工廠開產了8年,HDI 直通良率總約70-72%,於業界單價上無競爭力(良率對客戶是永遠的機密,客戶也因應市場比價機制不會因自己良率低加價買單),單廠虧損6-7年,但是,一年內卻能持續提升總良率到85%.是有特殊的秘密武器.
工廠早已殛具規模,設備都已多年量產就位,設備能力,生產的文化習慣,都早已僵化,虧損多
年股東也不可能大量挹注資金買高等設備,這個秘密不是設備也不是生產資質改善.
機密其實是HDI生產的對位邊框控制機制,總流程從發料/內層/鑽孔/壓合/雷射/外層....總體對位孔串整能力,一個新的投入與改變,批量的投入測試,讓良率陡升提高.多年的虧損,人力大量流動下,找到一個能直接帶著舊廠資料與經驗過來串整邊框對位試導入的收穫.
以上是台灣某PCB大廠的HDI( T5 ) 投資歷史 , 連7年的虧損, 是令人非常唏噓的慘痛付出.
HDI在業界能串整所有製程對位的人才是非常稀有的, T5廠既有的設備更替更新能於2020年前達到88%良率已是極致, 如設備投入初期能更加投入正確, 94% 高良率才會有所機會.
HDI 增層過程如何讓工序流程重複循環,連續性的雷射(雷射鑽孔機)/線路(影像曝光機)/壓合(X-Ray鑽靶機)設備作業過程中,使得整個連續批量性的100%所有生產工作片(Working Panel)每一個層次孔位和影像機構,透過諸多自動對位設備作業在板框設計的定位孔上,能夠上下左右四角落穩定性的最大化居中,是最大的重點.
業界HDI研發或製程,常鑽牛角尖定義成愈準確愈好的概念(強調縮小對位精度允收值,或強調精密對位)其實是錯誤的引導性概念,使得HDI 電路板製作被引入層間對位/精度/尺寸要求的錯誤盲點,致使整個產品一直於錯誤中打轉,難以使得良率衝上極致,T5廠嚐受了7年,截至2018年底的目前也還有70%的HDI製作工廠仍蒙蔽其中.
下面開始針對我認知HDI 逐一串整設備對位學理及框邊設計建議:
1. 內層曝光機:從一般多層板延續下來的內層曝光機,有簡易的手動曝光機(底片三明治作業),到UV光底片對位曝光機(上下底片2個對位符號夾曝作業),前述二種作業方式因為上下層對位精度約略極限25um ,且無法有效控管旋轉型層偏,設備無法控制X / Y雙軸性漲縮差異性,量產尺寸全距R值更容易被忽略性的擴大,對HDI 啟始層是不佳的選擇工法及設備.
建議方式:
HDI純粹內層最佳的曝光方式是板件四角落先機械鑽孔(有預設漲縮),鑽孔整批漲縮是收斂一致的,再使用外層曝光機4CCD對位曝光作業,如果是固定漲縮底片系統會被PE/JE使曝光尺寸R值受控(底片縮率超出會拒曝),同時XY雙軸受控,JE 旋轉偏差也會達最小最優值.如果是LDI 雷射直接曝光系統,量測固定漲縮曝光更會使所有工作片影像R值100%縮到10um以內.
2.X-Ray打靶機:
傳統壓合X-Ray打靶是L型防呆3靶作業,有100%中央定距打靶,補償定距打靶模式,防呆孔位有直交90度打孔或見靶中央打靶模式...各種交叉設定方式,3靶作業也僅能主控到長邊方向漲縮,加上太多公司設計單位鑽孔零點設於CAM左下角,或者鑽孔機2PIN零點,壓合打靶和鑽孔程式零點沒有做移補校正,因為壓合/鑽孔/及CAM輸出製程工程單位分段分工分員及工程師極少跨足涉獵到CAM設計軟體和機鑽零點概念整合,生產HDI 常常很多年被鑽孔對內層旋轉所困住多年,層間的短路/斷脖子的信賴度及良率都深陷惡性不良循環.實際上此議題由多層板轉產HDI的公司都嚐受多年製程良率犧牲.
建議方式:
原L型防呆3靶,僅做壓合後撈邊定位及防呆孔位使用.
增加角落4靶見靶鑽靶中央鑽靶功能,做後續雷射及機械鑽孔定位用.
(因為幾乎100%設計單位, 4靶並不是正矩形設計,板角孔都有孔位錯差,千萬千萬不要使用X-Ray花俏的矩形補正功能,此功能我認為是X-Ray 鑽靶機最大的軟體開發敗筆,目前仍被設備廠標榜成優勢,使用後發生層間偏轉,已經不是設備商的責任,X-Ray鑽靶機型號功能購置成本可以從這裡降低20-30%)
3.雷射鑽孔機:
雷射鑽孔工序,不管用通孔定位還是燒開內層銅面靶,多數HDI廠採用Auto-scale 自動補償鑽孔功能,這種方式僅只是對該層次雷射能對底層影像提高精準度,但是對於整個HDI良率其實有嚴重的負面效應,從每年的PCB展覽許多公司秀出多層雷射孔層層精準疊放在一直線的切片孔,強調其高製程能力,對我而言那才是一個極大的笑話,展現完全的不懂HDI,產業的利基是要能賺錢營利的HDI不是要僅能展覽用的HDI,產品在生產本來就有尺寸R值的分布,全部孔位層疊都精準,那電性測試就會剩不到40%的良率,除非去買個200台飛針完全自動補償測試,再者,也讓客戶100%自動補償組裝零件.
建議方式:
雷射鑽孔機,精準度需求,本就是強大的加工及量測設備,強化運用雷射鑽孔機量測功能,固定補償雷射鑽孔,是我建議的作業方式,讓雷鑽設備參與,最終全量產尺寸分布能收斂到所有批量只有一個XY尺寸值,電測順暢性良率衝到極限.(利用此方式,我開發的HDI APPLE i-pad2 三壓Anylayer HDI板,量產電測一次測良率高於92%,二次複測約96%)
4.機械鑽孔機:
任何PCB產品,客戶設計都是有給製程能力公差,量產尺寸R值分布,每一片板子都有各自尺寸,機械鑽孔每批次僅有一個尺寸設定,內層的鑽孔目的是給內層曝光定位使用,每一片板子曝光用定位孔必須確實無任何旋轉角產生,才可以減免鑽孔/曝光逐層的旋轉效應,絕大多數使用的鑽孔架PIN方式,3PIN作業或大產能2PIN作業都是HDI產品機械鑽孔工序不佳的設定方式.
建議方式:
分析歸整雷射尺寸量測值,使用相同4CCD PIN位, 採4PIN鑽孔作業,鑽出曝光用4CCD,是無旋轉居中性最好的作業方式.
5.外層曝光機:
UV底片曝光機,底片曝光過程受熱漲縮,是生產尺寸R值的主要來源,但基本可受曝光PE侷限於一定規格內.
建議方式:
新型LDI 雷射直接曝光機,加上高敏度乾膜產率已達量產規模,配合LDI尺寸量測,使用固定漲縮曝光,也是收斂尺寸R值的最佳選擇.
針對以上幾項HDI流程工序,和層間對位優劣與否相關設備選擇,板框設計定位方式的建立,能立即有效提升對位相關良率.
T5廠只是仿用U廠經驗即於1年內全廠良率提高14%(70%提高到84%)
Y廠我也曾於3個月內2+N+2 HDI 提增7%良率 (85%提高到92%)
C廠 1+N+1 總良率 99.6 %
G廠 8L Any-layer HDI 總良率 96%
都是實際經驗例證,
到目前此HDI 製程串整,設計框邊,設備選定,都仍一直是許多HDI 工廠的弱項,先不考慮設備的更替投資(良率CP值投資比),邊框設計就可以先有效提升良率.要提升HDI工廠良率,有興趣關注的朋友可以共同交相討論研究.
沒有留言:
張貼留言