，制作難度更大，變形則更加嚴重。PCB弓曲變形將導致元件（特別是芯片）焊點時虛焊甚至報廢，另外板子變形也會影響到焊接后的板件與結構件之間的連接與安裝。 在IPC三級接受標準中特別指示普通FR4材料的弓曲或扭曲的允收標準是0．5％，IPC－6018針對特殊材料及混壓板的允收標準是0．75％。針對板件變形（弓曲或扭曲），PCB廠傳統的解決方案是在FQC工序出貨前通過整平反直機進行150度的烤板然后自然冷卻處理，讓板件恢復到比較平整的狀態來解決，但這種方法受到阻焊耐熱性能及表面處理耐熱性能的限制，烤板時間不能過長也不能使用高于150度的高溫。隨著歐盟無鉛法令的頒布及材料Tg溫度向高溫發展，在小于150度的條件下烤板所起的釋放內應力的作用也隨之減弱，也有PCB生產商在壓合時采用自然冷卻的方式來釋放內應力，這種方式可以得到較好的改善效果，但壓合周期會增加不適用于量產。 在壓合時控制非對稱結構光電產品的變形量是保證外形加工精度能否被控制在±0．05mm以內的前提和保障，但對于非對稱結構產品仍然會有一下的翹曲變形，外形加工設備、工具以及對于不對稱結構產品的斜邊精度都需要嚴格、系統地控制才能確保產品的合格率。對金手指兩邊尺寸如此要求嚴格的產品，現只能采用二次元抽樣檢測的方法來大致判斷其合格率，如何通過技術手段快速、100％地全部檢測金手指到兩邊的距離業界尚無更好的辦法，本文將系統地分析非對稱結構的5G高速金手指插頭產品產生弓曲變形的根本原因，外形加工精度、斜邊精度控制在±0．05mm以內的方法并從技術的角度加以改善；在不增加成本的前提下如何100％地檢測此類產品的外形尺寸、確保設備、產品與人員安全方向也取得到了很好的改善效果。 原因分析 芯板變形原理分析 PCB由芯板、半固化片、外層線路、阻焊等材料組成，因銅箔、樹脂、玻璃布的物理和化學特性各不相同，壓合時用加熱和加壓的方式釋放半固化片中的樹脂將獨立的芯板、銅箔等粘連在一起。壓合分升溫、保溫、降溫三個階段，在升溫預熱階段芯板之間只有上下壓力的傳遞，即使有非對稱結構的芯板也無Z方向的剪切力不會導致芯板變形；在升溫階段的后期，芯板由“玻璃態”轉變為“橡膠態”，半固化片內的樹脂遇熱達到凝膠點并將芯板粘結在一起，芯板之間開始產生Z方向的剪切力；當進入降溫階段以后，漲縮系數大的芯板收縮比漲縮系數小的變化加快，板子會向漲縮系數大的芯板一側自然彎曲，此時如在較高溫度出爐，芯板間的熱應力殘留無法快速消除就會導致更進一步的向漲縮系數大的芯板一側彎曲，變形量取決于兩種材料的熱膨脹系數（CTE）。因此壓合出爐的溫度控制對非對稱結構產品的影響非常大。由此可見，非對稱結構的板件（XY方向及Z方向）產生變形的主要原因是板件在達到Tg溫度之后的保溫及降溫過程中產生內應力影響了板子的弓曲變形。金手指插頭產品均為中、高Tg板材，對于Tg值≥150度以上的板材，只有壓合、噴錫工藝才會對變形產生關鍵影響。金手指插頭產品表面處理為沉、鍍金工藝，因此對板件變形產生關鍵影響的工序只有壓合。而在其它加工過程中由于受外力的影響導致的板件變形，則可以通過后工序的壓板整平設備來處理。 外形加工精度及檢測原理分析 外形加工精度受設備技術能力、板件生產漲縮、銑刀、加工參數及加工過程的影響均很大，因此，業內外形的常規公差±0．1mm就是基于以上因素考慮。而金手指光電插頭產品的金手指引線兼顧有傳送電流的功能，為了確保設備的安全，金手指到邊的距離公差才為±0．05mm，也是兩條金手指錯位后相互接觸的安全距離，突破了安全距離的保障就意味著設備肯定會發生故障。因此，從技術上確保此類產品的制作精度滿足產品安全距離的要求是準予生產的前提。 制造出來的產品是否100％合格則需要設備100％地檢測，由于此類產品每個set金手指到邊的距離每邊需要檢測20次共40次根本無法全部檢測，業界只能人工用二次元進行抽測。隨著客戶對外觀檢查的要求起來越重視，AVI自動外觀檢查機近期逐漸成為PCB廠的常規標配設備，如何開發利用AVI的檢測功能去準確檢測金手指光電板插頭部位到邊的距離在業界仍然是空白。讓外觀檢查機在檢查外觀缺陷的同時能檢測金手指插頭產品金手指位到兩邊的距離，即保證了外觀缺陷不漏失，也能100％地檢測全檢全測金手指插頭位的尺寸，確保外觀尺寸精度100％合格。 實驗方案 實驗設計 1．實驗產品M基本信息 表1：M產品基本信息 2．實驗產品M斜邊及金手指到邊的距離信息 圖1：斜邊示圖 圖2：金手指到邊的距離 3．實驗產品M層壓結構圖 圖3：M產品層壓結構圖 4．實驗流程 實驗計劃 1．非對稱結構金手指插頭產品實驗計劃 每組實驗設計100 SET產品，到FQC指定同一位質檢員檢測、記錄；二次元及其它工具測量數據由指定同一位品質工程師負責測試、記錄，確保數據的偏差最小。 2．非對稱結構金手指插頭產品實驗項目 表2：非對稱結構金手指插頭產品實驗計劃 實驗數據 壓合弓曲變形改善實驗 表3：壓合弓曲變形改善實驗數據 因不同材料的熱膨脹系數（CTE）不同，高Tg印制板在溫度升高到≥170℃時，基板才由“玻璃態”轉變為“橡膠態”，冷卻后機械強度、尺寸穩定性、粘接性、吸水性、熱分解性、熱膨脹性等均優于普通Tg，設計時選擇剛性較好的高Tg材料對板子弓曲或扭曲有明顯的改善作用。常規對稱結構的產品壓合時采用對稱疊板、對稱放置料、選擇冷熱一體壓機壓合對減少熱應力有明顯幫助。主要是冷熱分體壓機在高溫下（Tg溫度以上）將板件轉到冷壓機時，材料在Tg點以上有短期處于失壓快速冷卻會導致熱應力迅速釋放產生變形，而冷熱一體壓機可實現在熱壓末段降溫以避免板件在高溫下失壓變形。利用輔料的非對稱性放置去改變PCB板雙面的升溫速度，從而影響不同CTE芯板、樹脂在升溫和降溫階段的漲縮來解決變形量不一致的問題。通過延長冷壓時間，保持板件上下方向的壓力讓板件自然冷卻到較低溫度，對改善非對稱結構變形的效果較明顯，但生產效率也會同步降低。綜上所述，對于非對稱結構的產品，工程需要選擇剛性優良的高Tg板材，采用冷熱一體的壓機非對稱放置輔料生產，并適當地延長冷壓時間（30－60分鐘）可明顯改善非對稱結構產品在壓合后的弓曲或扭曲變形，并能滿足客戶要求的弓曲變形≤0．75％甚至≤0．5％的要求。