浅谈多层板层压厚度控制.docx
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浅谈多层板层压厚度控制
浅谈多层板层压厚度控制
周毅文仲峥
（华丰电器器件制造，518049）
摘要
本文主要是通过对主要影响层压厚度的几个因素（半固化片、层压程序、层间所处的位置、铜厚、层残铜率等）实验研究，推导出各自与层压介质层厚度的相应关系，为我司多层板层压厚度设计及控制重新提供相应参考依据。
关键词：
介质层理论厚度；半固化片；层压程序；铜厚；残铜率；挡胶图形；
1前言
随着电子行业的不断发展，对多层板制作的各项指标要求也越来越高，板厚控制也是其主要方面之一，因此，给层压厚度也带来更加精确的要求。
在我司，就接连出现层压后板厚偏上下限甚至超出上下限现象的发生。
故而，在我们对层压厚度设计及控制方法方面，迫切需要找到更精确的工艺设计控制理念及方法，使板厚控制更加精确。
2目的
本文主要是通对多层板层压厚度方面控制进行试验研究，总结更加精确的控制方法，使层压厚度控制更加精确。
以提升多层板层压厚度控制能力。
3试验方法及数据分析
3.1各种半固化片层压后介质层理论厚度
试验方法：
实验选择了目前我司常用的三种类型的半固化片1080、2116、7628（树脂含量规格见下表1），组成1080、2116、7628、1080+2116、1080+7628、2116+7628、1080+2116+7268共7种组合方式进行层压试验（层压程序采用我司第一套压合程式），半固化片尺寸为24X26inch。
各种半固化片树脂含量规格见表1：
表1
类型
1080
2116
7628
树脂含量
64%±5%
54%±5%
45%±3%
数据测量：
为了更准确测量半固化片的厚度，我们以铜箔光面接触半固化片，经蚀刻清除掉铜箔，用千分尺测量（精确MM小数点后3位），考虑到半固化流胶问题，从半固化片边往里5CM的地方取板边及中心5点数据平均值。
得出各种半固化片组合理论厚度数据如下表：
续:
各种半固化片组合理论厚度（单位：
UM）
组合方式
NO1
NO2
NO3
NO4
NO5
AVG
1080
85
83
88
86
82
85
2116
118
121
123
120
119
120
7628
190
193
198
196
194
194
1080+2116
192
200
205
195
197
198
1080+7628
265
267
275
272
268
270
2116+7628
305
305
310
306
300
305
1080+2116+7628
390
380
395
392
390
389
小结：
1.1.1由上，我们得出其各种半固片层压后理论厚试验数据与现设计数据下对照表，可以看出，各种半固片现设计均要比试验结果薄10UM及以上误差。
半固化片
1080
2116
7628
现设计理论层压厚度（UM）
70
110
175
实验理论厚度（UM）
85
120
194
△
15
10
19
A.各种半固化片组合后的压合厚度与单半固化片的厚度相加基本接近，误差相对在5%左右，现半固片组合按照单半固片加和计算基本符合现实验考察结果。
层压程序对半固化片压合厚度的影响
试验方法：
分别选取公司现在的二套压合程式（见下表）按1-1方式压合1080、2116、7628三种半固化片。
数据分析：
按上述（1-1）测量方法得出两种压合程式三种半固化层压后厚度
半固化片种类
程式1
程式2
厚度差异
1080
85
84
1
2116
120
122
-2
7628
194
190
4
小结：
应用我司现有两种层压程式，得到的两种半固化片理论厚度差异很小，可认为这两种层压程式对半固化片层压理论厚度影响很小，现设计设计中不考虑两种程式对半固化片介质层厚度的影响与实验考察结果基本相符。
一、铜面残铜率对实测介质层厚度的影响
A.单面填胶
理论公式为：
实测厚度=半固化片理论厚度-铜厚X（1-残铜率）
B.双面填胶
理论公式为：
实测厚度=半固化片理论厚度-铜厚1X（1-残铜率1）-铜厚2X（1-残铜率2）
测试方法：
分别选取残铜率为25%、50%、75%铜厚为HOZ的试验板分别按上图方式进行叠板，用公司第一套程式层压，半固化片采用常见的单1080及1080+2116组合两种方式，单面填胶结构芯板上下半固化片组合相同。
双面填胶结构两面残铜率相等。
取数方法：
按上述1-1方法取板四边及中间5个点，做切片，通过金相显微镜读出层压后介质层厚度平均数值（如下表）
类型
单面填胶
双面填胶
残铜率25%
残铜率50%
残铜率75%
残铜率25%
残铜率50%
残铜率75%
1080
68
73
75
53
60
70
1080+2116
181
186
192
165
175
185
小结：
由上述实验考察结果，所得到的数据基本上满足其计算公式，说明现用公式具有一定的可靠性。
同时也可看出，随着残铜率的增长，其实测介质层厚度会相应增加。
二、外层半固化片层压后厚度差异
在层压过程中，由于环氧树脂与铜面在传热速率上有差异，因此，我们也需对此种温度差异对半固化片厚度影响情况与现设计是否存在差异进行考察。
试验方法：
选用常见的六层板层压叠层结构，芯板厚度为0.5MM左右,铜厚HOZ,残铜率约50%,半固化选用现常见2116+1080组合利用第一套压合程式进行层压试验。
取数方法：
同上述1-1方式取板四边及中间5个点，做切片，通过金相显微镜读出层压后介质层平均厚度。
理论厚度
实测厚度
偏差
厚度（um）
175
179
4
小结：
虽试验结果存在4UM的偏差,但这种偏差是非常小的,可认为是试验测量产生的偏差,故认为现设计理论吻合实验结果.
三、装合外层厚度的差异
在实际层压过程中，我们压一盒板可能会装上10层左右，由于外层与热源距离有差异，贴着加热板附近的板先受到热传递，B阶段树脂首先开始熔化，借助给它的压力开始流动，而此时板中间的板还不到熔化点，软化的半固化片与牛皮纸同时起到缓和作用，这样第二软化的半固化片就会补充第一薄的厚度，第三又会补充第二，以此类推，一直到中间层，故中间层会最厚,因此，我们也需对此情况下板的厚度影响做相应考察。
测试方法：
我们随机抽取在线制作的二款产品,一款为层压后完成板厚为0.27-0.33MM的薄板,装盒层数为13层，另一款为层压完成板厚为1.40-1.60MM厚板,装盒层数为10层,每层4PNL,对最外一层与最中间一层板用千分尺均测量板中间1个点进行厚度比较。
测试结果：
第1层（mm）
第6层（mm）
偏差（mm）
0.3mm薄板
0.31/0.30/0.29/0.30
0.32/0.31/0.29/0.30
0.02
1.6mm薄板
1.52/1.50/1.53/1.52
1.53/1.54/1.52/1.53
0.05
小结：
受与热源距离存在差异的因素,其处于一盒板中间部位的板子,要略厚于外面的板子,,且随着板子越厚,装盒层数的增多,其相对偏差也会增加,现我司1.6MM左右的板子装10盒外层偏差约在0.05MM左右.三者具体变化情况，还需进一步统计数据考察。
四、挡胶图形设计对同一PP的厚度影响
由于在层压过程中，板边流胶现象是一定存在的，板边一定会薄于板中间，故而挡胶图形的设计优劣对提升这种板边与板中间厚度差异是非常重要的。
下图示为现我们对挡胶图形所做相应改进.
测试方法：
从理论上分析,随着板子越厚,其差距会表现越大,故我们选取了一款层压完成板厚在1.5MM左右的产品进行考察（我司厚多层板普遍在此围）.除将挡胶图形设计不同外，其它条件均相同进行层压后对板角与板边偏差对比。
数量：
10PNL，板厚要求1.4-1.6MM,测量工具千分尺（精确小数点后两位）
测试结果：
板角厚度（距板边5cm）
板中间厚度
板中间平均值-板角平均值
圆形挡胶点
1.50/1.51/1.53/1.49/1.50/1.49/1.48/1.51/1.48/1.49
1.53/1.54/1.55/1.53/1.54/1.53/1.54/1.55/1.52/1.54
0.04
十字挡胶点
1.50/1.52/1.53/1.50/1.50/1.49/1.52/1.51/1.49/1.49
1.55/1.53/1.55/1.54/1.53/1.54/1.53/1.54/1.52/1.52
0.03
小结：
从上数据可以看出,十字挡胶要比圆点挡胶偏差小0.01MM,虽然这种差别很小,但还是可以看出在对板中间与板边的厚度偏差控制上要十字挡胶要优于圆点挡胶.现实际生产也基本上改成此挡胶图形。
结论
通过上述实验研究，我们得出如下新的层压厚度理论控制理论如下：
1.三种半固化片（生益普通FR4料1080、2116、7628）层压理论厚度值：
（较原理论1080厚10UM，2116厚5UM，7628厚10UM）；
注：
参考相关文献，计算的理论厚度需在试验考察的基础上*95%，作半固片流胶程度变化的影响；
2.实际层压后介质层厚度计算公式（较原理论计算公式一致）
单面填胶；实测厚度=半固化片理论厚度-铜厚X（1-残铜率）
双面填胶：
实测厚度=半固化片理论厚度-铜厚1X（1-残铜率1）-铜厚2X（1-残铜率2）
3.半固化片的选择：
半固片主要由玻璃纤维布及树脂组成，层压中玻璃纤维布厚度基本不会变化的，线路间的填充主要由树脂完成，也就是说当需要填充的厚度大于其半固化片树脂能填充的厚度时，就会导致缺胶、板厚不均，甚至分层等严重品质问题。
依此理论，我们根据新的理论厚度推导得出新的单半固化片允许的单面最小残铜率（双面填胶及半固组合时可累加计算）
各类半固化片可填充厚度
半固化片类型
理论层压厚度（um）
玻纤布厚度MAX（um）
树脂填充厚度（um）
1080
80
50
30
2116
115
90
25
7628
185
170
15
各单半固化单面填胶下允许最小残铜率：
最小残铜率≥（铜厚-树脂可填充厚度）/铜厚X100%
半固化片
1080
2116
7628
HOZ铜面残铜率
0
0
15%
1OZ铜面残铜率
15%
29%
58%
2OZ铜面残铜率
58%
65%
79%
4.叠层设计时,外层半固化片介质层的厚度可按统一标准计算.（较原理论一致）；
5.外层板厚会随着装盒层数及层压板厚增加而加大,我司现常见层压板厚为1.6MM的板子装10层压合,其偏外层板厚偏差会在2MIL左右,但三者具体影响情况，还需我们做进一步实际考察研究统计数据做分析；
6.在PNL板厚均匀性上，挡胶点改良为十”字城墙式设计要优于原圆点设计。
7.其他偏差原因：
在层压板厚度控制中，虽通过对理论设计厚度控制调整，基本都可以得到我们想要的层压厚度，但在实际生产中仍然会发生层压后板厚超差现象发生。
分析原因主要还包括以下几个方面等。
（上述考察结果也是基于此因素正常的情况下）：
A．芯板厚度与要求本身存在较大偏差，造成层压后板厚超差；
B．半固片含胶量不稳定，玻璃纤维布编织密度不均一等多方面因素造成半固化片压合后介质层厚度差异。
C．压机热热压膜不平整，层压过程压力及温度失真也会造成层压后厚度超差。
总结：
通过如上对层压厚度影响因素的研究，及生产板改善前后层压厚度的验证，得到的新的理论控制对层压后板厚控制是更为精确的。
但对多层板层压厚度控制来说，理论与实际的偏差是一定存在的。
我们只能说，本次的研究成果，只是使多层板层压厚度控制精度在之前的基础上有了一定的提升。
为使多层板层压板厚控制能力不断提升，只有在接合实际生产条件下，不断通过实验研究，不断在实践中积累经验，不断总结，不断提出更为精确的各种数据及理念。
才能使层压板厚控制能力不断提升。
参考文献：
《印制电路技术》---《刚性多层板制造工艺》
PCB论文集---《介质层厚度研究》
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