多層印制板層壓工藝技術(shù)及品質(zhì)控制(二)

1、多層印制板層壓工藝技術(shù)及品質(zhì)控制（二）3 層壓過(guò)程之品質(zhì)控制簡(jiǎn)介    31 前定位系統(tǒng)層壓過(guò)程品質(zhì)控制    311 半固化片來(lái)料品質(zhì)控制    凡新購(gòu)進(jìn)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(yàn)材料是否符合要求，應(yīng)對(duì)材料性能進(jìn)行測(cè)定。在材料入庫(kù)保存期超過(guò)三個(gè)月后，由于材料隨著存放期延長(zhǎng)產(chǎn)生老化現(xiàn)象，也應(yīng)進(jìn)行測(cè)試以判定材料是否適合生產(chǎn)需要。具體性能測(cè)試有樹(shù)脂含量測(cè)試、樹(shù)脂流動(dòng)度測(cè)試、揮發(fā)物含量測(cè)試和凝膠化時(shí)間測(cè)試。    (1)樹(shù)脂含量測(cè)試 

2、   取樣    試樣為正方形，其對(duì)角線平行于經(jīng)紗斜切而成，尺寸為4×4英寸，共計(jì)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(cè)，但到邊緣的距離不得小于1英寸。    測(cè)試    把試樣放入坩堝中(坩堝應(yīng)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(shí)間不少于30分鐘，從爐中取出坩堝和殘?jiān)?，放入干燥器里，冷卻至室溫，稱重量精確至1mg。    注：爐溫應(yīng)控制在不造成玻璃布有熔融現(xiàn)

3、象，而且樹(shù)脂應(yīng)完全灼燒呈全白狀態(tài)，否則應(yīng)延長(zhǎng)時(shí)間或調(diào)整溫度重新制作。    計(jì)算    G()(m1m2)/m1×100    式中：G半固化片樹(shù)脂含量百分?jǐn)?shù)；m1試樣重量；m2失去樹(shù)脂后玻璃布重量。    記錄    將測(cè)試的三組試樣，分別記錄結(jié)果。    說(shuō)明：如果沒(méi)有馬福爐，可作一般精度的測(cè)試。樣品用濃硫酸將樹(shù)脂徹底溶解后，用水洗滌干凈，100110烘干，取樣品原重與失去樹(shù)脂后重量，按上述公式計(jì)算。&

4、#160;   (2)樹(shù)脂流動(dòng)度測(cè)試    取樣    試樣為正方形，邊長(zhǎng)4×4英寸，精確至0.01英寸，切割方向?yàn)閷?duì)角線平行于經(jīng)紗斜切，樣品總重20克為一組，共3組。重量精確至0005克。    測(cè)試    每組以布紋方向一至疊合在一起，放于兩平板模具內(nèi)，壓機(jī)預(yù)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(kāi)機(jī)取件冷卻至室溫。   

5、切取一個(gè)正方形，其邊與試樣對(duì)角線平行，邊長(zhǎng)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(duì)角線交點(diǎn)。    用分析天平稱取小方塊重量，精確至0005克。    計(jì)算    n()(m12m2)m1×100     式中：n樹(shù)脂流動(dòng)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(cè)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?yàn)閷?duì)角線平行于經(jīng)紗，每個(gè)試樣的一個(gè)角沖上一個(gè)直徑18英寸(3175mm)孔，每種半固化片切取三塊試樣，切取試樣時(shí)，兩邊離半固化片邊緣距離不小于1英寸。    測(cè)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(fēng)干燥箱內(nèi)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(duì)試樣稱重時(shí)，環(huán)境相對(duì)濕度應(yīng)低于65，快速稱重，精確至1mg。    計(jì)算   

7、W()(m1m2)m1×100    式中：W揮發(fā)份百分?jǐn)?shù)；m1干燥前試樣重量，g；m2干燥后試樣重量，g。    (4)凝膠化時(shí)間測(cè)試    測(cè)定用設(shè)備    凝膠化時(shí)間測(cè)試儀。    取樣    按前同樣方法裁切200mm×200mm試樣三張。    測(cè)定     取一張半固化片試樣，從中取出樹(shù)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(shù)脂能成為不斷的絲狀物，即為已固化。記錄樹(shù)脂粉由熔融狀態(tài)至能拉起樹(shù)脂間的時(shí)間，即為凝膠化時(shí)間。三件試樣分三次測(cè)試，取三次時(shí)間的算術(shù)平均值為準(zhǔn)。(在每做完一次測(cè)試后，應(yīng)立即消除廢膠，清潔平底孔。)    31.2 內(nèi)層單片黑化質(zhì)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(cè)試方法：    a.FR4雙面無(wú)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(cè)試方法：    a.FR-4雙面無(wú)鉆孔基板，切成72cm×72cm試面；    b隨生產(chǎn)板掛入缸內(nèi)，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(nèi)層單片黑化操作過(guò)程控制記錄(參見(jiàn)下表4)表 4 多層印制板內(nèi)層黑化操作過(guò)程控制表令  號(hào)圖  號(hào)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(yù) 浸黑 化還  原備 注：操作者：               

12、;       監(jiān)控者：年   月    日    3124 增加內(nèi)層結(jié)合力、減少楔形空洞及粉紅圈缺陷的產(chǎn)生    在制造多層印制板的制程中，許多年以來(lái)，銅表面的氧化(或黑氧化)工藝是內(nèi)層板銅表面處理所普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)。由于處理后的表面狀況，銅的氧化層表面對(duì)于內(nèi)層單片與半固化片間提供了較高的結(jié)合力。但隨著印制電路技術(shù)的發(fā)展（如更高的層數(shù)、更細(xì)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(shù)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(shù)的出現(xiàn)，如直接電鍍技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)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(nèi)層孔環(huán)之黑化層側(cè)緣，常受到各種強(qiáng)酸槽液的橫向攻擊，其微切片截面上會(huì)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(shí)，甚至?xí)霈F(xiàn)板外也可見(jiàn)到的粉紅圈(Pink Ring)。對(duì)于這種Wedge Void發(fā)生的比例，“直接電鍍”要比傳統(tǒng)的“化學(xué)沉銅”發(fā)生的更多，原因是化學(xué)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(wú)化學(xué)沉銅層之迅速沉積層，又無(wú)電鍍銅之及時(shí)保

14、護(hù)下，一旦黑化層被攻擊成破口時(shí)，將會(huì)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(jié)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(qiáng)(Multibond Enhancer)    通過(guò)使用Multibond SR和Multibond Enhancer改進(jìn)并發(fā)展了Multibond處理工藝，可有效增加對(duì)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(yàn)證明，氧化表面未經(jīng)還原處理，則有粉紅圈現(xiàn)象；而氧化表面經(jīng)Multibond SR還原處理后，則沒(méi)有粉紅圈現(xiàn)象產(chǎn)生。    當(dāng)還原處理后的板處于濕、熱環(huán)境下時(shí)，再次被氧化的可能性很大。Multibond Enhancer專門(mén)被用來(lái)阻止經(jīng)Multibond SR還原處理后的表面再次被氧化。其結(jié)果是，經(jīng)Multibond Enh

16、ancer處理后，抵抗酸侵蝕的能力得到了進(jìn)一步的提高、黑化處理后板直至層壓這一段的存放時(shí)間得以延長(zhǎng)、消滅了粉紅圈現(xiàn)象、在隨后進(jìn)行的制程中無(wú)楔形空洞出現(xiàn)。    (2)寶利得科技有限公司(Polyclad Technologies)針對(duì)粉紅圈現(xiàn)象的產(chǎn)生，也提出了相應(yīng)的對(duì)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(jìn)行，也達(dá)到了提高結(jié)合力，消滅了粉紅圈現(xiàn)象的出現(xiàn)。    (3)為進(jìn)一步解決多層板內(nèi)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(jié)晶之厚度不易掌控，細(xì)密線路中容易出現(xiàn)短路，內(nèi)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(kāi)發(fā)了薄板輸送與槽液噴流技術(shù)。它具有以下特點(diǎn)：     僅需三站、數(shù)分鐘內(nèi)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(jìn)行超薄板(50)的制作；    具有最佳的有機(jī)金屬膜之耐酸性，見(jiàn)下表5；表 5 有機(jī)金屬

18、膜之耐酸性對(duì)比Non Reduced OxideReduced OxideBondFilmAcid resistance（secs）357080>400    可提高內(nèi)層的固著力；    增長(zhǎng)壓合前所需的等待時(shí)間；    操作范圍寬廣，藥液壽命長(zhǎng)。    31.3 正式生產(chǎn)前之試壓    為保證多層印制板的層壓質(zhì)量，每批半固化片投產(chǎn)壓制前，應(yīng)擬訂具體壓制的工藝方案進(jìn)行試壓，試件進(jìn)行厚度測(cè)量、耐焊性能試驗(yàn)、分層起泡狀態(tài)的評(píng)定及抗彎強(qiáng)度測(cè)量，符

19、合產(chǎn)品性能要求后，方可正式進(jìn)行產(chǎn)品壓制。(試壓用的內(nèi)層單片可用同批產(chǎn)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(zhì)量控制要數(shù)    (1)層壓后板面銅箔與絕緣基材的粘接強(qiáng)度測(cè)試；    (2)將外層銅蝕刻掉，檢查多層板內(nèi)層應(yīng)無(wú)肉眼可見(jiàn)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(wú)分層起泡現(xiàn)象；    (4)壓制件應(yīng)保留足夠的膠

20、量，板子的靜抗彎強(qiáng)度不低于1.6×108Pa；    (5)內(nèi)層圖形相對(duì)位置和各層連接盤(pán)的同心度必須符合設(shè)計(jì)要求；    (6)壓制后的多層板厚度應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖紙或工藝卡的具體規(guī)定；    (7)板面應(yīng)平整，其扭曲或弓曲最大量為對(duì)角線的05；    (8)外層銅箔上應(yīng)無(wú)環(huán)氧樹(shù)脂、脫模劑或其他油脂污染，銅箔表面應(yīng)無(wú)劃傷的痕跡，無(wú)雜質(zhì)造成的壓坑；    (9)粘結(jié)層內(nèi)應(yīng)無(wú)灰塵、外來(lái)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(wú)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(cuò)位不重合，在后道工序(蝕刻后)可觀測(cè)到時(shí)，均屬壓制廢品。    315 多層板層壓操作過(guò)程控制記錄（參見(jiàn)下表6）表 6 多層印制板層壓過(guò)程控制表操作者_(dá)監(jiān)控者 _工作令號(hào)制造時(shí)間層  數(shù)生產(chǎn)數(shù)量面  積疊板數(shù)半固化片代號(hào)半固化片張數(shù)壓板機(jī)號(hào)牛皮紙數(shù)量初壓時(shí)間初壓壓力全壓時(shí)間全壓壓力壓制溫度真  空備  注    3.1.6

22、 針對(duì)多層印制板翹曲的幾項(xiàng)措施    由于PCB產(chǎn)生翹曲的因素很多且復(fù)雜，PCB翹曲度大多是諸多因素綜合的結(jié)果。以下僅從多層印制板制作的工藝角度進(jìn)行簡(jiǎn)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(shù)脂的過(guò)程中抗張強(qiáng)度大，拉伸小，因而其熱應(yīng)力小，制成的PCB翹曲度小。    (2)在內(nèi)層單片進(jìn)行圖形制作前，需進(jìn)行應(yīng)力釋放之預(yù)烘處理。一般控制溫度在120左右，烘烤4小時(shí)，待其冷至室溫后再出板。  &

23、#160; (3)排板操作時(shí)，半固化片需對(duì)稱鋪設(shè)。半固化片是由玻璃布涂覆環(huán)氧樹(shù)脂而成的，玻璃布的經(jīng)向在織布、涂覆樹(shù)脂、烘干等過(guò)程中，均處于張力狀態(tài)，因而經(jīng)向的熱膨脹系數(shù)大于緯向的熱膨脹系數(shù)；同時(shí)，上、下兩面之熱膨脹系數(shù)也有差別。因此，采用對(duì)稱原理鋪設(shè)半固化片，由于鏡面效應(yīng)應(yīng)使熱應(yīng)力互補(bǔ)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(nèi)層單片的厚度(33mil)，“(22)”指內(nèi)層單片表面銅箔厚度為20Z。 &

24、#160;  (4)考慮到內(nèi)層單片與半固化片之經(jīng)緯向匹配問(wèn)題對(duì)多層印制板翹曲度的影響，對(duì)采用四槽銷釘定位的6種規(guī)格尺寸的內(nèi)層單片、半固化片及銅箔的下料方式、尺寸等繪制了簡(jiǎn)單示意圖(參見(jiàn)圖二)，便于過(guò)程質(zhì)量控制。圖 二 多層板內(nèi)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(guò)程中，施壓方式和壓力大小對(duì)層壓板的翹曲度有較大影響。試驗(yàn)證明：在采取兩段加壓方式(低壓810分鐘，高壓90分鐘。)進(jìn)行層壓操作時(shí)，若將高壓階段之后30分鐘進(jìn)行適當(dāng)降壓處理(熱壓壓力下降約20)，有利于消除

28、高壓產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力，均衡基板壓合時(shí)因壓力損降不同而造成之不同區(qū)域殘余應(yīng)力間的差異，對(duì)改善基板之尺寸穩(wěn)定性及翹曲十分有利。     (6)導(dǎo)制層壓板翹曲的應(yīng)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(chǎn)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(gè)“bottom stress”，這就是形成翹曲的原因。因此，熱壓時(shí)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(duì)基板的尺寸穩(wěn)定性和避免翹曲的產(chǎn)生是有利的。    (7)熱壓操作后的冷壓操作，對(duì)降低翹曲度有較大作用。由于銅箔、玻璃布及環(huán)氧樹(shù)脂的熱膨脹系數(shù)的差異，必須采用適當(dāng)?shù)慕禍厮俾?，使固化后的?shù)脂有一定時(shí)間來(lái)松弛殘余熱應(yīng)力，特別是固化樹(shù)脂的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度附近，應(yīng)盡可能使用較低的降溫速率。    (8)印制板在其整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，總會(huì)存在殘余應(yīng)力而導(dǎo)致PCB翹曲。采用熱壓釋放殘余應(yīng)力、改善PCB翹曲度，是目前普遍應(yīng)用的方法。由于PCB在層壓后或加工中的殘余應(yīng)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(lái)。如果在一定的加熱條件下

30、，適當(dāng)加上一定的壓力來(lái)“誘導(dǎo)”殘余應(yīng)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(yīng)力的壓力，一般為層壓壓力的1/415。)    (9)層壓時(shí)，各基板間所用之金屬隔板的種類對(duì)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(wèn)題。因受熱不均會(huì)造成樹(shù)脂固化不均而引起之壓合后基板翹曲；    隔離每個(gè)opening間的多層板，以使壓合后之板能容易分開(kāi)。    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(shù)脂以減小熱作用界面間的熱應(yīng)力。比較環(huán)氧樹(shù)脂坡璃布極、鋁板和鋼飯之熱膨脹系數(shù)值(環(huán)氧樹(shù)脂玻璃