多層印制板層壓工藝技術(shù)及品質(zhì)控制一

1、多層印制板層壓工藝技術(shù)及品質(zhì)控制（一） 1 前 言    多層印制板是由三層以上的導(dǎo)電圖形層與絕緣材料層交替地經(jīng)層壓粘合一起而形成的印制板，并達(dá)到設(shè)計(jì)要求規(guī)定的層間導(dǎo)電圖形互連。它具有裝配密度高、體積小、重量輕、可靠性高等特點(diǎn)，是產(chǎn)值最高、發(fā)展速度最快的一類PCB產(chǎn)品。隨著電子技術(shù)朝高速、多功能、大容量和便攜低耗方向發(fā)展，多層印制板的應(yīng)用越來越廣泛，其層數(shù)及密度也越來越高，相應(yīng)之結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。     所謂多層印制板的層壓技術(shù)，是指利用半固化片(由玻璃布浸漬環(huán)氧樹脂后，烘去溶劑制成的一種片狀材料。其中的樹脂處于B階段，在

2、溫度和壓力作用下，具有流動(dòng)性并能迅速地固化和完成粘結(jié)。)將導(dǎo)電圖形在高溫、高壓下粘合起來的技術(shù)。2 多層印制板層壓工藝技術(shù)    多層印制板的層壓工藝技術(shù)按所采用的定位系統(tǒng)的不同，可分為前定位系統(tǒng)層壓技術(shù)和后定位系統(tǒng)層壓技術(shù)。前者須采用銷釘進(jìn)行各層間的定位，而后者則無須采用銷釘進(jìn)行定位，因而更適用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。     此外，銷釘進(jìn)行定位的層壓過程，一般采用電加熱系統(tǒng)；而無銷釘進(jìn)行定位的層壓過程，則通常采用油加熱系統(tǒng)。下面將對(duì)其分別進(jìn)行討論。    21 前定位系統(tǒng)層壓工藝技術(shù) 

3、;   211 前定位系統(tǒng)簡(jiǎn)介    電路圖形的定位系統(tǒng)是貫穿于多層底片制作、內(nèi)外層圖形轉(zhuǎn)移、層壓和數(shù)控鉆孔等工序的一個(gè)共性問題。多層印制板中的每一層電路圖形，相對(duì)于其它各層都必須精確定位，從而保證多層印制板各層電路間能正確地與金屬化孔連接。這對(duì)于高層數(shù)、高密度、大板面的多層板顯得尤為重要。    回顧多層板層壓制作采用過的銷釘定位法，有兩圓孔銷釘定位法、一孔一槽銷釘定位法、三圓孔或四圓孔定位法，以及本文將作介紹的四槽孔定位法。這種定位方法是美國Multiline公司推出的，利用其提供的一系列四槽孔定位設(shè)備，在照相

4、模版、內(nèi)層單片上沖制出四個(gè)槽孔。然后利用相應(yīng)的四個(gè)槽形銷來實(shí)現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)移、疊片、層壓和數(shù)控鉆孔等一系列工序的定位。參見圖表一。圖 1 多層印制板定位系統(tǒng)有關(guān)尺寸示意表 1 多層印制板四槽定位系列表編號(hào)多層板外形尺寸坯料板尺寸定位槽中心距尺寸 光繪標(biāo)靶尺寸abXY2XA2YAr'1260.35209.55121011.259.253.5304.8254285.75234.9588.92285.75234.95131112.2510.254330.2 279.4311.15260.35101.63311.15209.55141013.259.253.5355.6 

5、;254336.55 234.9588.94361.95260.35161215.2511.254.5406.4304.8387.35 285.75 114.35412.75311.15181417.2513.25 5.5457.2355.6438.15336.55139.76514.35438.15 221921.2518.258558.8482.6539.75463.55203.27    前定位系統(tǒng)層壓工藝流程        2.121詳細(xì)工藝過程&

6、#160;   按前定位系統(tǒng)進(jìn)行的多層印制板的層壓，過去大多采用全單片層壓技術(shù)，在整個(gè)內(nèi)層圖形的制作過程中，須對(duì)外層之單面進(jìn)行保護(hù)，不但給制作帶來了麻煩，且生產(chǎn)效率低；尤其對(duì)于四層板會(huì)產(chǎn)生板面翹曲等問題。現(xiàn)普遍采用銅箔的復(fù)合層壓技術(shù)，每開口可壓制23塊，提高了生產(chǎn)效率，也從根本上解決了四層板制作中的板面翹曲問題。(若采用后定位系統(tǒng)進(jìn)行層壓，盡管還是采用相同的壓機(jī)，由于不采用笨重的模具，原壓機(jī)每開口甚至可壓制6塊多層板。)下面僅就采用銅箔的復(fù)合層壓技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。    (1)半固化片準(zhǔn)備    半固化片由杭州臨安

7、國際層壓板材有限公司提供。規(guī)格參見表2。 表 2 半固化片（PREPREG） 型 號(hào) 樹脂含量%凝膠化時(shí)間（s）流動(dòng)度%厚度（mm）108062±5 140±20 38±5 0.060.07 211652±4140±2030±50.100.11    注半固化片準(zhǔn)備注意事項(xiàng)：    在清潔無塵的環(huán)境，將卷料切成條料，然后用切紙刀裁切成單件，尺寸按單片坯料長寬各放大10mm；    在定位孔位置，成

8、疊用臺(tái)鉆打定位孔，孔徑比定位銷直徑大1520mm；    凡半固化片上出現(xiàn)有纖維折斷、大顆粒膠狀物、雜質(zhì)等缺陷的應(yīng)予剔除，操作應(yīng)戴清潔的細(xì)紗手套，嚴(yán)禁手汗、油脂污染；    裁切半固化片時(shí)，要戴口罩，以免吸入樹脂粉。宜穿長衫褲，避免樹脂粉粘在皮膚而導(dǎo)致痕癢或過敏。同時(shí)，應(yīng)避免樹脂粉進(jìn)入眼睛；    裁切加工好的半固化片，應(yīng)及時(shí)放于1×10-1乇以上的真空柜中，排除揮發(fā)份及潮濕，禁止放入烘箱或冰箱保存與去濕，防止老化、粘結(jié)。在真空存貯柜中排濕應(yīng)大于48小時(shí)；    對(duì)

9、新到半固化片應(yīng)進(jìn)行性能測(cè)定。隨著保管期的增長，材料老化，直接影響流動(dòng)度和凝膠化時(shí)間，它與產(chǎn)品質(zhì)量密切相關(guān)，是工藝參數(shù)確定的基礎(chǔ)。有關(guān)性能測(cè)定方法和計(jì)算，詳見質(zhì)量控制部分。    (2)內(nèi)層單片的黑化及干燥    內(nèi)層印制板黑化工藝流程    上板除油水洗水洗微蝕二級(jí)逆流水洗預(yù)浸黑化水洗水洗還原熱水洗水洗下板    采用安美特公司提供之黑化溶液；    微蝕速率控制范圍：1020mcycle。方法參見質(zhì)量控制部分；   

10、; 黑化稱重控制范圍：02035mg/cm2。方法參見質(zhì)量控制部分；    外觀干燥后，表面呈黑色，輕擦無黑色粉末落下；    檢驗(yàn)層壓后作抗剝強(qiáng)度試驗(yàn)，抗剝強(qiáng)度應(yīng)在20Nmm以上；    黑化后的單片用掛鉤吊掛于電熱恒溫干燥箱中，90100，烘干去濕至少60分鐘。    (3)裝模前的其它要求    新領(lǐng)的壓模應(yīng)用汽油將保護(hù)油脂清洗干凈，在用的模具應(yīng)清除表面粘污的樹脂粉塵，清洗過程不得劃傷表面，模具表面不得有凹坑和凸起的顆粒； 

11、60;  用005mm聚酯薄膜作脫膜料，防止流出的環(huán)氧樹脂與壓模粘結(jié)，切料尺寸約大于壓模1520mm，在定位銷部位沖孔或鉆孔，孔徑大于定位銷2mm；    電爐板應(yīng)墊以10層左右的牛皮紙，一方面為傳熱緩沖層，同時(shí)保護(hù)爐板不致拉傷。對(duì)于不平整的模具、銷釘高出上模、模具尺寸小于200mm×200mm者，應(yīng)有相應(yīng)措施，否則不允許直接施壓，防止造成局部變形，損傷爐板平整度；    半固化片填入的張數(shù)應(yīng)根據(jù)內(nèi)層單片的總厚度、產(chǎn)品設(shè)計(jì)厚度要求或工藝卡片標(biāo)注的工藝要求、壓制時(shí)所實(shí)際采用的半固化片型號(hào)、實(shí)際性能和試壓后的實(shí)際厚度來

12、決定(填入的半固化片，1080不得少于2張，防止因膠量不足引起的微氣泡現(xiàn)象)；    對(duì)于重量較大的模具，進(jìn)出模時(shí)防止砸傷。    (4)入模預(yù)壓    入模預(yù)壓之前，壓機(jī)應(yīng)先升溫至175±2，以保證入模后立即開始層壓。    100T PHI壓機(jī)：    預(yù)壓壓力：0815Mpa(815公斤平方厘米)，時(shí)間：48分鐘；    140T真空壓機(jī)(OEM公司)：    預(yù)壓壓力：

13、05607Mpa(80100磅平方英寸)，時(shí)間：78分鐘；    預(yù)壓后擠氣1分鐘；    入模后施加的預(yù)壓壓力，大小一般由半固化片情況決定。當(dāng)半固化片流動(dòng)度降低時(shí)，可適當(dāng)加大預(yù)壓壓力。     預(yù)壓階段時(shí)間受半固化片的特性、層壓溫度、緩沖紙厚度、印制板層數(shù)和印制板的大小影響。    如果預(yù)壓周期太短，即過早地施全壓，會(huì)造成樹脂流失過多，嚴(yán)重時(shí)會(huì)缺膠、分層；如果預(yù)壓周期太長，即施全壓太晚，層間空氣和揮發(fā)份排除的不徹底，間隙未被樹脂充滿，便會(huì)在多層板內(nèi)產(chǎn)生氣泡等缺陷。

14、因此，把握壓力變動(dòng)時(shí)機(jī)很重要。    當(dāng)半固化片流動(dòng)指標(biāo)低于30時(shí)，應(yīng)縮短預(yù)壓時(shí)間，甚至直接進(jìn)行全壓操作。    總之，由于預(yù)壓周期與半固化片的特性關(guān)系甚密，預(yù)壓周期并非是一層不變的，必須通過試壓后，在對(duì)層壓好的多層板進(jìn)行全面質(zhì)檢的基礎(chǔ)上，對(duì)預(yù)壓周期進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，方可正式投入生產(chǎn)。    (5)施全壓及保溫保壓    預(yù)壓結(jié)束后，在保持溫度不變的前提下，進(jìn)行轉(zhuǎn)壓施全壓操作。并按工藝參數(shù)要求進(jìn)行保溫保壓。    100T PHI壓機(jī)： 

15、   全壓壓力：1530Mpa(1530公斤平方厘米)，時(shí)間：90分鐘；    140T真空壓機(jī)(OEM公司)：    全壓壓力：11214Mpa(160200磅平方英寸)，時(shí)間：80分鐘；    當(dāng)半固化片流動(dòng)度降低時(shí)，可適當(dāng)加大全壓壓力。徹底完成排泡、填隙，保證厚度和最佳樹脂含量。     壓力轉(zhuǎn)換采用高溫轉(zhuǎn)換方式。即當(dāng)半固化片溫度升到115125時(shí)，由預(yù)壓轉(zhuǎn)為全壓。    (6)降溫保全壓(冷壓) &

16、#160;  全壓及保溫保壓操作結(jié)束后，可采用以下方式進(jìn)行冷壓操作：    停止壓機(jī)加熱，在保持壓力不變的條件下，使層壓板冷卻至室溫；    將層壓板轉(zhuǎn)至冷壓機(jī)，進(jìn)行冷壓操作。    (7)出模，脫模    當(dāng)層壓板溫度降至室溫后，打開壓機(jī)，取出模具；    在脫模專用工作臺(tái)上，去除模具銷釘，取出層壓板。    (8)切除流膠廢邊    層壓排出的余膠，呈不規(guī)則流涎的狀態(tài)，厚度

17、也不一致，為保證后道打孔，應(yīng)用剪床切去廢邊，切至坯料邊緣，但不能破壞定位孔；    當(dāng)板面出現(xiàn)扭曲或弓曲的不平整現(xiàn)象，應(yīng)校平處理，使翹曲量控制在對(duì)角線的05范圍之內(nèi)。    (9)打印編號(hào)    經(jīng)壓制后的多層印制板半成品，兩外層為銅箔，為防止混淆，應(yīng)及時(shí)用鋼印字符在產(chǎn)品輪廓之外的坯料上打印出圖號(hào)和壓制記錄編號(hào)，字跡必須清楚，不致造成錯(cuò)號(hào)。    (10)后固化處理     將板放入電熱恒溫干燥箱中，加熱到140并保持4小時(shí)。 

18、;   2.2 后定位系統(tǒng)層壓工藝技術(shù)    后定位系統(tǒng)簡(jiǎn)介     采用后定位系統(tǒng)進(jìn)行多層印制板的生產(chǎn)時(shí)，無需多層定位設(shè)備，直接使用銅箔和半固化片。與全部采用覆銅箔基材來進(jìn)行多層板的生產(chǎn)相比，除了省去多層板定位設(shè)備外，還可節(jié)省制作內(nèi)層線路時(shí)對(duì)外層的保護(hù)干膜和生產(chǎn)操作量；此外，能充分利用基材和設(shè)備，增加壓機(jī)每開口中之壓板數(shù)量，提高生產(chǎn)效率。    具體做法是：(1)于每內(nèi)層圖形邊框線外，按工藝要求添加三孔定位孔標(biāo)記；    (2)在內(nèi)層圖形邊框線

19、外四角處，按工藝要求添加工具孔標(biāo)記；    (3)制作內(nèi)層圖形，并于四角處沖制工具孔；    (4)進(jìn)行內(nèi)層單片的黑化處理；    (5)層壓前排板操作(對(duì)于四層以上的多層板，各內(nèi)層間通過專用鉚釘于工具孔位處進(jìn)行鉚接，以保證層間重合度；各內(nèi)層間按工藝要求填入半固化片。)；    (6)按工藝要求進(jìn)行層壓操作；    (7)拆板、點(diǎn)孔劃線、二次剪板后，于指示位置進(jìn)行銑銅皮、鉆定位孔操作。    222 后定位系統(tǒng)層壓工

20、藝流程    裁切半固化片 內(nèi)層單片黑化 內(nèi)層預(yù)排板 排板 層壓 拆板 點(diǎn)孔劃線 后切板 打制板號(hào) 后烘板 銑去定位孔銅皮 打定位孔 質(zhì)量檢驗(yàn)    (1) 裁切半固化片    將成卷之半固化片按工藝規(guī)定之尺寸要求，于專用半固化片裁切機(jī)上切成所需尺寸的大塊。半固化片種類主要有1080、2116和7628。    按工藝指定的物料及排板方式，計(jì)算需切半固化片的數(shù)量；    裁切半固化片前(及后)，需清潔臺(tái)面；    將

21、半固化片從輥架上拉出至所需尺寸后，進(jìn)行裁切；    切完每卷后，需用吸塵器吸除撒落之樹脂粉；    操作時(shí)需戴清潔手套；    樹脂布面不可折曲、不可有任何雜物，并保持樹脂布干燥；    切半固化片工作間需進(jìn)行凈化處理，并進(jìn)行溫、濕度控制。    按上述要求裁切之半固化片可直接用于排板及隨后之層壓生產(chǎn)。    (2)內(nèi)層單片黑化    內(nèi)層單片黑化采用：除油微蝕預(yù)浸黑化后浸之工藝流程；&

22、#160;   采用Mac Dermid公司提供之黑化藥水；    黑化后板之烘干條件為：溫度110120時(shí)間45分鐘；    黑化后板在排板間之存放時(shí)間有效期為48小時(shí)。    (3)內(nèi)層預(yù)排板    六層及以上層數(shù)之多層板需進(jìn)行該項(xiàng)操作。     按工藝指示選取內(nèi)層黑化單片間之半固化片種類和數(shù)量；    按單片工具孔位置于半固化片上沖制相應(yīng)之圓孔；   

23、 將黑化單片及中間夾層之半固化片于工具孔位置，采用專用鉚釘進(jìn)行鉚接；    上述操作需在凈化間內(nèi)進(jìn)行，且需進(jìn)行溫、濕度控制。    (4)排板    將經(jīng)黑化處理的四層板或經(jīng)預(yù)排板后之六層及以上板，按工藝規(guī)定之排板方式及對(duì)半固化片數(shù)量與尺寸和外層銅箔之要求，排成一BOOK。    將底板和規(guī)定數(shù)量之牛皮紙，運(yùn)至專用排板桌上；    按工藝要求檢查半固化片和銅箔；    用專用蠟布清潔鋼板，并置于牛皮紙上； 

24、   將銅箔放在鋼板上，注意光面朝下，然后用蠟布于鋼板及銅箔間再次清潔一次：(也有預(yù)先清潔鋼板及銅箔，并采用熱熔膠粘貼銅箔將之粘在一起的方法。)    將所需之半固化片置于銅箔上，清除可能帶有之雜物；    將內(nèi)層板放在樹脂布上，消除可能粘附于內(nèi)層板上之雜物(由于采用拼板操作，需按工藝要求進(jìn)行內(nèi)層板之排列)；    將半固化片置于內(nèi)層板上(放置前須先進(jìn)行翻轉(zhuǎn))；    將所需之銅箔放在半固化片上，銅箔光面朝上；    用蠟布清

25、潔銅箔表面，同時(shí)將清潔好一面之鋼板置于銅箔上；    再次清潔鋼板另一表面；    重復(fù)進(jìn)行至操作，直至完成工藝規(guī)定之每BOOK層壓多層板之?dāng)?shù)量；    將所需數(shù)量之牛皮紙放在鋼板上，然后將鋁面板放在牛皮紙上，此BOOK排板便完成。    (5)層壓    采用程序升溫，通過預(yù)壓經(jīng)轉(zhuǎn)壓直至高壓的層壓模式。所用壓機(jī)為800T真空層壓機(jī)，配置為兩臺(tái)熱壓機(jī)、一臺(tái)冷壓機(jī)。    層壓前，檢查爐門膠邊是否正常； &#

26、160;  入爐時(shí)，檢查溫度是否在155165    根據(jù)工藝規(guī)定之層壓參數(shù)，用模擬程序進(jìn)行調(diào)較壓力；    待壓板入爐，抽真空至6070mmHg，按工藝要求進(jìn)行熱壓，整個(gè)過程約需140分鐘；    將熱壓完成之板轉(zhuǎn)至冷壓機(jī)中，調(diào)校壓力至160kg/cm2進(jìn)行冷壓操作，需時(shí)80分鐘；    考慮到冷壓時(shí)間，兩熱壓機(jī)之壓板間隔最佳時(shí)間為90分鐘。    整個(gè)層壓過程，需有自動(dòng)繪制溫度曲線儀，此外尚需記錄有關(guān)壓板資料，便于質(zhì)量追蹤。參見下表

27、3。 表 3 層壓過程參數(shù)記錄 層壓前檢查記錄日期/班次壓機(jī)號(hào) 程序號(hào)入板前爐溫檢查（要求：160±5）早班A5L1L2L3L4L5L6L7158 161162160160159160層壓過程記錄初段壓板末段壓板入爐時(shí)間7：16轉(zhuǎn)壓時(shí)間7：54初段壓力15kg/cm2末段壓力76kg/cm2真空壓力63mmHG出爐時(shí)間9：36轉(zhuǎn)壓報(bào)警狀況：正常    （6）拆板    卸去每BOOK之頂部面板，除去牛皮紙；    清除鋼板，并清潔之；(所有鋼板間須以海綿片隔開。)    將板號(hào)用記號(hào)筆寫于板邊，并置于可移動(dòng)之桌上；(板間以牛皮紙隔開。)    重復(fù)操作，直至拆除所有板。    (7)點(diǎn)孔劃線    參照工藝規(guī)定的排板方式，用不脫色水筆點(diǎn)出每板之三個(gè)定位孔位置；    用鉛筆及相應(yīng)板號(hào)之模版，劃出板料之四角；