多層印制板層壓工藝技術(shù)及品質(zhì)控制

多層印制板層壓工藝技術(shù)及品質(zhì)控制
??? 多層印制板是由三層以上的導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，并達到設計要求規定的層間導電圖形互連。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(lèi)PCB產(chǎn)品。隨著(zhù)電子技術(shù)朝高速、多功能、大容量和便攜低耗方向發(fā)展，多層印制板的應用越來(lái)越廣泛，其層數及密度也越來(lái)越高，相應之結構也越來(lái)越復雜。
??? 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(shù)脂后，烘去溶劑制成的一種片狀材料。其中的樹(shù)脂處于B階段，在溫度和壓力作用下，具有流動(dòng)性并能迅速地固化和完成粘結。)將導電圖形在高溫、高壓下粘合起來(lái)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的不同，可分為前定位系統層壓技術(shù)和后定位系統層壓技術(shù)。前者須采用銷(xiāo)釘進(jìn)行各層間的定位，而后者則無(wú)須采用銷(xiāo)釘進(jìn)行定位，因而更適用于大規模的工業(yè)化生產(chǎn)。
??? 此外，銷(xiāo)釘進(jìn)行定位的層壓過(guò)程，一般采用電加熱系統；而無(wú)銷(xiāo)釘進(jìn)行定位的層壓過(guò)程，則通常采用油加熱系統。下面將對其分別進(jìn)行討論。
??? 2．1 前定位系統層壓工藝技術(shù)
??? 2．1．1 前定位系統簡(jiǎn)介
??? 電路圖形的定位系統是貫穿于多層底片制作、內外層圖形轉移、層壓和數控鉆孔等工序的一個(gè)共性問(wèn)題。多層印制板中的每一層電路圖形，相對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。這對于高層數、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(guò)的銷(xiāo)釘定位法，有兩圓孔銷(xiāo)釘定位法、一孔一槽銷(xiāo)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備，在照相模版、內層單片上沖制出四個(gè)槽孔。然后利用相應的四個(gè)槽形銷(xiāo)來(lái)實(shí)現圖形轉移、疊片、層壓和數控鉆孔等一系列工序的定位。參見(jiàn)圖表一。
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圖 1 多層印制板定位系統有關(guān)尺寸示意
表 1 多層印制板四槽定位系列表
編號?多層板外形尺寸?坯料板尺寸?定位槽中心距尺寸 ?光繪標靶尺寸
?a?b?X?Y?2XA?2YA?r'
1?≤260.35?≤209.55?12″?10″?11.25″?9.25″?3.5″
???304.8?254?285.75?234.95?88.9
2?≤285.75?≤234.95?13″?11″?12.25″?10.25″?4″
???330.2 ?279.4?311.15?260.35?101.6
3?≤311.15?≤209.55?14″?10″?13.25″?9.25″?3.5″
???355.6 ?254?336.55 ?234.95?88.9
4?≤361.95?≤260.35?16″?12″?15.25″?11.25″?4.5″
???406.4?304.8?387.35 ?285.75 ?114.3
5?≤412.75?≤311.15?18″?14″?17.25″?13.25″ ?5.5″
???457.2?355.6?438.15?336.55?139.7
6?≤514.35?≤438.15? 22″?19″?21.25″?18.25″?8″
???558.8?482.6?539.75?463.55?203.2
7?　?　?　?　?　?　?　
???　?　?　?　?　
??? 2.1.2 前定位系統層壓工藝流程??
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??? 2.1．2．1詳細工藝過(guò)程
??? 按前定位系統進(jìn)行的多層印制板的層壓，過(guò)去大多采用全單片層壓技術(shù)，在整個(gè)內層圖形的制作過(guò)程中，須對外層之單面進(jìn)行保護，不但給制作帶來(lái)了麻煩，且生產(chǎn)效率低；尤其對于四層板會(huì )產(chǎn)生板面翹曲等問(wèn)題?，F普遍采用銅箔的復合層壓技術(shù)，每開(kāi)口可壓制2~3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(wèn)題。(若采用后定位系統進(jìn)行層壓，盡管還是采用相同的壓機，由于不采用笨重的模具，原壓機每開(kāi)口甚至可壓制6塊多層板。)下面僅就采用銅箔的復合層壓技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
??? (1)半固化片準備
??? 半固化片由杭州臨安國際層壓板材有限公司提供。規格參見(jiàn)表2。
表 2 半固化片（PREPREG）
型 號 ?樹(shù)脂含量%?凝膠化時(shí)間（s）?流動(dòng)度%?厚度（mm）
1080?62±5 ?140±20? 38±5 ?0.06~0.07
?2116?52±4?140±20?30±5?0.10~0.11

??? [注]半固化片準備注意事項：
??? ①在清潔無(wú)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(cháng)寬各放大10mm；
??? ②在定位孔位置，成疊用臺鉆打定位孔，孔徑比定位銷(xiāo)直徑大1．5~2．0mm；
??? ③凡半固化片上出現有纖維折斷、大顆粒膠狀物、雜質(zhì)等缺陷的應予剔除，操作應戴清潔的細紗手套，嚴禁手汗、油脂污染；
??? ④裁切半固化片時(shí)，要戴口罩，以免吸入樹(shù)脂粉。宜穿長(cháng)衫褲，避免樹(shù)脂粉粘在皮膚而導致痕癢或過(guò)敏。同時(shí)，應避免樹(shù)脂粉進(jìn)入眼睛；
??? ⑤裁切加工好的半固化片，應及時(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。在真空存貯柜中排濕應大于48小時(shí)；
??? ⑥對新到半固化片應進(jìn)行性能測定。隨著(zhù)保管期的增長(cháng)，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)，是工藝參數確定的基礎。有關(guān)性能測定方法和計算，詳見(jiàn)質(zhì)量控制部分。
??? (2)內層單片的黑化及干燥
??? ①內層印制板黑化工藝流程
??? 上板→除油→水洗→水洗→微蝕→二級逆流水洗→預浸→黑化→水洗→水洗→還原→熱水洗→水洗→下板
??? ②采用安美特公司提供之黑化溶液；
??? ③微蝕速率控制范圍：1．0—2．0μm／cycle。方法參見(jiàn)質(zhì)量控制部分；
??? ④黑化稱(chēng)重控制范圍：0．2—0．35mg/cm2。方法參見(jiàn)質(zhì)量控制部分；
??? ⑤外觀(guān)干燥后，表面呈黑色，輕擦無(wú)黑色粉末落下；
??? ⑥檢驗層壓后作抗剝強度試驗，抗剝強度應在2．0N／mm以上；
??? ⑦黑化后的單片用掛鉤吊掛于電熱恒溫干燥箱中，90~100℃，烘干去濕至少60分鐘。
??? (3)裝模前的其它要求
??? ①新領(lǐng)的壓模應用汽油將保護油脂清洗干凈，在用的模具應清除表面粘污的樹(shù)脂粉塵，清洗過(guò)程不得劃傷表面，模具表面不得有凹坑和凸起的顆粒；
??? ②用0．05mm聚酯薄膜作脫膜料，防止流出的環(huán)氧樹(shù)脂與壓模粘結，切料尺寸約大于壓模15~20mm，在定位銷(xiāo)部位沖孔或鉆孔，孔徑大于定位銷(xiāo)2mm；
??? ③電爐板應墊以10層左右的牛皮紙，一方面為傳熱緩沖層，同時(shí)保護爐板不致拉傷。對于不平整的模具、銷(xiāo)釘高出上模、模具尺寸小于200mm×200mm者，應有相應措施，否則不允許直接施壓，防止造成局部變形，損傷爐板平整度；
??? ④半固化片填入的張數應根據內層單片的總厚度、產(chǎn)品設計厚度要求或工藝卡片標注的工藝要求、壓制時(shí)所實(shí)際采用的半固化片型號、實(shí)際性能和試壓后的實(shí)際厚度來(lái)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象)；
??? ⑥對于重量較大的模具，進(jìn)出模時(shí)防止砸傷。
??? (4)入模預壓
??? 入模預壓之前，壓機應先升溫至175±2℃，以保證入模后立即開(kāi)始層壓。
??? ①100T PHI壓機：
??? 預壓壓力：0．8~1．5Mpa(8~15公斤／平方厘米)，時(shí)間：4~8分鐘；
??? ②140T真空壓機(OEM公司)：
??? 預壓壓力：0．56~0．7Mpa(80~100磅／平方英寸)，時(shí)間：7~8分鐘；
??? 預壓后擠氣1分鐘；
??? ③入模后施加的預壓壓力，大小一般由半固化片情況決定。當半固化片流動(dòng)度降低時(shí)，可適當加大預壓壓力。
??? ④預壓階段時(shí)間受半固化片的特性、層壓溫度、緩沖紙厚度、印制板層數和印制板的大小影響。
??? 如果預壓周期太短，即過(guò)早地施全壓，會(huì )造成樹(shù)脂流失過(guò)多，嚴重時(shí)會(huì )缺膠、分層；如果預壓周期太長(cháng)，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(shù)脂充滿(mǎn)，便會(huì )在多層板內產(chǎn)生氣泡等缺陷。因此，把握壓力變動(dòng)時(shí)機很重要。
??? 當半固化片流動(dòng)指標低于30％時(shí)，應縮短預壓時(shí)間，甚至直接進(jìn)行全壓操作。
??? 總之，由于預壓周期與半固化片的特性關(guān)系甚密，預壓周期并非是一層不變的，必須通過(guò)試壓后，在對層壓好的多層板進(jìn)行全面質(zhì)檢的基礎上，對預壓周期進(jìn)行適當的調整，方可正式投入生產(chǎn)。
??? (5)施全壓及保溫保壓
??? 預壓結束后，在保持溫度不變的前提下，進(jìn)行轉壓施全壓操作。并按工藝參數要求進(jìn)行保溫保壓。
??? ①100T PHI壓機：
??? 全壓壓力：1．5~3．0Mpa(15~30公斤／平方厘米)，時(shí)間：90分鐘；
??? ②140T真空壓機(OEM公司)：
??? 全壓壓力：1．12~1．4Mpa(160~200磅／平方英寸)，時(shí)間：80分鐘；
??? ③當半固化片流動(dòng)度降低時(shí)，可適當加大全壓壓力。徹底完成排泡、填隙，保證厚度和最佳樹(shù)脂含量。
??? ④壓力轉換采用高溫轉換方式。即當半固化片溫度升到115~125℃時(shí)，由預壓轉為全壓。
??? (6)降溫保全壓(冷壓)
??? 全壓及保溫保壓操作結束后，可采用以下方式進(jìn)行冷壓操作：
??? ①停止壓機加熱，在保持壓力不變的條件下，使層壓板冷卻至室溫；
??? ②將層壓板轉至冷壓機，進(jìn)行冷壓操作。
??? (7)出模，脫模
??? ①當層壓板溫度降至室溫后，打開(kāi)壓機，取出模具；
??? ②在脫模專(zhuān)用工作臺上，去除模具銷(xiāo)釘，取出層壓板。
??? (8)切除流膠廢邊
??? ①層壓排出的余膠，呈不規則流涎的狀態(tài)，厚度也不一致，為保證后道打孔，應用剪床切去廢邊，切至坯料邊緣，但不能破壞定位孔；
??? ②當板面出現扭曲或弓曲的不平整現象，應校平處理，使翹曲量控制在對角線(xiàn)的0．5％范圍之內。
??? (9)打印編號
??? 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和壓制記錄編號，字跡必須清楚，不致造成錯號。
??? (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)。
??? 2.2 后定位系統層壓工藝技術(shù)
??? 2.2.1 后定位系統簡(jiǎn)介
??? 采用后定位系統進(jìn)行多層印制板的生產(chǎn)時(shí)，無(wú)需多層定位設備，直接使用銅箔和半固化片。與全部采用覆銅箔基材來(lái)進(jìn)行多層板的生產(chǎn)相比，除了省去多層板定位設備外，還可節省制作內層線(xiàn)路時(shí)對外層的保護干膜和生產(chǎn)操作量；此外，能充分利用基材和設備，增加壓機每開(kāi)口中之壓板數量，提高生產(chǎn)效率。
??? 具體做法是：(1)于每?jì)葘訄D形邊框線(xiàn)外，按工藝要求添加三孔定位孔標記；
??? (2)在內層圖形邊框線(xiàn)外四角處，按工藝要求添加工具孔標記；
??? (3)制作內層圖形，并于四角處沖制工具孔；
??? (4)進(jìn)行內層單片的黑化處理；
??? (5)層壓前排板操作(對于四層以上的多層板，各內層間通過(guò)專(zhuān)用鉚釘于工具孔位處進(jìn)行鉚接，以保證層間重合度；各內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(xiàn)、二次剪板后，于指示位置進(jìn)行銑銅皮、鉆定位孔操作。
??? 2．2．2 后定位系統層壓工藝流程
??? 裁切半固化片 → 內層單片黑化 → 內層預排板 → 排板 → 層壓 → 拆板 → 點(diǎn)孔劃線(xiàn) → 后切板 → 打制板號 → 后烘板 → 銑去定位孔銅皮 → 打定位孔 → 質(zhì)量檢驗
??? (1) 裁切半固化片
??? 將成卷之半固化片按工藝規定之尺寸要求，于專(zhuān)用半固化片裁切機上切成所需尺寸的大塊。半固化片種類(lèi)主要有1080、2116和7628。
??? ①按工藝指定的物料及排板方式，計算需切半固化片的數量；
??? ②裁切半固化片前(及后)，需清潔臺面；
??? ②將半固化片從輥架上拉出至所需尺寸后，進(jìn)行裁切；
??? ④切完每卷后，需用吸塵器吸除撒落之樹(shù)脂粉；
??? ⑤操作時(shí)需戴清潔手套；
??? ⑥樹(shù)脂布面不可折曲、不可有任何雜物，并保持樹(shù)脂布干燥；
??? ⑦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)內層單片黑化
??? ①內層單片黑化采用：除油→微蝕→預浸→黑化→后浸之工藝流程；
??? ②采用Mac Dermid公司提供之黑化藥水；
??? ③黑化后板之烘干條件為：溫度110~120℃時(shí)間45分鐘；
??? ④黑化后板在排板間之存放時(shí)間有效期為48小時(shí)。
??? (3)內層預排板
??? 六層及以上層數之多層板需進(jìn)行該項操作。
??? ①按工藝指示選取內層黑化單片間之半固化片種類(lèi)和數量；
??? ②按單片工具孔位置于半固化片上沖制相應之圓孔；
??? ③將黑化單片及中間夾層之半固化片于工具孔位置，采用專(zhuān)用鉚釘進(jìn)行鉚接；
??? ④上述操作需在凈化間內進(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)預排板后之六層及以上板，按工藝規定之排板方式及對半固化片數量與尺寸和外層銅箔之要求，排成一BOOK。
??? ①將底板和規定數量之牛皮紙，運至專(zhuān)用排板桌上；
??? ②按工藝要求檢查半固化片和銅箔；
??? ③用專(zhuān)用蠟布清潔鋼板，并置于牛皮紙上；
??? ④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。)
??? ⑤將所需之半固化片置于銅箔上，清除可能帶有之雜物；
??? ⑥將內層板放在樹(shù)脂布上，消除可能粘附于內層板上之雜物(由于采用拼板操作，需按工藝要求進(jìn)行內層板之排列)；
??? ⑦將半固化片置于內層板上(放置前須先進(jìn)行翻轉)；
??? ⑧將所需之銅箔放在半固化片上，銅箔光面朝上；
??? ⑨用蠟布清潔銅箔表面，同時(shí)將清潔好一面之鋼板置于銅箔上；
??? ⑩再次清潔鋼板另一表面；
??? ⑾重復進(jìn)行④至⑩操作，直至完成工藝規定之每BOOK層壓多層板之數量；
??? ⑿將所需數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(guò)預壓經(jīng)轉壓直至高壓的層壓模式。所用壓機為800T真空層壓機，配置為兩臺熱壓機、一臺冷壓機。
??? ①層壓前，檢查爐門(mén)膠邊是否正常；
??? ②入爐時(shí)，檢查溫度是否在155~165℃
??? ③根據工藝規定之層壓參數，用模擬程序進(jìn)行調較壓力；
??? ④待壓板入爐，抽真空至60~70mmHg，按工藝要求進(jìn)行熱壓，整個(gè)過(guò)程約需140分鐘；
??? ⑤將熱壓完成之板轉至冷壓機中，調校壓力至160kg/cm2進(jìn)行冷壓操作，需時(shí)80分鐘；
??? ⑥考慮到冷壓時(shí)間，兩熱壓機之壓板間隔最佳時(shí)間為90分鐘。
??? ⑦整個(gè)層壓過(guò)程，需有自動(dòng)繪制溫度曲線(xiàn)儀，此外尚需記錄有關(guān)壓板資料，便于質(zhì)量追蹤。參見(jiàn)下表3。

表 3 層壓過(guò)程參數記錄
層壓前檢查記錄
日期/班次?壓機號 ?程序號?入板前爐溫檢查（要求：160±5℃）
早班?A?5?L1?L2?L3?L4?L5?L6?L7
　?　?　?158 ?161?162?160?160?159?160
層壓過(guò)程記錄
初段壓板?末段壓板
入爐時(shí)間?7：16?轉壓時(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
轉壓報警狀況：正常

??? （6）拆板
??? ①卸去每BOOK之頂部面板，除去牛皮紙；
??? ②清除鋼板，并清潔之；(所有鋼板間須以海綿片隔開(kāi)。)
??? ②將板號用記號筆寫(xiě)于板邊，并置于可移動(dòng)之桌上；(板間以牛皮紙隔開(kāi)。)
??? ④重復②—③操作，直至拆除所有板。
??? (7)點(diǎn)孔劃線(xiàn)
??? ①參照工藝規定的排板方式，用不脫色水筆點(diǎn)出每板之三個(gè)定位孔位置；
??? ②用鉛筆及相應板號之模版，劃出板料之四角；
??? ③凡六層以上板，點(diǎn)定位孔或劃線(xiàn)時(shí)，可先以四個(gè)工具孔與板料所呈現之四個(gè)釘孔位置重疊正確后，方可點(diǎn)孔劃線(xiàn)。
??? (8)后切板
??? ①剪床面用牛皮紙鋪平，紙面不能沾有任何污漬或碎屑；
??? ②按工藝規定之成品板外形尺寸，參照劃線(xiàn)位置，校妥剪床尺寸后進(jìn)行切板；
??? ③剪完第一塊板后，須進(jìn)行尺寸檢驗。合格后，剪余下之板；
??? ④板與板間須用牛皮紙進(jìn)行分隔。
??? 也可預先制作該板號之外形框架，將其置于板上進(jìn)行下料。(可提高生產(chǎn)效率及外形尺寸的一致性。)
??? (9)打制板號
??? 將每件板的右上角打上鋼印板號，避免混板的現象發(fā)生。(操作時(shí)，板須平放于臺上，不可用手托住尾部，造成曲板。)
??? (10)后烘板
??? 使板料收縮情況穩定，消除冷壓所未能去除之內應力，便于客戶(hù)接板后立即進(jìn)行鉆孔操作。
??? ①將已打板號之板料，用蠟布進(jìn)行表面清潔，板間用尺寸相符之牛皮紙分隔；
??? ②入爐前，先清潔每疊之墊底厚鋼板，然后入板。每疊板不超過(guò)15件，每疊板面需放置薄鋼板一件；
??? ②烘板時(shí)間為4小時(shí)，溫度控制在125~135℃（每批板入爐及出爐，均需填寫(xiě)記錄。）
??? ④板料出爐后，需冷至室溫后，方可進(jìn)行下道工序操作。
??? (11)銑去定位孔銅皮
??? 將切成規定尺寸及標示定位孔位置的多層板，用專(zhuān)用銑銅皮機銑去定位孔位置之表面銅皮，以備下道工序操作。(板間需用牛皮紙分隔，避免刮花及損耗。)
??? (12)打定位孔
??? 用多層板定位孔專(zhuān)用打靶機，進(jìn)行三個(gè)定位孔的制作。(分半自動(dòng)和全自動(dòng)打靶機。)