层压工艺培训资料.doc
《层压工艺培训资料.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《层压工艺培训资料.doc（24页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
层压工艺培训教材
一、前言
PCB层压是指将三层以上的导电图形层与绝缘材料层交替地经层压粘合一起的制程，通过层压达到设计要求规定的层间导电图形的组合。
层压后的多层板具有装配密度高、体积小、重量轻、可靠性高等特点，是产值最高、发展速度最快的一类PCB产品。
随着电子技术朝高速、多功能、大容量和便携低耗方向发展，多层印制板的应用越来越广泛，其层数及密度也越来越高，相应之结构也越来越复杂。
多层印制板的层压技术，是指利用半固化片将导电图形在高温、高压下粘合起来的技术，其按所采用的定位系统的不同，可分为前定位系统层压技术和后定位系统层压技术。
前者须采用销钉进行各层间的定位，而后者则无须采用销钉进行定位，主要通过铆钉、热粘，通过masslam压合，因而更适用于大规模的工业化生产。
二、前定位系统层压工艺技术
1、前定位系统简介
电路图形的定位系统是贯穿于多层底片制作、内外层图形转移、层压和数控钻孔等工序的一个共性问题。
多层印制板中的每一层电路图形，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与金属化孔连接。
这对于高层数、高密度、大板面的多层板显得尤为重要。
回顾多层板层压制作采用过的销钉定位法，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，以及公司应用的四槽孔定位法。
这种定位方法是美国Multiline公司推出的，利用其提供的一系列四槽孔定位设备，在内层芯板上冲制出四个槽孔。
然后利用相应的四个槽形销来实现图形转移、叠片、层压和数控钻孔等一系列工序的定位。
2、四槽定位工艺过程
按前定位系统进行的多层印制板的层压，每开口可压制8层（1.6mm）,具体按如下流程制作。
2.1半固化片准备
准备半固化片先要熟悉各种B片的规格
料别
树脂含量（%）
流动度（%）
厚度（mm）
凝胶化时间（秒）
106A
70±3
42±5
0.05
170±20（S0101）
140±20（S0401）
1080A
64±3
40±5
0.06
2116L
47±3
22±5
2116A
52±3
30±5
0.11
2116H
56±3
35±5
0.12
7628L
40±3
20±5
41±3
20±5
7628A
41.5±3
22±5
42±3
22±5
43±3
22±5
0.18
7628M
45±3
25±5
7628M
46±3
25±5
7628H
47.5±3
30±5
50±3
30±5
0.22
3313A
55±3
30±5
2165A
52±3
30±5
1500A
45±3
26±5
0.15
[注]半固化片准备注意事项：
①在清洁无尘的环境，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、杂质等缺陷的应予剔除，操作应戴清洁的细纱手套，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裁切加工好的半固化片，应及干燥冷库中去湿；
⑥对新到半固化片应进行性能测定。
随着保管期的增长，材料老化，直接影响流动度和凝胶化时间，它与产品质量密切相关，是工艺参数确定的基础。
有关性能测定方法和计算，详见质量控制部分。
2.2四槽定位叠板
①前定位叠板采用有定位孔的模板及分离板,用销钉定位,叠板时,销钉上应加套垫片,以防止流胶污染分离板与销钉,放垫片时应保证手套上没有树脂粉,以免污染铜箔。
②模板在叠放时,应认清朝里朝外两面,并应保证销钉准确套入定位孔中,以免损坏模板定位孔上的衬套。
③前定位内层定位孔和销钉如配合不准,应仔细调整不得强行套入,应保证定位孔的完整无损。
④叠板时应用粘性布仔细清洁每一块板面及分离板面,若使用盖孔膜应清洁盖孔膜，防止树脂粉尘和其它杂物污染板面；
⑤四槽孔边B片粉容易喷到板内，污染板面，下面铜箔应摊平，紧贴分离板，避免B片粉入板内，上面铜箔放叠好后，应先用粘性布清洁板中间，从内到外清洁，特别对销钉周围板面应单独仔细清洁干净；
⑥每块分离板都应轻放，防止B片粉从销钉空隙溅入板内；
2.3板件层压
叠好的板件进入压机层压，通常层压分预压、保压、冷压3个阶段
2.3.1预压
入预压之前，压机应先升温至170±2℃，以保证入机后立即开始层压，预压压力：
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，入模后施加的预压压力，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，预压阶段时间受半固化片的特性、层压温度、缓冲纸厚度、印制板层数和印制板的大小影响。
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，层间空气和挥发份排除的不彻底，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的特性关系甚密，预压周期并非是一层不变的，必须通过试压后，在对层压好的多层板进行全面质检的基础上，对预压周期进行适当的调整，方可正式投入生产。
2.3.2施全压及保温保压
预压结束后，在保持温度不变的前提下，进行转压施全压操作。
并按工艺参数要求进行保温保压。
采用真空压机（TPM公司）：
全压压力：
1．12~1．4Mpa（160~200磅／平方英寸），时间：
80分钟，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，保证厚度和最佳树脂含量，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。
2.3.3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，在保持压力不变的条件下，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，冷却降温速度一般控制在3℃/min左右
2.3.4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。
2.3.5切除流胶废边
①层压排出的余胶，呈不规则流涎的状态，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的不平整现象，应校平处理，使翘曲量控制在对角线的0．5％范围之内。
2.3.6打印编号
经压制后的多层印制板半成品，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的坯料上打印出图号和压制记录编号，字迹必须清楚，不致造成错号，部分厂家使用手写编号
2.3.7后固化处理
部分厂家为使板件完全固化将板放入电热恒温干燥箱中，加热到140℃并保持4小时。
三、后定位系统层压工艺技术
1、后定位系统简介
采用后定位系统即使用热熔合、铆钉方式的系统
具体做法是：
（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）进行内层单片的棕黑化处理；
（5）层压前排板操作，对于四层以上的多层板，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；除了层压之外，后来有发展出热熔机
（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、后定位系统层压工艺流程
裁切半固化片→内层板棕黑化→内层预叠→叠板→层压→拆板→质量检验
2.1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的大块。
半固化片种类主要有1080、2116和7628。
Ø按工艺指定的物料及排板方式，计算需切半固化片的数量
Ø裁切半固化片前（及后），需清洁台面
Ø将半固化片从辊架上拉出至所需尺寸后，进行裁切
Ø切完每卷后，需用吸尘器吸除撒落之树脂粉
Ø操作时需戴清洁手套；
Ø树脂布面不可折曲、不可有任何杂物，并保持树脂布干燥
Ø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。
2.2内层预叠
六层及以上层数之多层板需进行该项操作。
公司目前采用热熔方式将各板件进行预叠，热熔的原理是将B片加热到融化使内层芯板能完全粘合在一起，在层压不致错位，这里有3点要注意
Ø层间对位要准，保证销钉大小合适，板件水平度好，无弯曲
Ø热粘效果要好，保证热粘的树脂已经固化
Ø热粘后的热粘点完整未被破坏
而铆钉法是通过铆钉的方式进行生产，铆钉适合做3.0mm以下，芯板厚度0.43mm以上，其操作步骤如下
Ø按工艺指示选取内层芯板间之半固化片种类和数量
Ø按单片工具孔位置于半固化片上冲制相应之圆孔
Ø将内层芯板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
Ø上述操作需在净化间内进行，且需进行温、湿度控制
2.3叠板
将经棕化处理的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和外层铜箔之要求，排成一BOOK。
①将底板和规定数量之牛皮纸，运至专用排板桌上；
②按工艺要求检查半固化片和铜箔；
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的方法。
）
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。
2.4层压
采用程序升温，通过预压经转压直至高压的层压模式。
所用压机为真空层压机，配置为两台热压机、一台冷压机。
①层压前，检查炉门胶边是否正常；
②入炉时，检查温度是否在170±5℃
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
2.5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—③操作，直至拆除所有板。
四、层压过程之品质控制简介
1、半固化片来料品质控制
凡新购进的1080型或2116型半固化片，为掌握压制的具体工艺方案和检验材料是否符合要求，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、挥发物含量测试和凝胶化时间测试。
（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的中央部位，另两组分别切自半固化片的两侧，但到边缘的距离不得小于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，从炉中取出坩埚和残渣，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
将测试的三组试样，分别记录结果。
说明：
如果没有马福炉，可作一般精度的测试。
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。
（2）树脂流动度测试
①取样
试样为正方形，边长4×4英寸，精确至0.01英寸，切割方向为对角线平行于经纱斜切，样品总重20克为一组，共3组。
重量精确至0．005克。
②测试
每组以布纹方向一至叠合在一起，放于两平板模具内，压机预热至170±5℃，入模立即施压力（1—1.5）×106Pa/cm2，压力升至最大值约为5秒钟，保温保压20分钟，开机取件冷却至室温。
切取一个正方形，其边与试样对角线平行，边长为2倍的2的平方根±0.01英寸，或切成3．192±0．01英寸的圆，圆心为试样对角线交点。
用分析天平称取小方块重量，精确至0．005克。
③计算
n（％）＝（m1—2m2）／m1×100
式中：
n——树脂流动度；m1——试样切片初始重量（20）；m2——小块取样的重量。
（3）挥发物含量测试
①取样
试样为正方形半固化片，尺寸为4×4英寸，裁切方向为对角线平行于经纱，每个试样的一个角冲上一个直径1／8英寸（3．175mm）孔，每种半固化片切取三块试样，切取试样时，两边离半固化片边缘距离不小于1英寸。
②测试
用分析天平称试样重量，精确至1mg。
然后用金属小钩把试样挂在163±2℃的恒温鼓风干燥箱内15分钟。
从烘箱中取出试样置于干燥器里冷却至室温。
用分析天平对试样称重时，环境相对湿度应低于65％，快速称重，精确至1mg。
③计算
W（％）＝（m1—m2）／m1×100
式中：
W——挥发份百分数；m1——干燥前试样重量，g；m2——干燥后试样重量，g。
（4）凝胶化时间测试
①测定用设备
凝胶化时间测试仪。
②取样
按前同样方法裁切200mm×200mm试样三张。
③测定
取一张半固化片试样，从中取出树脂粉约0．15克，放入已加热恒温在170±3℃的钢板平底孔中，用不锈钢或玻璃棒搅拌，从熔融状态直至拉起树脂能成为不断的丝状物，即为已固化。
记录树脂粉由熔融状态至能拉起树脂间的时间，即为凝胶化时间。
三件试样分三次测试，取三次时间的算术平均值为准。
（在每做完一次测试后，应立即消除废胶，清洁平底孔。
）
2、内层板棕化化质量控制
1.3.2.1微蚀速率控制范围及方法
（1）控制范围：
1．0-2.0μm／cycle
（2）测试方法：
a.FR—4双面无钻孔基板，并清洁其表面；
b.切成10cm×10cm试片，并钻一小孔；
c.100℃下烘10min，并在干燥器中冷却至室温；
d.称重W1；
e．微蚀液中处理，清洗并在100℃下干燥10min；
f．在干燥器中冷却至室温；
g．称重W2；
h．微蚀速率＝（W1-W2）／5.6（μm／cycle）
3、层压板之质量控制要数
（1）层压后板面铜箔与绝缘基材的粘接强度测试；
（2）将外层铜蚀刻掉，检查多层板内层应无肉眼可见的分层、起泡、显露布纹、露纤维和起白斑；
（3）耐浸焊性：
260±6℃的焊锡或硅油中浸渍20秒钟，无分层起泡现象；
（4）压制件应保留足够的胶量，板子的静抗弯强度不低于1.6×108Pa；
（5）内层图形相对位置和各层连接盘的同心度必须符合设计要求；
（6）压制后的多层板厚度应符合设计图纸或工艺卡的具体规定；
（7）板面应平整，其扭曲或弓曲最大量为对角线的0．5％；
（8）外层铜箔上应无环氧树脂、脱模剂或其他油脂污染，铜箔表面应无划伤的痕迹，无杂质造成的压坑；
（9）粘结层内应无灰尘、外来物等异物；
（10）废边切除不得损坏定位孔，外边与孔口距离不少于3mm。
压制的流胶也不得损坏定位孔，孔口无流胶引起的凸起现象；
（11）凡因装模引起的位置颠倒、层间错位不重合，在后道工序（蚀刻后）可观测到时，均属压制废品。
4、针对多层印制板翘曲的几项措施
由于PCB产生翘曲的因素很多且复杂，PCB翘曲度大多是诸多因素综合的结果。
以下仅从多层印制板制作的工艺角度进行简单介绍：
（1）在不影响板厚的前提下，尽量选用厚度大的环氧玻璃布基材以及半固化片。
厚度大的玻璃布意指单股粗织成的玻璃布，在织布和浸渍树脂的过程中抗张强度大，拉伸小，因而其热应力小，制成的PCB翘曲度小。
（2）在内层单片进行图形制作前，需进行应力释放之预烘处理。
一般控制温度在120℃左右，烘烤4小时，待其冷至室温后再出板。
（3）排板操作时，半固化片需对称铺设。
半固化片是由玻璃布涂覆环氧树脂而成的，玻璃布的经向在织布、涂覆树脂、烘干等过程中，均处于张力状态，因而经向的热膨胀系数大于纬向的热膨胀系数；同时，上、下两面之热膨胀系数也有差别。
因此，采用对称原理铺设半固化片，由于镜面效应应使热应力互补或抵消。
可明显降低多层印制板的翘曲度。
如一种四层板的排板方式：
H27—33（2／2）—72H。
其中：
“2”代表半固化片1080，“7”代表半固化片7628，“H”指铜箔厚度为0．50Z，“33”为内层单片的厚度（33mil），“（2／2）”指内层单片表面铜箔厚度为20Z。
（4）考虑到内层单片与半固化片之经纬向匹配问题对多层印制板翘曲度的影响，对采用四槽销钉定位的6种规格尺寸的内层单片、半固化片及铜箔的下料方式、尺寸等绘制了简单示意图（参见图二），便于过程质量控制。
（5）层压过程中，施压方式和压力大小对层压板的翘曲度有较大影响。
试验证明：
在采取两段加压方式（低压8~10分钟，高压90分钟。
）进行层压操作时，若将高压阶段之后30分钟进行适当降压处理（热压压力下降约20％），有利于消除高压产生的机械应力，均衡基板压合时因压力损降不同而造成之不同区域残余应力间的差异，对改善基板之尺寸稳定性及翘曲十分有利。
（6）导制层压板翘曲的应力主要由温度和压力的差异所引起。
影响印制板上温度均匀分布的因素主要有：
温升速率、印制板层数和印制板大小等。
升温速度快、生产印制板的层数多、印制板的面积大都容易引起温度差异。
尽管采用缓冲纸或硅橡胶垫可以缓解此差异，但仍不能消除。
温度高的地方先固化，而温度低的地方仍处于熔融状态，这样就形成了一个“bottomstress”，这就是形成翘曲的原因。
因此，热压时需根据具体情况采取一定的温升速率（一般控制在4~8℃／min），这对基板的尺寸稳定性和避免翘曲的产生是有利的。
（7）热压操作后的冷压操作，对降低翘曲度有较大作用。
由于铜箔、玻璃布及环氧树脂的热膨胀系数的差异，必须采用适当的降温速率，使固化后的树脂有一定时间来松弛残余热应力，特别是固化树脂的玻璃态转化温度附近，应尽可能使用较低的降温速率。
（8）印制板在其整个生产过程中，总会存在残余应力而导致PCB翘曲。
采用热压释放残余应力、改善PCB翘曲度，是目前普遍应用的方法。
由于PCB在层压后或加工中的残余应力为束缚状而非松弛态，即层压板的翘曲度还未充分表现出来。
如果在一定的加热条件下，适当加上一定的压力来“诱导”残余应力，使其延着水平（x、Y）方向释放，但抑制或阻止Z方向的释放。
这样做可明显改善PCB的翘曲度。
（采用热压释放残余应力的压力，一般为层压压力的1/4—1／5。
）
（9）层压时，各基板间所用之金属隔板的种类对层压板的翘曲度有一定影响。
其主要有以下作用：
①均匀分布热量，解决由于各层铜量分布不均所造成的传热均勺性问题。
因受热不均会造成树脂固化不均而引起之压合后基板翘曲；
②隔离每个opening间的多层板，以使压合后之板能容易分开。
鉴于上述作用，除要求其硬度高、平整性好外，更重要的是其传热性要好，热膨胀系数比较接近环氧树脂以减小热作用界面间的热应力。
比较环氧树脂坡璃布极、铝板和钢饭之热膨胀系数值（环氧树脂玻璃布板为12．8×10-6m／℃；铝板为22．4×10-6m/℃；314#钢板为14．2×10-6m/℃），试验表明还是选用钢板作为隔板，对基板翘曲程度的影响较小。
5、层压参数的确定
不同板号的印制板，由于其各层图形、介质层厚度、板厚、大小、拼板方式、每BOOK压板数及所用压机等诸多因素的差异，在正式设定程序前，需进行试压板操作，以确定其最佳层压参数。
具体操作步骤如下：
（1）排板时用两根带有K插头的温度感应线，分别接至一载盘的最上层和中间层之板边内，与半固化片相接触。
感应线之另一头，需引出压机外，并与多功能温度测试仪相连，便于随时度量温度；
（2）根据每BOOK压制层数、待压板之面积及厚度等要求，按规定分别预设每段压盘温度、压力和时间；
（3）进行试压操作，按一定间隔时间记录温度。
以下几点必须注意：
①试压过程中，中间层温度在80~130℃时，载盘最上层和中间层的温差不能超过25℃、温升速率不能超过1．3~5℃／min（可通过调整牛皮纸数量、压盘温度等）；
②温度达85±5℃时，定低压转中压的时间、温度达110±5℃时，定中压转高压的时间；
③在试板压制过程中，中间层的温度须于170℃或以上更高温度保持20分钟以上；
（4）将经以上参数压制的多层印制板，按质量要求进行检测，
5、层压板之铜箔剥离强度测试
选取层压后之4层板和6层板分别进行表面铜箔与半固化片之结合强度测试。
6、层压板玻璃化转变温度（Tg）测试
通过DSC（扫描差热分析法）进行层压板玻璃化转变温度的测定，参见图三。
测试结果记录格式见下表17。
图三Tg测试曲线示意
7、内层棕化后表面离子沾污测试质量控制
内层棕化后，层压操作前表面离子沾污测试，对多层印制板压制后之印制板的绝缘等电气性能很重要，要求6．45μgNaCl／in2。
其
升级会员 