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層壓過程之品質(zhì)控制簡(jiǎn)介

3．1前定位系統(tǒng)層壓過程品質(zhì)控制

3．1．1半固化片來料品質(zhì)控制

凡新購進(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。在材料入庫保存期超過三個(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)試有樹脂含量測(cè)試、樹脂流動(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)樹脂含量測(cè)試

①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。

②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500~600℃，灼燒時(shí)間不少于30分鐘，從爐中取出坩堝和殘?jiān)?，放入枯燥器里，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)象，而且樹脂應(yīng)完全灼燒呈全白狀態(tài)，否那么應(yīng)延長(zhǎng)時(shí)間或調(diào)整溫度重新制作。

③計(jì)算

G(％)＝(m1—m2)/m1×100

式中：G——半固化片樹脂含量百分?jǐn)?shù)；m1—試樣重量；m2—失去樹脂后玻璃布重量。

④記錄

將測(cè)試的三組試樣，分別記錄結(jié)果。

說明：如果沒有馬福爐，可作一般精度的測(cè)試。樣品用濃硫酸將樹脂徹底溶解后，用水洗滌干凈，100~110℃烘干，取樣品原重與失去樹脂后重量，按上述公式計(jì)算。

(2)樹脂流動(dòng)度測(cè)試

①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0．005克。

②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(1—1.5)×106Pa/cm2，壓力升至最大值約為5秒鐘，保溫保壓20分鐘，開機(jī)取件冷卻至室溫。

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3．192±0．01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0．005克。

③計(jì)算

n(％)＝(m1—2m2)／m1×100

式中：n——樹脂流動(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

①取樣

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1／8英寸(3．175mm)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。

②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)枯燥箱內(nèi)15分鐘。從烘箱中取出試樣置于枯燥器里冷卻至室溫。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。

③計(jì)算

W(％)＝(m1—m2)／m1×100

式中：W——揮發(fā)份百分?jǐn)?shù)；m1——枯燥前試樣重量，g；m2——枯燥后試樣重量，g。

(4)凝膠化時(shí)間測(cè)試

①測(cè)定用設(shè)備

凝膠化時(shí)間測(cè)試儀。

②取樣

按前同樣方法裁切200mm×200mm試樣三張。

③測(cè)定

取一張半固化片試樣，從中取出樹脂粉約0．15克，放入已加熱恒溫在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(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。)

3．1.2內(nèi)層單片黑化質(zhì)量控制

3．1．2．1微蝕速率控制范圍及方法

(1)控制范圍：1．0-2.0μm／cycle

(2)測(cè)試方法：

a.FR—4雙面無鉆孔基板，并清潔其外表；

b.切成10cm×10cm試片，并鉆一小孔；

c.100℃下烘10min，并在枯燥器中冷卻至室溫；

d.稱重W1；

e．微蝕液中處理，清洗并在100℃下枯燥10min；

f．在枯燥器中冷卻至室溫；

g．稱重W2；

h．微蝕速率＝(W1-W2)／5.6〔μm／cycle〕

3．1．2．2黑化稱重控制范圍及方法

(1)控制范圍：0.2—0．35mg/cm2

(2)測(cè)試方法：

a.FR-4雙面無鉆孔基板，切成7．2cm×7．2cm試面；

b．隨生產(chǎn)板掛入缸內(nèi)，黑化水洗后取出；

c．100℃下烘10min，并在枯燥器中冷卻至室溫；

d．稱重W1；

e．用10％H2SO4溶掉黑膜，水洗凈；

f：100℃下烘10min，并在枯燥皿中冷卻至室溫；

g．稱重W2；

h．黑化稱重＝(W1-W2)mg／100cm2。

3．1．2．3內(nèi)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(nèi)層黑化操作過程控制表屬令

扇號(hào)茫圖

兔號(hào)樣數(shù)

它量泰圖形綱面積援總圖形形面對(duì)積：撕操作瓜參數(shù)凍控制煙溫純度邪除寬油辰微唐蝕怒預(yù)亦浸填黑梅化最還

蘇原顛備如注：寧操作沈者：餅

自

線

希

殼

罩

科

參

朱

延

柿

款監(jiān)控章者：量年

譽(yù)

膠月

夫

不日

3．1．2．4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，銅外表的氧化(或黑氧化)工藝是內(nèi)層板銅外表處理所普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)。由于處理后的外表狀況，銅的氧化層外表對(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)的開展〔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。

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)的迅猛開展，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(WedgeVoid)。假設(shè)黑化層被侵蝕得較深入時(shí)，甚至?xí)霈F(xiàn)板外也可見到的粉紅圈(PinkRing)。對(duì)于這種WedgeVoid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，在既無化學(xué)沉銅層之迅速沉積層，又無電鍍銅之及時(shí)保護(hù)下，一旦黑化層被攻擊成破口時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)WedgeVoid，直至出現(xiàn)PinkRing。

(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→復(fù)原(MultibondSR)→增強(qiáng)(MultibondEnhancer)

通過使用MultibondSR和MultibondEnhancer改良并開展了Multibond處理工藝，可有效增加對(duì)酸侵蝕的抵抗力。

MultibondSR作為復(fù)原液能將在氧化浴中形成的氧化銅(或氧化亞銅)復(fù)原成金屬銅：

Cu2+十2e-→Cu°

Cu+十le-→Cu°

試驗(yàn)證明，氧化外表未經(jīng)復(fù)原處理，那么有粉紅圈現(xiàn)象；而氧化外表經(jīng)MultibondSR復(fù)原處理后，那么沒有粉紅圈現(xiàn)象產(chǎn)生。

當(dāng)復(fù)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。MultibondEnhancer專門被用來阻止經(jīng)MultibondSR復(fù)原處理后的外表再次被氧化。其結(jié)果是，經(jīng)MultibondEnhancer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)行的制程中無楔形空洞出現(xiàn)。

(2)寶利得科技(PolycladTechnologies)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，采用黑氧化復(fù)原劑(EnbondXtra)進(jìn)行，也到達(dá)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)層板厚度小于0．2mm，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(shù)。它具有以下特點(diǎn)：

①僅需三站、數(shù)分鐘內(nèi)即可完成全部處理，省水、省電；

除油(BondFilmTMCleaner)→活化(BondFilmTMActivator)→BondFilm(BondFilmTMPartA十B)

②可高速穩(wěn)定的進(jìn)行超薄板(50μ)的制作；

②具有最正確的有機(jī)金屬膜之耐酸性，見下表5；表5有機(jī)金屬膜之耐酸性比照嶼No記n搖Re段du炸ce躺d味Ox垂id蔬e叔Re童du槍ce腫d縱Ox抖id濃e請(qǐng)Bo圾nd秤Fi滲lm道Ac誰id帶r微es得is畏ta蛇nc飾e〔限se姓cs草〕腹3~曉5乖70天~8爐0竿>4瀉00

④可提高內(nèi)層的固著力；

⑤增長(zhǎng)壓合前所需的等待時(shí)間；

⑧操作范圍寬廣，藥液壽命長(zhǎng)。

3．1.3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。)

3.1．4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(yīng)保存足夠的膠量，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0．5％；

(8)外層銅箔上應(yīng)無環(huán)氧樹脂、脫模劑或其他油脂污染，銅箔外表應(yīng)無劃傷的痕跡，無雜質(zhì)造成的壓坑；

(9)粘結(jié)層內(nèi)應(yīng)無灰塵、外來物等異物；

(10)廢邊切除不得損壞定位孔，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(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。

3．1．5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謀操作樹者_(dá)慶__葬__動(dòng)__介__掏__猛__念__損__燙__膠__摟監(jiān)控六者我__篇__賽__帝__廁__步__盆__瀉__床__悄工作摩令號(hào)啦制造罵時(shí)間誕層

臭數(shù)武生產(chǎn)激數(shù)量賽面

欄積燃疊板帳數(shù)撲半固仗化片殘代號(hào)轉(zhuǎn)半固剪化片救張數(shù)戚壓板配機(jī)號(hào)梯牛皮駕紙數(shù)語量建初壓昏時(shí)間浙初壓斥壓力俘全壓允時(shí)間挖全壓姐壓力挨壓制堅(jiān)溫度鉆真

矮空聽備

彩注

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，在織布和浸漬樹脂的過程中抗張強(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。

(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)氧樹脂而成的，玻璃布的經(jīng)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(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)也有差異。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：H27—33(2／2)—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0．50Z，“33〞為內(nèi)層單片的厚度(33mil)，“(2／2)〞指內(nèi)層單片外表銅箔厚度為20Z。

(4)考慮到內(nèi)層單片與半固化片之經(jīng)緯向匹配問題對(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(參見圖二)，便于過程質(zhì)量控制。濃圖嚴(yán)二旺多層襪板內(nèi)秘層單防片、腔半固凍化片豈、銅片箔下姓料方五式示筑意〔于單位想：c量m，盛未注居尺寸雕〕揮1、事多層嘩板尺框寸：炕30丸5秋X屯25篩4〔裳12超''炸X燦1儀0'箱'〕凱〔1矮〕單姓片：掩40灘''躲X舞48綿''俘下料鳳方式鐮：扭數(shù)量逝：4港X蘆4難=1椒6塊伍〔2琴〕半本固化浮片著尺寸幫：2貨65精X冤3柳14扎.2門5(押12懂57月/4暖=3敲14醬.2營(yíng)5)谷(3界)銅究箔尺脖寸：帥31議5誤X草26散5留2、尤多層踩板尺比寸：世33憂0恐X波28僚0(衣13玻''宴X喉1成1'成')敞(1尿)單絮片：道40烈''遵X叔4耗8'柿'援下料踐方式劣：寶數(shù)量券：3組X掠4稼=1禮2塊全〔2撇〕半盜固化請(qǐng)片快12珍57稠/4勢(shì)-3依14蝕.2燭5〔蔽31錄4.街25燙-2知90叨)X固4=兵97潔.0謙0(熱去掉悟〕懲尺寸油：3疾40跡X億2惰90鉤3、捐多層書板尺鞏寸：攪40殿6牢X得30災(zāi)5(災(zāi)16筍''課X鵲12腹''革)肌(1紡)單設(shè)片：叔36膨''賤X陜48批''洪下料業(yè)方式斗：漂數(shù)量邁：3伍X厲3掙=9芹塊鴉〔2鋒〕半崖固化玻片：想尺寸舒：4好19哭X鈴3明15論(1機(jī)25迷7/仆3=聾41蒼9)偷(3死)銅拿箔尺尺寸：寬41切5桂X艦31喂5腳4、鞠多層王板尺堪寸：些35接6渡X堪25存5(燭14隔''打X叼10辱''賭)路(1茶)單絞片：題40干''坑X繭48拾''畜下料凱方式累：只數(shù)量彼：4畝X禮3逝=1揮2塊訊〔2弦〕半梁固化剝片戒12速57搖/3疲=4朝19冊(cè)〔4豎19蝕-3越65?！砐扭3突=1棄62咸〔去影掉〕銀尺寸齒：3乒65闖X般2游65坐〔3努〕銅怠箔尺悄寸：壘36媽5歡X輛26佩5榆5、余多層殲板尺帖寸：教45您7猛X柳36演5(燥18鉤''倚X驕14刪''用)唇(1鋼)單柳片：竊36甘''瘋X偶48短''荷下料廟方式右：違數(shù)量關(guān)：2讀X事3且=6嬸塊盆〔2土〕半歡固化麥片慨12備57枕/3經(jīng)=4達(dá)19叔〔4袍19玻-3茶65全〕X煎3搶=1務(wù)62否〔去歸掉〕排尺寸鉗：4智70綿X鉤3軌65昨(3濟(jì))銅打箔尺糾寸：蓄47蘇0疊X坊36鋼5括6、父多層河板尺先寸：貝56宋0料X緣48詢5(咽22貓''昌X皂1內(nèi)9'竹')飼(1拾)單售片：從40然''聰X粘48垃''夏下料魯方式店：肢數(shù)量風(fēng)：2水X螺2許=4子塊饑〔2盡〕半講固化溪片連12合57扛/2群=6面28壯.5申〔6煉28捎.5跡-5臺(tái)70病〕X償2昂=1窄17激〔去傘掉〕澆尺寸零：5競(jìng)70唯X禍4看95壩〔3崗〕銅燭箔尺堅(jiān)寸：特57槐0蒼X砍49劃5

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