多層印制板層壓工藝技術及品質控制(二)

1、多層印制板層壓工藝技術及品質控制（二）3 層壓過程之品質控制簡介    31 前定位系統(tǒng)層壓過程品質控制    311 半固化片來料品質控制    凡新購進的1080型或2116型半固化片，為掌握壓制的具體工藝方案和檢驗材料是否符合要求，應對材料性能進行測定。在材料入庫保存期超過三個月后，由于材料隨著存放期延長產生老化現(xiàn)象，也應進行測試以判定材料是否適合生產需要。具體性能測試有樹脂含量測試、樹脂流動度測試、揮發(fā)物含量測試和凝膠化時間測試。    (1)樹脂含量測試 

2、   取樣    試樣為正方形，其對角線平行于經紗斜切而成，尺寸為4×4英寸，共計三組，每組重量大于7克。其中一組切自半固化片的中央部位，另兩組分別切自半固化片的兩側，但到邊緣的距離不得小于1英寸。    測試    把試樣放入坩堝中(坩堝應先稱重)一起稱重，精確至1mg，連同坩堝放入馬福爐中加溫至500600，灼燒時間不少于30分鐘，從爐中取出坩堝和殘渣，放入干燥器里，冷卻至室溫，稱重量精確至1mg。    注：爐溫應控制在不造成玻璃布有熔融現(xiàn)

3、象，而且樹脂應完全灼燒呈全白狀態(tài)，否則應延長時間或調整溫度重新制作。    計算    G()(m1m2)/m1×100    式中：G半固化片樹脂含量百分數(shù)；m1試樣重量；m2失去樹脂后玻璃布重量。    記錄    將測試的三組試樣，分別記錄結果。    說明：如果沒有馬福爐，可作一般精度的測試。樣品用濃硫酸將樹脂徹底溶解后，用水洗滌干凈，100110烘干，取樣品原重與失去樹脂后重量，按上述公式計算。&

4、#160;   (2)樹脂流動度測試    取樣    試樣為正方形，邊長4×4英寸，精確至0.01英寸，切割方向為對角線平行于經紗斜切，樣品總重20克為一組，共3組。重量精確至0005克。    測試    每組以布紋方向一至疊合在一起，放于兩平板模具內，壓機預熱至170±5，入模立即施壓力(11.5)×106Pa/cm2，壓力升至最大值約為5秒鐘，保溫保壓20分鐘，開機取件冷卻至室溫。   

5、切取一個正方形，其邊與試樣對角線平行，邊長為2倍的2的平方根±0.01英寸，或切成3192±001英寸的圓，圓心為試樣對角線交點。    用分析天平稱取小方塊重量，精確至0005克。    計算    n()(m12m2)m1×100     式中：n樹脂流動度；m1試樣切片初始重量(20)；m2小塊取樣的重量。    (3)揮發(fā)物含量測試    取樣  &

6、#160; 試樣為正方形半固化片，尺寸為4×4英寸，裁切方向為對角線平行于經紗，每個試樣的一個角沖上一個直徑18英寸(3175mm)孔，每種半固化片切取三塊試樣，切取試樣時，兩邊離半固化片邊緣距離不小于1英寸。    測試    用分析天平稱試樣重量，精確至1mg。然后用金屬小鉤把試樣掛在163±2的恒溫鼓風干燥箱內15分鐘。從烘箱中取出試樣置于干燥器里冷卻至室溫。用分析天平對試樣稱重時，環(huán)境相對濕度應低于65，快速稱重，精確至1mg。    計算   

7、W()(m1m2)m1×100    式中：W揮發(fā)份百分數(shù)；m1干燥前試樣重量，g；m2干燥后試樣重量，g。    (4)凝膠化時間測試    測定用設備    凝膠化時間測試儀。    取樣    按前同樣方法裁切200mm×200mm試樣三張。    測定     取一張半固化片試樣，從中取出樹脂粉約015克，放入已加熱恒溫

8、在170±3的鋼板平底孔中，用不銹鋼或玻璃棒攪拌，從熔融狀態(tài)直至拉起樹脂能成為不斷的絲狀物，即為已固化。記錄樹脂粉由熔融狀態(tài)至能拉起樹脂間的時間，即為凝膠化時間。三件試樣分三次測試，取三次時間的算術平均值為準。(在每做完一次測試后，應立即消除廢膠，清潔平底孔。)    31.2 內層單片黑化質量控制    3121 微蝕速率控制范圍及方法    (1)控制范圍：10-2.0mcycle    (2)測試方法：    a.FR4雙面無鉆孔

9、基板，并清潔其表面；    b.切成10cm×10cm試片，并鉆一小孔；    c.100下烘10min，并在干燥器中冷卻至室溫；    d.稱重W1；    e微蝕液中處理，清洗并在100下干燥10min；    f在干燥器中冷卻至室溫；    g稱重W2；    h微蝕速率(W1-W2)5.6（mcycle）    3122 黑化稱重控制范圍及

10、方法    (1)控制范圍：0.2035mg/cm2    (2)測試方法：    a.FR-4雙面無鉆孔基板，切成72cm×72cm試面；    b隨生產板掛入缸內，黑化水洗后取出；    c100下烘10min，并在干燥器中冷卻至室溫；    d稱重W1；    e用10H2SO4溶掉黑膜，水洗凈；    f：100下烘10min，并在干燥皿中

11、冷卻至室溫；    g稱重W2；    h黑化稱重(W1-W2)mg100cm2。    3123 內層單片黑化操作過程控制記錄(參見下表4)表 4 多層印制板內層黑化操作過程控制表令  號圖  號數(shù)  量圖形面積總圖形面積：操作參數(shù)控制溫 度除 油微 蝕預 浸黑 化還  原備 注：操作者：               

12、;       監(jiān)控者：年   月    日    3124 增加內層結合力、減少楔形空洞及粉紅圈缺陷的產生    在制造多層印制板的制程中，許多年以來，銅表面的氧化(或黑氧化)工藝是內層板銅表面處理所普遍采用的標準。由于處理后的表面狀況，銅的氧化層表面對于內層單片與半固化片間提供了較高的結合力。但隨著印制電路技術的發(fā)展（如更高的層數(shù)、更細的線寬及間距、更小的孔徑和盲孔的出現(xiàn)），傳統(tǒng)的黑氧化技術竭盡所能而難再上一層樓。

13、0;   此外，新的印制板制造工藝技術的出現(xiàn)，如直接電鍍技術的迅猛發(fā)展，對黑氧化提出了更高的要求。在傳統(tǒng)的多層印制板PTH制程中，多層板內層孔環(huán)之黑化層側緣，常受到各種強酸槽液的橫向攻擊，其微切片截面上會出現(xiàn)三角形的楔形缺口，稱為楔形空洞(Wedge Void)。若黑化層被侵蝕得較深入時，甚至會出現(xiàn)板外也可見到的粉紅圈(Pink Ring)。對于這種Wedge Void發(fā)生的比例，“直接電鍍”要比傳統(tǒng)的“化學沉銅”發(fā)生的更多，原因是化學沉銅槽液為堿性，較不易攻擊黑化膜，而直接電鍍流程(含鈀系、高分子系或碳粉系等)多由酸槽組成，在既無化學沉銅層之迅速沉積層，又無電鍍銅之及時保

14、護下，一旦黑化層被攻擊成破口時，將會出現(xiàn)Wedge Void，直至出現(xiàn)Pink Ring。    (1)鑒于上述原因，安美特公司推出了旨在提高多層板層間結合力的“Multibond體系”。具體流程如下：    除油微蝕活化黑氧化還原(Multibond SR)增強(Multibond Enhancer)    通過使用Multibond SR和Multibond Enhancer改進并發(fā)展了Multibond處理工藝，可有效增加對酸侵蝕的抵抗力。    Multibond S

15、R作為還原液能將在氧化浴中形成的氧化銅(或氧化亞銅)還原成金屬銅：    Cu2+十2e-Cu°    Cu+十le-Cu°    試驗證明，氧化表面未經還原處理，則有粉紅圈現(xiàn)象；而氧化表面經Multibond SR還原處理后，則沒有粉紅圈現(xiàn)象產生。    當還原處理后的板處于濕、熱環(huán)境下時，再次被氧化的可能性很大。Multibond Enhancer專門被用來阻止經Multibond SR還原處理后的表面再次被氧化。其結果是，經Multibond Enh

16、ancer處理后，抵抗酸侵蝕的能力得到了進一步的提高、黑化處理后板直至層壓這一段的存放時間得以延長、消滅了粉紅圈現(xiàn)象、在隨后進行的制程中無楔形空洞出現(xiàn)。    (2)寶利得科技有限公司(Polyclad Technologies)針對粉紅圈現(xiàn)象的產生，也提出了相應的對策。在傳統(tǒng)的黑氧化制程上，增加黑氧化后處理，采用黑氧化還原劑(Enbond Xtra)進行，也達到了提高結合力，消滅了粉紅圈現(xiàn)象的出現(xiàn)。    (3)為進一步解決多層板內層之黑化膜易受酸液攻擊，而出現(xiàn)楔形空洞與粉紅圈；黑氧化結晶之厚度不易掌控，細密線路中容易出現(xiàn)短路，內層

17、板厚度小于02mm，造成制作上持取的難題。安美特公司新近推出了水平棕化的Bondfilm制程，并開發(fā)了薄板輸送與槽液噴流技術。它具有以下特點：     僅需三站、數(shù)分鐘內即可完成全部處理，省水、省電；    除油(BondFilmTM Cleaner) 活化(BondFilmTM Activator)BondFilm(BondFilmTM Part A十B)    可高速穩(wěn)定的進行超薄板(50)的制作；    具有最佳的有機金屬膜之耐酸性，見下表5；表 5 有機金屬

18、膜之耐酸性對比Non Reduced OxideReduced OxideBondFilmAcid resistance（secs）357080>400    可提高內層的固著力；    增長壓合前所需的等待時間；    操作范圍寬廣，藥液壽命長。    31.3 正式生產前之試壓    為保證多層印制板的層壓質量，每批半固化片投產壓制前，應擬訂具體壓制的工藝方案進行試壓，試件進行厚度測量、耐焊性能試驗、分層起泡狀態(tài)的評定及抗彎強度測量，符

19、合產品性能要求后，方可正式進行產品壓制。(試壓用的內層單片可用同批產品中有斷線、圖形精度超差等廢品板，但其它處理工藝完全符合成品單片要求。)    3.14 層壓板之質量控制要數(shù)    (1)層壓后板面銅箔與絕緣基材的粘接強度測試；    (2)將外層銅蝕刻掉，檢查多層板內層應無肉眼可見的分層、起泡、顯露布紋、露纖維和起白斑；    (3)耐浸焊性：260±6的焊錫或硅油中浸漬20秒鐘，無分層起泡現(xiàn)象；    (4)壓制件應保留足夠的膠

20、量，板子的靜抗彎強度不低于1.6×108Pa；    (5)內層圖形相對位置和各層連接盤的同心度必須符合設計要求；    (6)壓制后的多層板厚度應符合設計圖紙或工藝卡的具體規(guī)定；    (7)板面應平整，其扭曲或弓曲最大量為對角線的05；    (8)外層銅箔上應無環(huán)氧樹脂、脫模劑或其他油脂污染，銅箔表面應無劃傷的痕跡，無雜質造成的壓坑；    (9)粘結層內應無灰塵、外來物等異物；    (10)廢邊切

21、除不得損壞定位孔，外邊與孔口距離不少于3mm。壓制的流膠也不得損壞定位孔，孔口無流膠引起的凸起現(xiàn)象；    (11)凡因裝模引起的位置顛倒、層間錯位不重合，在后道工序(蝕刻后)可觀測到時，均屬壓制廢品。    315 多層板層壓操作過程控制記錄（參見下表6）表 6 多層印制板層壓過程控制表操作者_監(jiān)控者 _工作令號制造時間層  數(shù)生產數(shù)量面  積疊板數(shù)半固化片代號半固化片張數(shù)壓板機號牛皮紙數(shù)量初壓時間初壓壓力全壓時間全壓壓力壓制溫度真  空備  注    3.1.6

22、 針對多層印制板翹曲的幾項措施    由于PCB產生翹曲的因素很多且復雜，PCB翹曲度大多是諸多因素綜合的結果。以下僅從多層印制板制作的工藝角度進行簡單介紹：    (1)在不影響板厚的前提下，盡量選用厚度大的環(huán)氧玻璃布基材以及半固化片。厚度大的玻璃布意指單股粗織成的玻璃布，在織布和浸漬樹脂的過程中抗張強度大，拉伸小，因而其熱應力小，制成的PCB翹曲度小。    (2)在內層單片進行圖形制作前，需進行應力釋放之預烘處理。一般控制溫度在120左右，烘烤4小時，待其冷至室溫后再出板。  &

23、#160; (3)排板操作時，半固化片需對稱鋪設。半固化片是由玻璃布涂覆環(huán)氧樹脂而成的，玻璃布的經向在織布、涂覆樹脂、烘干等過程中，均處于張力狀態(tài)，因而經向的熱膨脹系數(shù)大于緯向的熱膨脹系數(shù)；同時，上、下兩面之熱膨脹系數(shù)也有差別。因此，采用對稱原理鋪設半固化片，由于鏡面效應應使熱應力互補或抵消?？擅黠@降低多層印制板的翹曲度。    如一種四層板的排板方式：H2733(22)72H。其中：“2”代表半固化片1080，“7”代表半固化片7628，“H”指銅箔厚度為050Z，“33”為內層單片的厚度(33mil)，“(22)”指內層單片表面銅箔厚度為20Z。 &

24、#160;  (4)考慮到內層單片與半固化片之經緯向匹配問題對多層印制板翹曲度的影響，對采用四槽銷釘定位的6種規(guī)格尺寸的內層單片、半固化片及銅箔的下料方式、尺寸等繪制了簡單示意圖(參見圖二)，便于過程質量控制。圖 二 多層板內層單片、半固化片、銅箔下料方式示意（單位：cm，未注尺寸）1、多層板尺寸：305 X 254（12'' X 10''）（1）單片：40''X 48''下料方式：數(shù)量：4 X 4=16塊（2）半固化片尺寸：265 X 314.25(1257/4=314.25)(3)銅箔尺寸：315 X 2652、多層

25、板尺寸：330 X 280(13'' X 11'')(1)單片：40'' X 48''下料方式：數(shù)量：3 X 4=12塊（2）半固化片1257/4-314.25（314.25-290)X4=97.00(去掉）尺寸：340 X 2903、多層板尺寸：406 X 305(16''X 12'')(1)單片：36''X 48''下料方式：數(shù)量：3 X 3=9塊（2）半固化片：尺寸：419 X 315(1257/3=419)(3)銅箔尺寸：415 X 3154、多層板尺寸：35

26、6 X 255(14''X 10'')(1)單片：40''X 48''下料方式：數(shù)量：4 X 3=12塊（2）半固化片1257/3=419（419-365）X 3=162（去掉）尺寸：365 X 265（3）銅箔尺寸：365 X 2655、多層板尺寸：457 X 365(18''X 14'')(1)單片：36''X 48''下料方式：數(shù)量：2 X 3=6塊（2）半固化片1257/3=419（419-365）X 3=162（去掉）尺寸：470 X 365(3)銅箔尺寸：

27、470 X 3656、多層板尺寸：560 X 485(22'' X 19'')(1)單片：40''X 48''下料方式：數(shù)量：2 X 2=4塊（2）半固化片1257/2=628.5（628.5-570）X 2=117（去掉）尺寸：570 X 495（3）銅箔尺寸：570 X 495    (5)層壓過程中，施壓方式和壓力大小對層壓板的翹曲度有較大影響。試驗證明：在采取兩段加壓方式(低壓810分鐘，高壓90分鐘。)進行層壓操作時，若將高壓階段之后30分鐘進行適當降壓處理(熱壓壓力下降約20)，有利于消除

28、高壓產生的機械應力，均衡基板壓合時因壓力損降不同而造成之不同區(qū)域殘余應力間的差異，對改善基板之尺寸穩(wěn)定性及翹曲十分有利。     (6)導制層壓板翹曲的應力主要由溫度和壓力的差異所引起。影響印制板上溫度均勻分布的因素主要有：溫升速率、印制板層數(shù)和印制板大小等。升溫速度快、生產印制板的層數(shù)多、印制板的面積大都容易引起溫度差異。盡管采用緩沖紙或硅橡膠墊可以緩解此差異，但仍不能消除。溫度高的地方先固化，而溫度低的地方仍處于熔融狀態(tài)，這樣就形成了一個“bottom stress”，這就是形成翹曲的原因。因此，熱壓時需根據(jù)具體情況采取一定的溫升速率(一般控制在48

29、min)，這對基板的尺寸穩(wěn)定性和避免翹曲的產生是有利的。    (7)熱壓操作后的冷壓操作，對降低翹曲度有較大作用。由于銅箔、玻璃布及環(huán)氧樹脂的熱膨脹系數(shù)的差異，必須采用適當?shù)慕禍厮俾?，使固化后的樹脂有一定時間來松弛殘余熱應力，特別是固化樹脂的玻璃態(tài)轉化溫度附近，應盡可能使用較低的降溫速率。    (8)印制板在其整個生產過程中，總會存在殘余應力而導致PCB翹曲。采用熱壓釋放殘余應力、改善PCB翹曲度，是目前普遍應用的方法。由于PCB在層壓后或加工中的殘余應力為束縛狀而非松弛態(tài)，即層壓板的翹曲度還未充分表現(xiàn)出來。如果在一定的加熱條件下

30、，適當加上一定的壓力來“誘導”殘余應力，使其延著水平(x、Y)方向釋放，但抑制或阻止Z方向的釋放。這樣做可明顯改善PCB的翹曲度。(采用熱壓釋放殘余應力的壓力，一般為層壓壓力的1/415。)    (9)層壓時，各基板間所用之金屬隔板的種類對層壓板的翹曲度有一定影響。其主要有以下作用：    均勻分布熱量，解決由于各層銅量分布不均所造成的傳熱均勺性問題。因受熱不均會造成樹脂固化不均而引起之壓合后基板翹曲；    隔離每個opening間的多層板，以使壓合后之板能容易分開。    鑒于上述作用，除要求其硬度高、平整性好外，更重要的是其傳熱性要好，熱膨脹系數(shù)比較接近環(huán)氧樹脂以減小熱作用界面間的熱應力。比較環(huán)氧樹脂坡璃布極、鋁板和鋼飯之熱膨脹系數(shù)值(環(huán)氧樹脂玻璃