陶瓷基板的不同形位狀態(tài) 陶瓷基板平不平，口說(shuō)無(wú)憑。 衡量平不平的指標(biāo)有不少，在工程實(shí)踐中，平整度、平面度、平行度、共面度和翹曲度是常見(jiàn)的幾何公差指標(biāo)。 由于名稱接近，概念相似，平整度、平面度、平行度、共面度和翹曲度這幾個(gè)指標(biāo)，經(jīng)常出現(xiàn)概念不清、相互混淆的現(xiàn)象。實(shí)際上，除了平整度和平面度，其他幾個(gè)指標(biāo)在定義、測(cè)量方法和影響因素等方面是存在區(qū)別的。

1.平面度（Flatness）

平面度是指陶瓷基板表面與理想平面（評(píng)定基面）的偏差程度，通常用來(lái)描述材料表面的整體平坦性。比如說(shuō)，一個(gè)陶瓷基板的表面是否平，有沒(méi)有凹凸不平的地方。平面度，可用最大偏差值來(lái)表示。

參考GB/T 24630.1-2009，可采用均方根平面度誤差（FLTq）來(lái)表征平面度指標(biāo)。FLTq計(jì)算步驟如下：

第一步，常用最小二乘法來(lái)確定理想平面（評(píng)定基面）。

第二步，采集陶瓷表面上所有點(diǎn)與理想平面（評(píng)定基面）的垂直距離LFD，如下圖所示，a1是某點(diǎn)的正局部平面度偏差值，a2是某點(diǎn)的負(fù)局部平面度偏差值。

待測(cè)表面與理想平面的垂直距離

第三步，計(jì)算均方根平面度誤差（FLTq）。FLTq數(shù)值越小，說(shuō)明平面度越好。

上式中，LFD為局部平面度偏差，A為平面度要素的表面積。

在電子封裝中，如果陶瓷基板表面平面度不佳，可能會(huì)影響陶瓷基板表面焊接或者貼裝元件的質(zhì)量，從而導(dǎo)致接觸不良或者出現(xiàn)散熱不好的問(wèn)題。

2.平整度（Smoothness/Flatness）

平整度是指陶瓷基板表面的平坦程度，通常用來(lái)描述材料表面的最大高度差。該術(shù)語(yǔ)在工程中常與“平面度”混用，但更側(cè)重微觀粗糙度或局部平整特性，而非整體平面形狀。

參考GB/T 6621-2009的平整度的測(cè)量方法，采用總指示讀數(shù)（Total indication reading，TIR）和焦平面偏差（Focal plane deviation，F(xiàn)PD）值表征平整度大小。

第一步，采用最小二乘法確定理想平面（參考面或焦平面）；

第二步，采集區(qū)域內(nèi)任一點(diǎn)與理想平面（參考面或焦平面）的厚度差值f(x,y)；

第三步，計(jì)算TIR和FPD值。TIR和FPD數(shù)值越小，平面度越佳。

其實(shí)，從上述計(jì)算過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)，平整度和平面度的表征指標(biāo)有一定的程度的相似性。還有時(shí)候可能會(huì)有不同的行業(yè)習(xí)慣用法，比如，平面度是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中的術(shù)語(yǔ)，而平整度可能是更口語(yǔ)化的說(shuō)法。

3.平行度（Parallelism）

平行度，是指兩個(gè)平面之間的平行程度。可用陶瓷基板上下表面之間的最大間隙距離，來(lái)表征兩個(gè)平面之間的平行程度。

平行度可用千分表進(jìn)行測(cè)量。將待測(cè)陶瓷基板固定到平臺(tái)上，豎直移動(dòng)陶瓷基板或高度尺規(guī)（千分表）進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的最高測(cè)量值與最低測(cè)量值之差就是平行度。

千分表法測(cè)量平行度示意圖（圖源：基恩士）

上圖中，a為待測(cè)陶瓷基板，b為平臺(tái)，c (ΔH)是最高測(cè)量值與最低測(cè)量值之差，即為陶瓷基板的平行度數(shù)值。

如果陶瓷基板的上下表面不平行，可能在安裝時(shí)產(chǎn)生傾斜，進(jìn)而影響整體組裝的精度或者機(jī)械穩(wěn)定性。例如，在多層陶瓷基板中，平行度不好可能導(dǎo)致層間對(duì)位不準(zhǔn)，影響電路性能。

4.共面度(Coplanarity)

共面度衡量的是多個(gè)表面或者多個(gè)點(diǎn)是否在同一個(gè)平面上。

表面貼裝元件、連接器等電子部件的共面性表示PGA的引腳、BGA的焊球、連接器的連接器針腳等接觸點(diǎn)的最高位置和最低位置之間的最大值。也稱為“面均勻性”和“端子平坦度”。

例如，如果將完全平坦的陶瓷基板表面作為基準(zhǔn)線，在上面放置表面貼裝元件時(shí)，容許的共面性的值為陶瓷基板表面與引腳或焊球諸多接觸點(diǎn)之間的最大高度差，定義為公差。

PGA（左右）和連接器（右）引腳相對(duì)陶瓷基板的共面度（圖源：基恩士）

一個(gè)陶瓷基板可能有多個(gè)引腳或接觸點(diǎn)，共面度就是這些點(diǎn)是否都處于同一平面上。如果共面度不好，安裝時(shí)可能會(huì)有引腳懸空或者接觸不良。例如，CPU插槽的引腳如果共面度差，可能導(dǎo)致接觸問(wèn)題，影響信號(hào)傳輸。

5.翹曲度（Warpage）

翹曲度,是指陶瓷基板在制造過(guò)程中由于應(yīng)力或其他因素導(dǎo)致的整體彎曲或扭曲，類似于板材的翹曲，可用彎曲的高度或弧度來(lái)衡量。

測(cè)量步驟為：將陶瓷基板自由放置在平面上，測(cè)量四個(gè)角與中心的高度差，按下方公式計(jì)算翹曲度：

上式中，δmax和 δmin為最大/最小高度差，L 為基板對(duì)角線長(zhǎng)度。

陶瓷基板的翹曲度通常要求≤0.1%~0.3%。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，平面度/平整度關(guān)注單一表面是否平；平行度關(guān)注兩表面的相對(duì)平行關(guān)系；共面度確保多個(gè)表面共面；翹曲度表征陶瓷基板的整體變形。

參考文獻(xiàn)

1.GB/T 24630.1-2009產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS） 平面度

2.GB/T 6621-2009 硅片表面平整度測(cè)試方法

3.GB/T 1182-2018 產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS） 幾何公差 形狀 方向 位置和跳動(dòng)公差標(biāo)注

4.GB-T 6620-2009 硅片翹曲度非接觸式測(cè)試方法

5.IPC-TM-650