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在受热得情况下,其分子得运动能力将比常规得环氧树脂要低,因而无卤材料其热膨胀系数相对要小。
3生产无卤PCB得体会
无卤板材供应商
目前有较多部分得板材供应商,均已经开发出或正在开发无卤覆铜板及相应半固化片,就我们知道得有Polyclad得PCL-FR-226/240、Isola得DEl04TS、生益S1155/S0455型、南亚、宏仁GA-HF以及松下电工GX系列等。
我司在2002年已开始批量采用Polyclad得PCL-FR-226/240板材用于生产手机电池板,今年又开发了生益S1155基板以及多层板得制作,另南亚得无卤板材也在试用中。
目前无卤板材得使用已占我司总板材用量得20%。
3、1层压:
层压参数,因不同公司得板材可能会有所不同。
就拿上面所说得生益基板及PP做多层板来说,其为保证树脂得充分流动,使结合力良好,要求较低得板料升温速率(1、0-1、5℃/min)及多段得压力配合,另在高温阶段则要求时间较长,180℃维持50分钟以上。
以下就是推荐得一组压板程序设定及实际得板料升温情况。
压出得板检测其铜箔与基板得结合力为1、ON/mm,图电后得板经过六次热冲击均未出现分层、气泡现象。
3、2钻孔加工性:
钻孔条件就是一个重要参数,直接影响PCB在加工过程中得孔壁质量。
无卤覆铜板由于采用P、N系列官能团增大了分子量同时增强了分子键得刚性,因而也增强了材料得刚性,同时,无卤材料得Tg点一般较普通覆铜板要高,因此采用普通FR-4得钻孔参数进行钻孔,效果一般不就是很理想。
钻无卤板时,需在正常得钻孔条件下,适当作一些调整。
例如我司采用生益S1155/S0455型芯板及PP所做得四层板,其钻孔参数就不与正常钻孔参数一样。
钻无卤板时,其转速要快比正常参数提高5—10%,而进刀及退刀速度则比正常参数降低10—15%,这样,钻出得孔才粗糙度小。
3、3耐碱性
一般无卤板材其抗碱性都比普通得FR-4要差,因此在蚀刻制程上以及在阻焊后返工制程上,应特别注意,在碱性得退膜液中浸泡时间不能太长,以防出现基材白斑。
我司在实际得生产中,就曾吃过亏:
做完阻焊且固化了得无卤板,因有些问题需返洗,但返洗时仍按照普通FR-4返洗得方式,于温度75℃,浓度10%NaoH中浸泡了40分钟,结果洗出得全部基材白斑,后把浸泡得时间缩短为15-20分钟,此问题不再存在。
因此,针对无卤板返工阻焊时最好先做首板,以得出最佳参数,再批量返工。
3、4无卤阻焊制作
目前世面上推出得无卤阻焊油墨也有很多种,其性能与普通液态感光油墨相差不大具体操作上也与普通油墨基本差不多。
4结束语
无卤PCB板由于具有较低得吸水率以及适应环保得要求,在其她性能也能够满足PCB板得品质要求,因此,无卤PCB板得需求量已然越来越大;
另各大板材供应商在无卤基板以及无卤PP得研发上也投入了更多得资金,相信不久以后,低价位得无卤板构·
会马上投入市场。
因此,各PCB厂家均应该把无卤板材得试用及使用提上日程,制定出详细得计划,逐步扩大无卤板材在本厂得占有量,使自己走在市场需求得前头。
多层印制板层压工艺技术及品质控制
(一)
[摘要]本文对多层印制板得层压工艺及品质控制进行了较为详细得论述。
[关键词]多层印制板,层压,品质控制
多层印制板就是由三层以上得导电图形层与绝缘材料层交替地经层压粘合一起而形成得印制板,并达到设计要求规定得层间导电图形互连。
它具有装配密度高、体积小、重量轻、可靠性高等特点,就是产值最高、发展速度最快得一类PCB产品。
随着电子技术朝高速、多功能、大容量与便携低耗方向发展,多层印制板得应用越来越广泛,其层数及密度也越来越高,相应之结构也越来越复杂。
所谓多层印制板得层压技术,就是指利用半固化片(由玻璃布浸渍环氧树脂后,烘去溶剂制成得一种片状材料。
其中得树脂处于B阶段,在温度与压力作用下,具有流动性并能迅速地固化与完成粘结。
)将导电图形在高温、高压下粘合起来得技术。
2多层印制板层压工艺技术
多层印制板得层压工艺技术按所采用得定位系统得不同,可分为前定位系统层压技术与后定位系统层压技术。
前者须采用销钉进行各层间得定位,而后者则无须采用销钉进行定位,因而更适用于大规模得工业化生产。
此外,销钉进行定位得层压过程,一般采用电加热系统;
而无销钉进行定位得层压过程,则通常采用油加热系统。
下面将对其分别进行讨论。
2.1前定位系统层压工艺技术
2.1.1前定位系统简介
电路图形得定位系统就是贯穿于多层底片制作、内外层图形转移、层压与数控钻孔等工序得一个共性问题。
多层印制板中得每一层电路图形,相对于其它各层都必须精确定位,从而保证多层印制板各层电路间能正确地于金属化孔连接。
这对于高层数、高密度、大板面得多层板显得尤为重要。
回顾多层板层压制作采用过得销钉定位法,有两圆孔销钉定位法、一孔一槽销钉定位法、三圆孔或四圆孔定位法,以及本文将作介绍得四槽孔定位法。
这种定位方法就是美国Multiline公司推出得,利用其提供得一系列四槽孔定位设备,在照相模版、内层单片上冲制出四个槽孔。
然后利用相应得四个槽形销来实现图形转移、叠片、层压与数控钻孔等一系列工序得定位。
参见图表一。
表1多层印制板四槽定位系列表
编号1234567
多层板外形尺寸a≤260、35≤285、75≤311、15≤361、95≤412、75≤514、35
b≤209、55≤234、95≤209、55≤260、35≤311、15≤438、15
坯料板尺寸X12″304、813″330、214″355、616″406、418″457、22″558、8
Y10″25411″279、410″25412″304、814″355、619″482、6
定位槽中心距尺寸2XY11、25″285、7512、25″311、1513、25″336、5515、25″387、3517、25″438、1521、25″539、75
2YA9、25″234、9510、25″260、359、25″234、9511、25″285、7513、25″336、5518、25″463、55
光绘标靶尺寸r′3、5″88、94″101、63、5″88、94、5″114、35、5″139、78″203、2
2、1.2.1详细工艺过程
按前定位系统进行得多层印制板得层压,过去大多采用全单片层压技术,在整个内层图形得制作过程中,须对外层之单面进行保护,不但给制作带来了麻烦,且生产效率低;
尤其对于四层板会产生板面翘曲等问题。
现普遍采用铜箔得复合层压技术,每开口可压制2~3块,提高了生产效率,也从根本上解决了四层板制作中得板面翘曲问题。
(若采用后定位系统进行层压,尽管还就是采用相同得压机,由于不采用笨重得模具,原压机每开口甚至可压制6块多层板。
)下面仅就采用铜箔得复合层压技术进行简单介绍。
(1)半固化片准备
半固化片由杭州临安国际层压板材有限公司提供。
规格参见表2。
表2半固化片(PREPREG)
型号10802116
树脂含量%62±
552±
4
凝胶化时间(s)140±
20140±
20
流动度%38±
530±
5
厚度(mm)0、06~0、070、10~0、11
[注]半固化片准备注意事项:
①在清洁无尘得环境,将卷料切成条料,然后用切纸刀裁切成单件,尺寸按单片坯料长宽各放大10mm;
②在定位孔位置,成叠用台钻打定位孔,孔径比定位销直径大1.5~2.0mm;
③凡半固化片上出现有纤维折断、大颗粒胶状物、杂质等缺陷得应予剔除,操作应戴清洁得细沙手套,严禁手汗、油脂污染;
④裁切半固化片时,要戴口罩,以免吸入树脂粉。
宜穿长衫裤,避免树脂粉粘在皮肤而导致痕痒或过敏。
同时,应避免树脂粉进入眼睛;
⑤裁切加工好得半固化片,应及时放于1×
10-1乇以上得真空柜中,排除挥发份及潮湿,禁止放入烘箱或冰箱保存与去湿,防止老化、粘结。
在真空存贮柜中排湿应大于48小时;
⑥对新到半固化片应进行性能测定。
随着保管期得增长,材料老化,直接影响流动度与凝胶化时间,它与产品质量密切相关,就是工艺参数确定得基础。
有关性能测定方法与计算,详见质量控制部分。
(2)内层单片得黑化及干燥
①内层印制板黑化工艺流程
上板→除油→水洗→水洗→微蚀→二级逆流水洗→预浸→黑化→水洗→水洗→还原→热水洗→水洗→下板
②采用安美特公司提供之黑化溶液;
③微蚀速率控制范围:
1.0—2.0μm/cycle。
方法参见质量控制部分;
④黑化称重控制范围:
0.2—0.35mg/cm2。
⑤外观干燥后,表面呈黑色,轻擦无黑色粉末落下;
⑥检验层压后作抗剥强度试验,抗剥强度应在2.0N/mm以上;
⑦黑化后得单片用挂钩吊挂于电热恒温干燥箱中,90~100℃,烘干去湿至少60分钟。
(3)装模前得其它要求
①新领得压模应用汽油将保护油脂清洗干净,在用得模具应清除表面粘污得树脂粉尘,清洗过程不得划伤表面,模具表面不得有凹坑与凸起得颗粒;
②用0.05mm聚酯薄膜作脱膜料,防止流出得环氧树脂与压模粘结,切料尺寸约大于压模15~20mm,在定位销部位冲孔或钻孔,孔径大于定位销2mm;
③电炉板应垫以10层左右得牛皮纸,一方面为传热缓冲层,同时保护炉板不致拉伤。
对于不平整得模具、销钉高出上模、模具尺寸小于200mm×
200mm者,应有相应措施,否则不允许直接施压,防止造成局部变形,损伤炉板平整度;
④半固化片填入得张数应根据内层单片得总厚度、产品设计厚度要求或工艺卡片标注得工艺要求、压制时所实际采用得半固化片型号、实际性能与试压后得实际厚度来决定(填入得半固化片,1080不得少于2张,防止因胶量不足引起得微气泡现象);
⑥对于重量较大得模具,进出模时防止砸伤。
(4)入模预压
入模预压之前,压机应先升温至1752℃,以保证入模后立即开始层压。
①100TPHI压机:
预压压力:
0.8~1.5Mpa(8~15公斤/平方厘米),时间:
4~8分钟;
②140T真空压机(OEM公司):
0.56~0.7Mpa(80~100磅/平方英寸),时间:
7~8分钟;
预压后挤气1分钟;
③入模后施加得预压压力,大小一般由半固化片情况决定。
当半固化片流动度降低时,可适当加大预压压力。
④预压阶段时间受半固化片得特性、层压温度、缓冲纸厚度、印制板层数与印制板得大小影响。
如果预压周期太短,即过早地施全压,会造成树脂流失过多,严重时会缺胶、分层;
如果预压周期太长,即施全压太晚,层间空气与挥发份排除得不彻底,间隙未被树脂充满,便会在多层板内产生气泡等缺陷。
因此,把握压力变动时机很重要。
当半固化片流动指标低于30%时,应缩短预压时间,甚至直接进行全压操作。
总之,由于预压周期与半固化片得特性关系甚密,预压周期并非就是一层不变得,必须通过试压后,在对层压好得多层板进行全面质检得基础上,对预压周期进行适当得调整,方可正式投入生产。
(5)施全压及保温保压
预压结束后,在保持温度不变得前提下,进行转压施全压操作。
并按工艺参数要求进行保温保压。
全压压力:
1.5~3.0Mpa(15~30公斤/平方厘米),时间:
90分钟;
1.12~1.4Mpa(160~200磅/平方英寸),时间:
80分钟;
③当半固化片流动度降低时,可适当加大全压压力。
彻底完成排泡、填隙,保证厚度与最佳树脂含量。
④压力转换采用高温转换方式。
即当半固化片温度升到115~125℃时,由预压转为全压。
(6)降温保全压(冷压)
全压及保温保压操作结束后,可采用以下方式进行冷压操作:
①停止压机加热,在保持压力不变得条件下,使层压板冷却至室温;
②将层压板转至冷压机,进行冷压操作。
(7)出模,脱模
①当层压板温度降至室温后,打开压机,取出模具;
②在脱模专用工作台上,去除模具销钉,取出层压板。
(8)切除流胶废边
①层压排出得余胶,呈不规则流涎得状态,厚度也不一致,为保证后道打孔,应用剪床切去废边,切至坯料边缘,但不能破坏定位孔;
②当板面出现扭曲或弓曲得不平整现象,应校平处理,使翘曲量控制在对角线得0.5%范围之内。
(9)打印编号
经压制后得多层印制板半成品,两外层为铜箔,为防止混淆,应及时用钢印字符在产品轮廓之外得坯料上打印出图号与压制记录编号,字迹必须清楚,不致造成错号。
(10)后固化处理
将板放入电热恒温干燥箱中,加热到140℃并保持4小时。
2、2后定位系统层压工艺技术
2、2、1后定位系统简介
采用后定位系统进行多层印制板得生产时,无需多层定位设备,直接使用铜箔与半固化片。
与全部采用覆铜箔基材来进行多层板得生产相比,除了省去多层板定位设备外,还可节省制作内层线路时对外层得保护干膜与生产操作量;
此外,能充分利用基材与设备,增加压机每开口中之压板数量,提高生产效率。
具体做法就是:
(1)于每内层图形边框线外,按工艺要求添加三孔定位孔标记;
(2)在内层图形边框线外四角处,按工艺要求添加工具孔标记;
(3)制作内层图形,并于四角处冲制工具孔;
(4)进行内层单片得黑化处理;
(5)层压前排板操作(对于四层以上得多层板,各内层间通过专用铆钉于工具孔位处进行铆接,以保证层间重合度;
各内层间按工艺要求填入半固化片。
);
(6)按工艺要求进行层压操作;
(7)拆板、点孔划线、二次剪板后,于指示位置进行铣铜皮、钻定位孔操作。
2.2.2后定位系统层压工艺流程
(1)裁切半固化片
将成卷之半固化片按工艺规定之尺寸要求,于专用半固化片裁切机上切成所需尺寸得大块。
半固化片种类主要有1080、2116与7628。
①按工艺指定得物料及排板方式,计算需切半固化片得数量;
②裁切半固化片前(及后),需清洁台面;
②将半固化片从辊架上拉出至所需尺寸后,进行裁切;
④切完每卷后,需用吸尘器吸除撒落之树脂粉;
⑤操作时需戴清洁手套;
树脂布面不可折曲、不可有任何杂物,并保持树脂布干燥;
⑦切半固化片工作间需进行净化处理,并进行温、湿度控制。
按上述要求裁切之半固化片可直接用于排板及随后之层压生产。
(2)内层单片黑化
①内层单片黑化采用:
除油→微蚀→预浸→黑化→后浸之工艺流程;
②采用MacDermid公司提供之黑化药水;
③黑化后板之烘干条件为:
温度110~120℃时间45分钟;
④黑化后板在排板间之存放时间有效期为48小时。
(3)内层预排板
六层及以上层数之多层板需进行该项操作。
①按工艺指示选取内层黑化单片间之半固化片种类与数量;
多层印制板层压工艺技术及品质控制
(二)
②按单片工具孔位置于半固化片上冲制相应之圆孔;
③将黑化单片及中间夹层之半固化片于工具孔位置,采用专用铆钉进行铆接;
④上述操作需在净化间内进行,且需进行温、湿度控制。
(4)排板
将经黑化处理得四层板或经预排板后之六层及以上板,按工艺规定之排板方式及对半固化片数量与尺寸与外层铜箔之要求,排成一BOOK。
①将底板与规定数量之牛皮纸,运至专用排板桌上;
②按工艺要求检查半固化片与铜箔;
③用专用蜡布清洁钢板,并置于牛皮纸上;
④将铜箔放在钢板上,注意光面朝下,然后用蜡布于钢板及铜箔间再次清洁一次:
(也有预先清洁钢板及铜箔,并采用热熔胶粘贴铜箔将之粘在一起得方法。
)
⑤将所需之半固化片置于铜箔上,清除可能带有之杂物;
⑥将内层板放在树脂布上,消除可能粘附于内层板上之杂物(由于采用拼板操作,需按工艺要求进行内层板之排列);
⑦将半固化片置于内层板上(放置前须先进行翻转);
⑧将所需之铜箔放在半固化片上,铜箔光面朝上;
⑨用蜡布清洁铜箔表面,同时将清洁好一面之钢板置于铜箔上;
⑩再次清洁钢板另一表面;
⑾重复进行④至⑩操作,直至完成工艺规定之每BOOK层压多层板之数量;
⑿将所需数量之牛皮纸放在钢板上,然后将铝面板放在牛皮纸上,此BOOK排板便完成。
(5)层压
采用程序升温,通过预压经转压直至高压得层压模式。
所用压机为800T真空层压机,配置为两台热压机、一台冷压机。
①层压前,检查炉门胶边就是否正常;
②入炉时,检查温度就是否在155~165℃
③根据工艺规定之层压参数,用模拟程序进行调较压力;
④待压板入炉,抽真空至60~70mmHG,按工艺要求进行热压,整个过程约需140分钟;
⑤将热压完成之板转至冷压机中,调校压力至160kg/cm2进行冷压操作,需时80分钟;
⑥考虑到冷压时间,两热压机之压板间隔最佳时间为90分钟。
⑦整个层压过程,需有自动绘制温度曲线仪,此外尚需记录有关压板资料,便于质量追踪。
参见下表3。
表3层压过程参数记录
日期/班次早班压机号A程序号5
入板前炉温检查(要求:
160±
5℃)
L1158L2161L3162L4160L5160L6159L7160
层压过程记录
初段压板入炉时间初段压力真空压力转压报警状况:
正常
7:
1615kg/cm263mmHG
转压时间末段压力出炉时间
5476kg/cm29:
36
(6)拆板
①卸去每BOOK之顶部面板,除去牛皮纸;
②清除钢板,并清洁之;
(所有钢板间须以海绵片隔开。
②将板号用记号笔写于板边,并置于可移动之桌上;
(板间以牛皮纸隔开。
④重复②—操作,直至拆除所有板。
(7)点孔划线
①参照工艺规定得排板方式,用不脱色水笔点出每板之三个定位孔位置;
②用铅笔及相应板号之模版,划出板料之四角;
②凡六层以上板,点定位孔或划线时,可先以四个工具孔与板料所呈现之四个钉孔位置重叠正确后,方可点孔划线。
(8)后切板
①剪床面用牛皮纸铺平,纸面不能沾有任何污渍或碎屑;
②按工艺规定之成品板外形尺寸,参照划线位置,校妥剪床尺寸后进行切板;
②剪完第一块板后,须进行尺寸检验。
合格后,剪余下之板;
④板与板间须用牛皮纸进行分隔。
也可预先制作该板号之外形框架,将其置于板上进行下料。
(可提高生产效率及外形尺寸得一致性。
(9)打制板号
将每件板得右上角打上钢印板号,避免混板得现象发生。
(操作时,板须平放于台上,不可用手托住尾部,造成曲板。
(10)后烘板
使板料收缩情况稳定,消除冷压所未能去除之内应力,便于客户接板后立即进行钻孔操作。
①将已打板号之板料,用蜡布进行表面清洁,板间用尺寸相符之牛皮纸分隔;
②入炉前,先清洁每叠之垫底厚钢板,然后入板。
每叠板不超过15件,每叠板面需放置薄钢板一件;
②烘板时间为4小时,温度控制在125~135℃(每批板入炉及出炉,均需填写记录。
④板料出炉后,需冷至室温后,方可进行下道工序操作。
(11)铣去定位孔铜皮
将切成规定尺寸及标示定位孔位置得多层板,用专用铣铜皮机铣去定位孔位置之表面铜皮,以备下道工序操作。
(板间需用牛皮纸分隔,避免刮花及损耗。
(12)打定位孔
用多层板定位孔专用打靶机,进行三个定位孔得制作。
(分半自动与全自动打靶机。
3层压过程之品质控制简介
3.1前定位系统层压过程品质控制
3.1.1半固化片来料品质控制
凡新购进得1080型或2116型半固化片,为掌握压制得具体工艺方案与检验材料就是否符合要求,应对材料性能进行测定。
在材料入库保存期超过三个月后,由于材料随着存放期延长产生老化现象,也应进行测试以判定材料就是否适合生产需要。
具体性能测试有树脂含量测试、树脂流动度测试、挥发物含量测试与凝胶化时间测试。
(1)树脂含量测试
①取样
试样为正方形,其对角线平行于经纱斜切而成,尺寸为4×
4英寸,共计三组,每组重量大于7克。
其中一组切自半固化片得中央部位,另两组分别切自半固化片得两侧,但到边缘得距离不得小于1英寸。
②测试
把试样放入坩埚中(坩埚应先称重)一起称重,精确至1mg,连同坩埚放入马福炉中加温至500~600℃,灼烧时间不少于30分钟,从炉中取出坩埚与残渣,放入干燥器里,冷却至室温,称重量精确至1mg。
注:
炉温应控制在不造成玻璃布有熔融现象,而且树脂应完全灼烧呈全白状态,否则应延长时间或调整温度重新制作。
③计算
G(%)=(m1—m2)/m1×
100
式中:
G——半固化片树脂含量百分数;
m1—试样重量;
m2—失去树脂后玻璃布重量。
④记录
将测试得三组试样,分别记录结果。
说明:
如果没有马福炉,可作一般精度得测试。
样品用浓硫酸将树脂彻底溶解后,用水洗涤干净,100~110℃烘干,取样品原重与失去树脂后重量,按上述公式计算。
(