多層線路板的層壓技術11954

1、多層線路板的層壓技術1目 錄 前言 第 3 頁 目的 第 4 頁 內(nèi)容簡介 第 5 頁 主要內(nèi)容 第 6 -128頁 工藝原理及方法（Theory and Method） 第6 - 36頁 物料介紹 （Material） 第37- 74頁 機器設備（Machine） 第75- 100頁 檢測方法（Measure） 第101- 116頁 缺陷分析（Troubleshooting） 第117-129頁 總結(jié) 第130頁2前 言 隨著當今科技的發(fā)展需求,對線路板的制作提出了更高的要求，因此為了跟上這些工業(yè)發(fā)展的要求，我們將重點放在人 (Man) 的因素上，即作為工藝工程師、生產(chǎn)監(jiān)督及操作者都應更加深

2、入了解各工藝的基本原理及方法，只有掌握了工藝的基本原理及方法，才能找到解決工藝難點的途徑。3目 的 使目前在職工程師掌握壓板的基本理論及 其技術方法 使工藝理論知識得到普及，提高公司整體 技術力量 4內(nèi) 容 簡 介 鑒于本教材是針對在職工程師的培訓教材，所以對于一些工序中的專業(yè)術語將不深入解釋。教材的內(nèi)容將從以下五個方面分別講解： 工藝原理及方法（Method） 物料介紹（Material） 機器設備 （Machine） 檢測方法 （Measure） 缺陷分析（Trouble-shooting）5主 要 內(nèi) 容Part 工藝原理及方法一、工藝原理 壓板的工藝原理是利用半固化片從B-stage向

3、C-stage的轉(zhuǎn)換過程,將各線路層粘結(jié)成一體。半固化片在這一過程中的轉(zhuǎn)換過程的狀態(tài)變化見下圖：Flow BeginResin MeltResin curesFlow end6二、工藝條件及壓板Cycle的設計方法： 1. 工藝條件： 1.1 升溫速度： 應合理控制樹脂從開始流動到停止流動這段時間范圍內(nèi)，對應樹脂的溫度約在80130C，這個溫度段Resin充分流動，稱為 flow window。在這個溫度段，升溫速度將影響樹脂的粘度變化及凝膠時間，從而影響壓板的品質(zhì)板厚均勻性。7 1.1.1 升溫速度與樹脂粘度變化的關系：慢升溫快升溫時間樹脂的粘度 從上圖可以看出：升溫速度快對應的樹脂粘度較升

4、溫速度慢的樹脂粘度低，說明快升溫時的樹脂流動性大。升溫速度快的Flow window較升溫速度慢的要小，說明可以用于控制的時間短，不利于壓板厚度的控制。8 1.1.2 升溫速度、Flow window及厚度控制的關系： 從上圖可以看出：升溫速度快的Flow window較升溫速度慢的要小。流動窗口小，樹脂來不及填充導線之間的間隙，同時也不容易掌握加壓時機，不利于壓板厚度平均的控制。而升溫速度過慢，流動窗口太寬時，樹脂處于流態(tài)的時間長，在壓力的作用下，流膠也會過多，而且相應的整個Cycle time也會加長。 1.1.3 升溫速度的控制范圍： 通過以上分析，應合理控制Flow window的升溫

5、速度，通常對于目前公司用到的多數(shù)供應商提供的半固化片，升溫速度通常控制在1.5C 5C/min。而對于美國有些供應商如：Polyclad等要求的升溫速度通常會到 4-6 C/min。所以升溫速度的控制應參照不同膠系樹脂的粘度特性來決定。9 1.2 最高加熱溫度： 要確定壓板工藝的最高加熱溫度，首先應了解到使用的半固化片的樹脂體系，它的固化溫度（cure temperature)是多少，根據(jù)它來決定一個壓板cycle中應提供的最高加熱溫度是多少。例如目前公司常用的FR-4環(huán)氧樹脂的 cure temperature是160C170C。那么應使壓板時最高料溫達到170 C。如果對于不同的樹脂體系：

6、如熱加強型（高Tg）FR-4，BT料等，應根據(jù)它們不同的最高料溫要求決定最高加熱溫度。 10 另外，還應了解一點：壓板Cycle的最高加熱溫度是指壓機的最高熱盤溫度，所以作為工程師應熟悉壓機加熱盤溫與隔熱層，Lay-up層數(shù)，之間的關系及熱損耗情況。Temp（ C ）PlatenPress padMultilayer + SeperatorPlatenPress pad190 C170 C11 1.3 壓力的提供： 1.3.1 壓力的作用： A、要保證樹脂與銅面之間充分接觸與結(jié)合 B、提高樹脂流動速度，盡快均勻地填充導線間的空隙。 C、將樹脂反應產(chǎn)生的氣泡擠到板邊。 1.3.2 壓力的設定方法

7、與時機： 1.3.2.1 One stage press cycle（一段壓方式）T（0C）1750CP（Bar）PressureTemperature12 一段壓力的方式是指當壓機開口一經(jīng)閉合后立即提供全壓力的壓合方式，它主要用于樹脂流量很小的樹脂體系的壓板。 1.3.2.2 Two stage press cycle（兩段壓方式） 對于高樹脂含量、長Gel time的樹脂體系通常采用兩段加壓方式。第一段壓稱為接觸壓力（Kiss Pressure），主要提供壓力保證先軟化的樹脂與銅薄充分接觸，咬和。之后當樹脂隨溫度變化后粘度較低時提供第二段壓力。T（0C）1750CP（Bar）Pressur

8、eTemperatureKiss pressureTime13 1.3.2.3 加壓時機 對于兩段加壓的壓板方式，存在一個加壓時機的問題。 A. 加壓過早時，將導致過多的低粘度的樹脂被擠出，導致板厚偏薄，更嚴重的情況將是缺膠，這部分區(qū)域?qū)⒃诤罄m(xù)工藝流程中產(chǎn)生分層。 B. 加壓過晚，將會出現(xiàn)空洞、氣孔缺陷。在沿著內(nèi)層銅的邊緣出現(xiàn)凹下去的軌跡。 那么，加壓時機應該怎么確定，才能避免以上缺陷出現(xiàn)呢？ 從以上的討論中可以知道：加壓時機與樹脂粘度有關，所以我們應該掌握我們所用的樹脂的粘度特性，下面一張圖將粘度、壓力、溫度之間的關系匯總了一下，以供參考。而掌握正確的加壓時機應根據(jù)長期實踐經(jīng)驗來把握。 14

9、 圖中虛線表示One stage材料的粘度變化，實線表示高流量樹脂的Two stage 樹脂的粘度變化情況。TemperaturePressureTimePressureTemperatureViscosityViscositySolid viscosity too high to flow properlyEffective working rangeViscosity too low慢升溫快升溫15TMADSCHTHKTemperature (C)Time (min)25507510012515017501234510678915C/min heat input流動起始點流動終結(jié)點熔融點固

10、化點 以上圖為分別用TMA與DSC測試儀量度到的一張普通FR-4半固化片的熱變化曲線.16 1.3.3 壓力大小的確定： 1.3.3.1 壓力的大小如何確定？ A、針對兩段壓力的加壓方式，首先在升溫初期，樹脂受熱逐漸開始熔化，粘度下降，仍未到充分流動階段。應提供一個較低的壓力，保證開始溶化的樹脂與粗化銅面充分接觸，這個壓力通常稱為kiss pressure接觸壓力（又稱吻壓）。通常這個壓力設為5Kg/cm2左右。B、樹脂開始流動到固化這個階段應提供充分的壓力，幫助樹脂盡快流動填充導線間的空隙，并產(chǎn)生與各層銅較強的附著力。這個壓力如何制定呢？根據(jù)以前的經(jīng)驗總結(jié)下表提供參考：1718 1.3.3.

11、2 壓機中壓力的設定方法： 以上表中確定了壓板時板面的承受壓力，實際在壓板機中如何設定操作壓力值呢？以下將給出計算方法： 例如：Bonding area：48”26” (121.966cm2) Specific pressure:22Kp/cm2(315psi), Piston diameter:35cm(962.1cm2)，那么壓機壓力應該設為：P=(22Kp/cm28045.4cm2)962.1cm2184Kp/cm2那么184Kp/cm2壓機液壓系統(tǒng)的壓力.19 1.4 固化時間：（Cure time) 1.4.1 固化時間的確定 在制作半固化片的工藝中填加的催化劑與固化劑（dicy雙氰

12、胺），加速劑2-MI（2-甲咪唑），影響到樹脂固化反應的速度，應了解使用的半固化片的這一特性指標:固化溫度與固化所需的最少時間， 目前我們經(jīng)常使用的Tg135C的FR4半固化Cure time通常為175 C保持60min。 而熱加強型(Tg175C- 185C)的FR4固化時間為190-200C保持120min以上. 對于不同的樹脂體系應從制造商處了解到該樹脂的關于這方面的基本特性與參數(shù)制定出合理的固化時間.20 1.4.2 固化時間與壓板后材料的Tg之間的關系: 材料的固化時間充分，保證了樹脂C-stage的充分反應，而C-stage的充分反應時，則樹脂中的高分子在硬化反應形成的鏈壯結(jié)構更

13、加致密，材料的穩(wěn)定性就越好。 而材料固化充分的一個參考指標就是Tg。材料的Tg值與材料本身的特性有關，但也受壓合條件中固化時間的制約，下圖為兩者之間的關系：樹脂特性WET CLOTHB-StageCured lamination Tg21 1.5 總結(jié)： 確定一個壓板Cycle應首先確定以下四個工藝條件： A.升溫速度 B.最高加熱溫度 C.壓力 D.固化時間222. 壓板Cycle的設計方法：2.1 溫度的Profile的設計2.1.1 首先根據(jù)確定好的物料的升溫速度，與根據(jù)經(jīng)驗所得的各層料溫的差異，確定出壓機熱盤的升溫條件。2.1.2 然后根據(jù)物料的最高溫度要求確定熱盤的最高加熱溫度。2.

14、1.3 根據(jù)Cure time的時間定出在最高加熱溫度需要保持的時間。2.1.4 根據(jù)以上三點可以基本確定出壓板Cycle中溫度的Profile。而具體實際應用時應該插Thermal couple到不同層的材料中，根據(jù)實際情況與要求的偏差做一些修正。 232.2 壓力的Profile的設計2.2.1 首先確定加壓方式，是采用一段壓力，兩段壓力 還是多段壓力。2.2.2 然后確定加壓時機即在物料溫度達到多少時進 行換壓。不同物料特性不同，加壓時機也不同。 所以這要根據(jù)經(jīng)驗與對物料升溫速度的掌握來確定。2.1.3 根據(jù)實際的物料溫度的測量結(jié)果進行修正。2.1.4 根據(jù)修正的結(jié)果確定正式使用的壓力P

15、rofile.242.3 壓板cycle的一個具體recipe： 加壓溫度點為100oC25三、壓板的工藝方法： 1. Mass lamination 大量無銷釘層壓方式:Top Plate Kraft PaperSeperatorKraft PaperCarrier PlatePCBPrepregCopper foil26 Mass lamination 大量無銷釘層壓方式:是指直接用銅箔與板固化片與內(nèi)層基板壓合的大批量層壓方式。該方式操作簡單快捷，產(chǎn)量大的特點。缺點是只對四層板適用。對于高于四層以上的板時，需要采用內(nèi)層預先用鉚釘鉚合后與Mass lamination相結(jié)合的方式。 2. P

16、in lamination 對位銷釘定位的層壓方式: 當層數(shù)增多，用普通的鉚釘無法達到定位效果時，采用這種傳統(tǒng)的工藝方法。這種方法雖然在層壓后的拆板時的操作繁瑣、困難，但卻是保證高層板層間對位的唯一較好的方法。27 Kraft PaperSeperatorKraft PaperBottom fixturePCBPrepregCopper foilTop fixtureTop PlateCarrier platePin內(nèi)層板單元大小28 從以上圖中可以看出：用PinLamination的方式，需要在內(nèi)層板、銅箔、半固化片上開出同樣形狀的工具孔，而且在所有相關工具上開孔：上下夾具板、所有分割鋼板。

17、而多種多樣的Project會產(chǎn)生板尺寸的多樣性，決定了工具的多樣性、復雜性。 另外，銷釘所起到的作用只是減少層與層之間的滑移而產(chǎn)生的對位不準，而對于板材本身經(jīng)過壓合過程中的應力變化產(chǎn)生的漲縮變化仍舊不能完全避免。 而Pin-lamination與鉚釘固定所采用的對位原理都是一樣的：PEP（OPE的Post-Etch-Punch)29 3. 壓合過程中的對位方法：（PEP） PEP（蝕刻后沖孔方式）的基本做法如下： 3.1 內(nèi)層板各層菲林上設置兩個光學標靶(Optical Target):如圖所示:30 3.2 根據(jù)菲林做出內(nèi)層圖形. 3.3 將蝕刻后的內(nèi)層板放在具有CCD對位系統(tǒng)的沖孔機上(如

18、:Multiline 的OPE機),根據(jù)以上的兩個標靶由機器中固定的模具沖出壓板對位用的所有工具孔,入圖所示:31 3.4 從上圖中我們知道：中間的四個腰型孔為Pin-lamination所需要的對位孔，其它圓形孔作為其它鉚合方式用的對位孔。因此，我們可以看出：Pin-lamination與結(jié)合鉚釘?shù)腗ass-lamination的層間對位方法一樣。 3.5 4-Slot的對位方式的優(yōu)點： 壓合后的變形有規(guī)律,層間偏差小. 4個銷釘在沖出的腰型孔中的位移變化情況入圖所示:PINHole32四、介電層厚度的計算方法： 1. 單張半固化片層壓厚度X：指單張半固化片壓制敷銅板后的平均厚度。通常該值與

19、樹脂含量具有一定的關系。 203040506070800.050.10.150.2樹脂含量%層壓板厚度mm106108021122116762833各類半固化片單張壓制敷銅板的厚度指引:(單位mil)342. PCB壓板厚度計算方法指引：2.1 對于圖一的情況，用公式一計算：公式一： 其中：H 表示壓板后介電層厚度估計值。 X表示所用半固化片壓制敷銅板的層壓厚度的平均值。 h表示基材的底銅厚度。0.5oz: 0.6-0.7mil 1oz: 1.2-1.414mil 2oz: 2.5-2.8mil a% 表示對應面的銅面密度。HHh線路352.2 對于圖二的情況，用公式二計算：公式二： 其中：H

20、1 表示壓板后中間介電層厚度估計值。 X表示所用半固化片壓制敷銅板的層壓厚度的平均值。 h1表示基材一個面的底銅厚度。 h2表示基材另一個面的底銅厚度。 a% 表示對應于h1面的銅面密度。 b% 表示對應于h2面的銅面密度。 注：兩邊介電層厚度的計算方法用公式一。HH1hHh1h236Part 物料介紹 一、基本原材料: 1. 銅箔 1.1 銅箔的種類：按照制造方法分為壓延銅箔（Wrought Foil）與電解銅箔（ED-Foil）。 1.2 電解銅箔的特點: 雙面粗糙度不同,較粗的一面處理 后可以和樹脂產(chǎn)生較強的接合力.Drum SideMatte Side37 1.3 銅箔的量度方法：由于

21、銅箔厚度的測量受到儀器操作方法及操作環(huán)境的限制,所以通常銅箔的量度方法是按照單位面積的銅箔重量來衡量. 表一:38 1.4 銅箔的品質(zhì)要求： 1.4.1 純度：（Purity）電解銅箔需高于99.8%,壓延銅箔需高于99.9%. 1.4.2 電阻: 20C時不高于以下要求: 1/8oz: 0.1782ohm-gram/m2. 1/4oz: 0.169ohm-gram/m2. 3/8oz: 0.1671ohm-gram/m2. 1/2oz: 0.16359ohm-gram/m2. 3/4oz: 0.162ohm-gram/m2. 1oz: 0.1594ohm-gram/m2.39 1.4.3 抗

22、拉強度與拉伸比:(Tensile Strength and Elongation) 室溫下,1/2oz銅箔抗拉強度應大于15000 lb/in2, 拉伸 比應大于2%.1oz以上則應大于30,000 lb/in2,及3%. 1.4.4 針孔:(Pin-hole): 1/2oz以下的銅箔不可有大于0.1m/m大小的針孔,且針孔 數(shù)不可多于10點/ft2. 1oz以上的銅箔針孔數(shù)不可多于5點/ft2,且在任何5 ft2 內(nèi),不得有大于0.125mm的針孔. 1.4.5 基重:(Weight):如前面表一所示.40 1.4.6 外觀(Surface appearance):表面不得有任何凹點、折 皺

23、、刮痕、粗粒、油脂、指印及任何雜質(zhì)。 1.4.7 抗氧化性(Tarnish resistant):存放其間不許有表面氧 化變色現(xiàn)象. 1.4.8 抗熱性(Heat resistance): 熱壓后表面不許氧化變色. 1.4.9 錫焊性(solderability): 焊錫可以均勻分布在銅箔表 面,不能有無法浸潤與浸潤不均的現(xiàn)象. 1.4.10 表面粗糙度(Roughness):平均需在0.2-0.3Ra 41 1.4.11 抗撕強度(Peel strength): 又稱線拉力.由雙方自行 制定.通常如下規(guī)定: 常溫下，0.5oz2.0kg/cm 1oz2.0kg/cm 2oz3.0kg/cm

24、1.4.12 抗化學藥品性: 在浸漬化學藥品后不可有氧化及剝離 強度減弱的缺點. 1.4.13 抗焊性:(Solder resistance): 經(jīng)過焊錫漂浮后,抗撕 強度不可有顯著下降. 42 1.5 銅箔的發(fā)展趨勢： 1.5.1 對現(xiàn)有銅箔品質(zhì)的持續(xù)改善. 1.5.2 發(fā)展高品質(zhì)的PCB所需的銅箔: 1.軟性層壓板所需的低溫高抗拉強度的銅箔. 2.高溫高抗張強度的銅箔. 3.高密度細線路制作所需的薄銅箔. 4.直接鐳射鉆孔所需的超薄銅箔.(如日本MITSUI的 UTC-Foil,最薄可以做到3-5m.(5m的重量 為45g/m2,9m的重量為80g/m2(1/4oz).)43 2. 半固化

25、片: 2.1 Prepreg 是Pre-pregnant的英文縮寫,是樹脂與載體合成的一種片狀粘結(jié)材料.它在制作過程中的變化如下圖所示:Resin樹脂Varnish膠液Prepreg半固化片Laminate層壓板Structure44 2.2 玻璃纖維布： 是一種經(jīng)過高溫融合后冷卻成一種非結(jié)晶態(tài)的堅硬的無機物，然后由經(jīng)紗，緯紗縱橫交織形成的補強材料. 2.2.1 可以作為補強材料的有：纖維素紙、E-玻璃纖維布、聚芳酰胺纖維紙、S-纖維布等。 2.2.2 E-玻璃纖維布的成分45 2.2.3 E-玻璃纖維布的常用結(jié)構: 46 2.3 樹脂：是一種熱固型材料，可以發(fā)生高分子聚合反應。 2.3.1

26、樹脂的功能及特性: A. 具有電氣絕緣性 B. 可以作為銅箔與加固物(玻璃纖維布)之間的粘合劑 C. 特性:抗電氣性、耐熱性、耐化學性、抗水性。 2.3.2 樹脂的種類：由于樹脂種類有多種，所以決定了我 們材料的多樣性。PCB行業(yè)中常用的樹脂體系有以 下幾種：A.酚醛樹脂 B.環(huán)氧樹脂 C.聚酰亞胺樹脂 D.三嗪和/或雙馬來酰亞胺樹脂47 2.4 膠液：(Varnish) 2.4.1 膠液的組成：樹脂、固化劑（Dicy）、固化劑溶劑、 膠液溶劑（針對環(huán)氧樹脂常用丙酮）、固化劑加速 劑（2-MI）。 2.4.2 膠液的功能: A.降低樹脂粘度,引導樹脂與固化劑 浸入玻璃纖維中. B. 溶解樹脂、

27、固化劑與催化劑。 C. 提供一個化學性穩(wěn)定的混合物。 2.4.3 膠液的一致性：膠液的一致性對半固化片有相當重 要的影響。保證一致性的幾個因素： A.配方的比例準確性。 B.測試膠液的凝膠時間、粘度、比重。 C.膠液的壽命：最好2天內(nèi)使用，最長不能超過2 星期。存放其間溶劑的蒸發(fā)影響樹脂的粘度及比重。 D.新舊膠液不可混合使用。48 2.5 半固化片及其特性、存放條件： 2.5.1 半固化片的制程簡介: 上膠 (Coat glass with varnish)蒸發(fā)溶劑 (Evaporate solvent)局部反應固化(Partially react and curing)49 2.5.2 半

28、固化片的特性參數(shù): A. RC%（Resin content)：指膠片中除了玻璃布以外，樹脂 成分所占 的重量百分比 。 RC%的多少直接影響到樹脂填充導線間空谷的能力，同時決定壓板后的介電層厚度。 B. RF%（ Resin flow）：指壓板后，流出板外的樹脂占原 來半固化片總重的百分比。 RF%是反映樹脂流動性的指標，它也決定壓板后的介電層厚度 C . VC%（volatile content）：指半固化片經(jīng)過干燥后，失 去的揮發(fā)成分的重量占原來重量的百合比。 VC%的多少直接影響壓板后的品質(zhì)。50 D. Gel Time（Gel time）：是凝膠時間，指B-階半固化 片受高溫后軟化粘

29、度降低，然后流動，經(jīng)過一段時間 因吸收熱量而發(fā)生聚合反應，粘度逐漸增大，逐漸 固化成C-階的一段樹脂可以流動的時間。 凝膠時間與溶融粘度及樹脂流量的關系:RF% +Gel time +51 凝膠時間與溶融粘度及樹脂流量的關系: 在相同的半固化片流動下： 一個低粘度系統(tǒng)需要較少的時間流動（快的反應性） 一個高粘度系統(tǒng)需要較多的時間流動（慢的反應性） 不同樹脂可能需要不同的凝膠時間來達到相同的流動。 凝膠時間流動的關系： 較低的凝膠時間提供較低的流動 較高的凝膠時間提供較高的流動 在較低的凝膠時間里,凝膠時間對流動的影響較小 因此,凝膠時間是半固化片制程中需要控制的關鍵參數(shù),也是后面壓板工藝需要參

30、考的重要指標，它是提供樹脂流動的特性指標。52 二、 基材 1. 結(jié)構： 芯core10801 基材又稱覆銅板，它是通過半固化片在高溫高壓下與銅箔粘結(jié)在一起制成的不同規(guī)格厚度的印刷電路板的原材料。1080153 1.1 常用厚度基材的結(jié)構： 542. 基材分類：（按IPC4101分類）2.1 紙基敷銅板:(IPC-4101中有5種)552.2 復合基材敷銅板:(IPC-4101中有3種)562.3 FR-4環(huán)氧玻璃布敷銅板:(IPC-4101中有9種)572.4 聚酰亞胺玻璃布敷銅板:(IPC-4101中有4種)583. 基材特性參數(shù)：3.1 一般性能:3.1.1 目測：在300300mm面積

31、內(nèi)金屬凹坑、皺折、劃痕、次 表面缺陷（蝕銅后的內(nèi)表面）接受標準等應按 IPC-4101標準接受。3.1.2 尺寸：長、寬、厚度檢查公差按IPC-4101標準接受。3.1.3 弓曲、扭曲度：按IPC-4101標準接受。3.2 物理性能:3.2.1 剝離強度：有分熱應力后、高溫下、化學溶劑處理后三種。3.2.2 尺寸穩(wěn)定性：3.2.3 彎曲強度：分常溫下、高溫下兩種。593.3 化學性能:3.3.1 燃燒性：3.3.2 熱應力：分蝕刻后與不蝕刻兩種按IPC-4101標準接受。3.3.3 可焊性：按IPC-4101標準接受。3.3.4 耐化學性：3.3.5 金屬表面可清潔性：3.3.6 Tg測試：3

32、.3.7Tg測試：3.3.8 平均X、Y軸CTE測試：603.4 電氣性能:3.4.1 介電常數(shù)：Dk3.4.2 損耗因數(shù)：Df3.4.3 體積電阻率：按IPC-4101標準接受。3.4.4 表面電阻率：按IPC-4101標準接受。3.4.5 耐電?。?.4.6 擊穿電壓：3.4.7 電氣強度：3.5 環(huán)境性能：3.5.1 吸水性：3.5.2 耐霉性：3.5.3 壓力容器測試：613.6 特性參數(shù)的意義：3.6.1 材料的一般特性指標用于IQC進行來料檢查。3.6.2 材料的物理、化學特性、環(huán)境性能參數(shù)用于對材料的制 程適應性、可加工性及對成品板性能影響的參考。3.6.3 材料的電性能由敷銅板

33、所用的樹脂、補強材料的特性決 定它的各指標。而材料的電性能將決定材料的最終用途。 所以，應該了解不同材料的電氣性能參數(shù)的差異,針對 不同的產(chǎn)品選擇不同的材料.624. 材料介紹及其未來發(fā)展趨勢4.1 材料介紹:4.1.1 環(huán)氧玻璃材料(Epoxy glass FR-4) A. 優(yōu)點: 便宜、耐用、容易加工 B. 缺點: 耐熱性不好，不利于高密度的線路的元件 的焊接。4.1.2 聚酰亞胺玻璃材料(Polyimide glass PI) A.優(yōu)點: 耐熱性突出, 電性能也好. B.缺點: 吸水性高, 價格為FR-4的兩倍.634.1.3 氰酸酯樹脂: (Cyanate Ester) A. 優(yōu)點:

34、吸水性小, 膨脹系數(shù)低,尤其是Z方向,介電 常數(shù)低,有利于高頻信號的傳輸, 加工性好. B. 缺點: 價格較高. C. 該類樹脂在IPC4101中的分類在IPC4101/70, Min Tg 230C.4.1.4 聚酰胺(Aramid) A.優(yōu)點: 耐熱性好、韌性強，介電常數(shù)低，所適應的溫度 范圍廣。 B.缺點：機械加工性差、吸水性高、價格高。644.2 材料的發(fā)展趨勢：4.2.1 目前材料的物性價格比較： 654.2.2 材料的未來發(fā)展趨勢： 隨著資訊的高速發(fā)展，未來印刷線路板的材料發(fā)展趨勢是以滿足通訊系統(tǒng)的需求為導向，因此要滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚倩?。需要具有較低的介電常數(shù)、低介電損耗、耐高熱性

35、低制作成本的板料，同時順應全球環(huán)保發(fā)展要求，同時要求研制具有相同性能的要求的無鹵素環(huán)保材料。66 三、 RCC材料（Resin coated copper背膠銅箔） 銅箔樹脂 該材料的開發(fā)是基于加工microvia板在鐳射鉆孔工藝中無增強材料容易打孔而出現(xiàn)的，該材料與半固化片不同在于它無增強材料（玻璃纖維布），它的載體就是銅箔，它所用的樹脂與半固化片一樣，有多種形式，因此壓合條件根據(jù)所用樹脂特性參數(shù)來制定。67 1. RCC分類： 以下是MISTUI提供的RCC產(chǎn)品種類： 由以上分類可以看出，RCC的種類由樹脂種類、厚度，銅箔種類及厚度決定。另外，其它供應商的分類也是如此，例如：HITACHI

36、的MCF系列（MCF1000，MCF4000，MCF6000）就是根據(jù)樹脂種類不同來劃分的。68 2. RCC測試項目： 2.1 外觀目測：包括表面的膠漬點數(shù)，銅皺，劃痕，樹脂表 面，次表面（壓板后蝕刻掉銅后的樹脂表面），厚度公 差，尺寸公差等項目。IPC-CF-148A接收標準驗收。 2.2 RCC的可加工工藝性能：包括可蝕刻性(IPC-TM-650- 2.3.6) ，可焊性測試，測試方法參照IPC-CF-148A- 4.3.2.。 2.3 RCC的物理性能測試：包括Peel strength， Volatile content， Flow Percent測試。前兩項的測試方法參照 IPC-

37、TM650-2.4.8,與2.3.19.而Flow Percent的測試方法 暫無標準可依據(jù)，由材料的購買雙方協(xié)商達成協(xié)議。69 2.4 RCC的化學性能測試：包括燃燒性測試（IPC-TM650- 2.3.9），熱應力測試(IPC-TM650-2.4.13.1), Tg測試 (IPC-TM650-2.4.25) 2.5 RCC的電性能測試：包括介電常數(shù)測試(IPC-TM650- 2.5.5.2, 2.5.5.3), 損耗因數(shù)測試(IPC-TM650- 2.5.17),表面電阻, 體積電阻測試(IPC-TM650-2.5.17) 2.6 RCC的環(huán)境測試：包括吸水性測試，（IPC-TM650-

38、2.6.2.1)，耐腐蝕測試(IPC-TM650-2.6.1)70 3. RCC工藝加工能力測試 3.1 主要指RCC的塞孔能力測試。應該制定一個標準測試板進 行壓板測試. 3.2 切片觀察樹脂塞孔情況，是否將孔完全填滿并填平，而且 介電層厚度達到要求。 3.3 塞孔后的熱應力測試，檢查材料的可靠性。71填滿的切片未填滿的切片填平的切片未填平的切片t0.4mil 填滿與未填滿的區(qū)別見上面兩張圖，填平與未填平的區(qū)別見下面兩張圖。對于下面第二張圖，我們要求t0.4mil為接收標準。72 四、 壓板工藝中用到的其它材料 1. 牛皮紙 (Kraft paper) 1.1 作用：A.主要起阻熱作用，延緩

39、傳熱,降低升溫 速度。平衡各層的溫差。 B. 緩沖壓力的作用。 1.2 規(guī)格：牛皮紙的規(guī)格是按重量規(guī)定的，例如我們 通常使用的規(guī)格為：190g/cm2 1.3 其它緩壓材料：如Paco-Pad、Sen-Pad等起作用 同牛皮紙一樣，不同的是其制作 原材料不同，在使用效果上優(yōu)于 牛皮指，但其價格較高。 732. 分離膜(Release film):2.1 作用：主要為了防止壓板過程中樹脂流到鋼板上，不 好清潔而損壞鋼板。2.2 種類：目前我們使用過的Release film有：Tedlar紙、 Pacothane release film、Sentrex release film。2.3 三種材

40、料的比較：74Part 壓板設備 一、壓板機： 1. 基本知識：壓板機的基本規(guī)格參數(shù) 1.1 開口數(shù)：（Opening）決定壓機的產(chǎn)能。開口數(shù)越 多，產(chǎn)量越大，壓機的溫度、壓力控制 也越難控制精確。 1.2 壓盤規(guī)格:(Platen size) 決定生產(chǎn)能力，即我們 可以制作的最大板規(guī)格是多少。 1.3 最高加熱溫度：是指機器加熱系統(tǒng)的最高加熱溫 度。決定壓機可以制作哪類材料 的生產(chǎn)能力。75 2. 壓板機的結(jié)構： 2.1 液壓系統(tǒng)：多層板的壓合機多數(shù)都采用液壓系統(tǒng)提供各開口的閉合與加壓。即：壓機頂部的熱盤固定于壓機的主體結(jié)構上，其它各開口的熱盤由液壓系統(tǒng)推動閉合與加壓。如下圖所示： 熱盤可升

41、降的底座活塞壓力表液壓油來自液壓泵76 2.1.1 液壓系統(tǒng)的壓力：壓力與閉合速度由液壓泵油的壓 力及流量決定。壓力的換算見1.3.3.2中公式. 2.1.2 熱盤平行度：為保證壓板后板厚的均勻性，對壓機 熱盤的要求為：平行度： 0.05mm(0.002in)/1100750mm的 平面內(nèi).平面度：0.025mm 2.1.3 壓力精度：由電控系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)的流量閥可以 使壓力精度達到至少設定值的1%。 2.1.4 熱盤結(jié)構：通常熱盤的厚度約為3“，中空結(jié)構，內(nèi) 部為油管與冷水管及感溫系統(tǒng)，四周填 充保溫材料以防熱量散失。772.1.5 熱盤平行度的檢測方法：對于小熱盤可以用6mil粗 的焊錫

42、絲繞成同心圓的盤型（如圖所示），大熱盤 則另用5個錫鉛合金塊放入盤面的中間及四周，然后 用較低壓力將熱盤合攏使之小心壓扁，再逐一測出 各點的厚度偏差。 3-4in熱盤焊錫測厚點78 2.1.6 熱盤的水平度的測試：用氣泡水平儀校正熱盤的水 平度，必須在4mil內(nèi)。 2.1.7 壓機壓力表的校正：壓機上的總壓力表顯示液壓系 統(tǒng)的壓力，而量度壓機的壓力偏差也是看壓力表的 讀數(shù)，因此在壓機使用一段時間后應該用標準儀器 （Primary Standard）替換使用的壓力表，然后壓機 施壓后對附表進行校正。792.2 加熱系統(tǒng)：2.2.1 加熱系統(tǒng)的功能：提供壓機壓板時所需要的熱能。2.2.2 加熱系統(tǒng)

43、的要求: 可以滿足材料固化反應的工藝條件： A. 最高加熱溫度，（前面提到的材料要求的最高加熱 溫度最高為230C） B. 持續(xù)穩(wěn)定的升溫速度。（由設備的控制系統(tǒng)決定。） C. 溫度精度：通常在1100760（mm）面積內(nèi)的溫差 在2 C以內(nèi)，有些機器可以做到1.5 C。 （這由加熱系統(tǒng)的溫控系統(tǒng)決定）802.2.3 加熱系統(tǒng)溫度的測量： 2.2.3.1 加熱系統(tǒng)油溫的測量：由機器內(nèi)部設置的感溫器 直接測量后在監(jiān)控器中顯示，并可以隨時記錄打印。2.2.3.2 熱盤溫度的測量：各層熱盤均裝有電子感溫器于熱 盤內(nèi)表面，直接接觸測量到熱盤表面的溫度，同時 可以在監(jiān)控器中顯示并記錄打印。2.2.3.3

44、 料溫的測量：前面講到在實際設置壓板條件時應掌 握實際的物料溫度及升溫變化情況，根據(jù)的實際的 溫度變化確定加壓時機。所以必須在實際壓板時， 小心將埋入式溫度熱電偶插在不同book的不同層中， 而這些溫度同樣可以在監(jiān)控器中得到顯示并記錄或 打印。812.2.4 加熱方式：熱盤加熱方式的不同決定壓機的結(jié)構與性 能的差異。加熱方式通常有以下三種：2.2.4.1 蒸氣加熱方式：在熱盤中埋入回旋的蒸氣管道，通 入高溫的水蒸氣加熱。 A. 優(yōu)點：加熱迅速，從20C升到180 C約10min 或更快。溫度分布均勻。 B. 缺點：設備較貴，需要另附高壓鍋爐用來加熱蒸 氣，同時還要定期保養(yǎng)以防水垢積累堵塞，同時

45、 所有管路必須采用高壓水管。最高溫度限制在 180 C。822.2.4.2 油熱法：在熱盤中加設油管，先將加熱油在機外 的加熱交換器內(nèi)進行加熱，然后將熱油通入熱盤內(nèi)。 A. 優(yōu)點：升溫較快，升溫速度通?？梢赃_到6- 10C/min。溫度分布均勻，通?？梢赃_到2 C。 最高加熱溫度可以達到250 C，滿足一些高溫材 料的壓板需要。管道無高壓要求，制造成本低于蒸 氣式壓機。 B. 缺點：運行成本較高，高溫油的價格較高，而且 具有一定使用壽命，同時高溫油使用較長時間后 會發(fā)生碳化反應，積累到管路中。83 C. 熱油的加熱方式：1. 電加熱方式 2. 柴油加熱方式(需要一臺小型的柴油鍋爐.) 3. 煤

46、氣加熱方式 以上加熱方式的成本以電加熱式最高，柴油其次，煤氣最低。 D. 熱媒油的簡介：（用于250C的傳熱油：）84 2.3 冷卻系統(tǒng)： 2.3.1 冷卻系統(tǒng)的作用：熱壓之后的板降溫必須均勻，而 且做到各層同步降溫，以免造成局部 冷卻太快帶來的板翹的缺陷。 2.3.2 冷卻介質(zhì)：通常采用水冷方式，也有直接用油冷。油冷 降溫均勻，水冷降溫快。采用自來水冷時會 產(chǎn)生管內(nèi)水垢，造成管道堵塞，需要定期用 淡鹽酸溶液液清洗。若要避免此類現(xiàn)象產(chǎn)生， 可以采用純水或油冷方式。 2.3.3 冷壓設備： 852.3.3.1 冷熱同臺的壓機： 即直接在同一臺壓機內(nèi)完成熱壓與冷壓。 A. 優(yōu)點：板在壓機的溫度變化

47、是連續(xù)均勻的，不會 出現(xiàn)板翹及尺寸穩(wěn)定性差的缺陷。 B. 缺點：同一臺機里做熱壓與冷壓，通常的冷卻介 質(zhì)為油，油溫的變化范圍大，升溫降溫時 間長，生產(chǎn)效率低。 2.3.3.2 單獨冷壓機： 單獨設計一臺與熱壓機規(guī)格一致的冷壓機，在熱壓 機里完成熱壓后，由自動運輸系統(tǒng)將一爐板送到冷 壓機內(nèi)完成降溫過程。 A. 優(yōu)點：提高生產(chǎn)效率。 B. 缺點：采用水冷的冷壓機，通常溫度在23C左右， 而從熱壓機中出爐溫度通常在170 C，差 異太大，容易板翹，或者內(nèi)應力大，后期 制作中出現(xiàn)尺寸穩(wěn)定性差而對位不正的現(xiàn)象。86 2.4 抽真空系統(tǒng)： 2.4.1 抽真空的作用： 采用真空輔助方式，可以用較低的壓力，達

48、到不用 真空時的高壓方式的壓板效果。而且采用低壓后，減少 了內(nèi)應力與尺寸變形。因此，近年來的壓機多數(shù)采用抽 真空輔助方式。采用此方式后壓力可以減少20%以上。 2.4.2 抽真空的優(yōu)點: 采用真空方式輔助后，壓力減小，白邊、白角的缺 陷減少，提高了品質(zhì)，同時也提高了板料利用率。 87 2.5 壓機附屬設備： 2.5.1 不銹鋼板(Seperator): 2.5.1.1 不銹鋼板定義：鐵中鉻含量在12%以上的合金。 2.5.1.2 不銹鋼板的種類與標準： 2.5.1.3 從上表可以看出：CCL與PCB業(yè)使用的不銹鋼板多 為SUS420， SUS630，由于SUS304的硬度較低，熱 膨脹系數(shù)較高

49、，不適用于PCB業(yè)。88 Standard of stainless steel plates for CCL and PCB:89 2.5.1.3 常用不銹鋼板規(guī)格： 厚度規(guī)格：1.0mm 1.2mm 1.5(1.55)mm, 1.8mm, 2.0mm 對于Pin-lamination所需的鋼板厚度規(guī)格為:6, 8, 10mm 尺寸規(guī)格: Max: 127032002mm, Jig plate: 750 80010mm (Max) CCL 用的不銹鋼板Pin-lam 用的Jig plate902.5.2 蓋板、載盤（Carrier）： 用于蓋板、載盤的材料，由于其作用為承載整個Book的板與

50、鋼板的重量，同時保護不銹鋼板的作用，所以各廠家所用材料也多種多樣。但不論使用哪種材料，最基本的應該滿足硬度要求、承載強度要求，耐摩擦。為了長期使用而不發(fā)生變化，有時會要求抗腐蝕性、抗氧化性。 常用的材料有淬火鋼：SCM4-H， SUS63091 2.6 其它種類壓機的簡介： 2.6.1 常規(guī)的壓板機：按照加熱方式的不同，分為電熱式、 油熱式、汽熱式，都采用液壓方式加壓，而有些采 用真空輔助，有些不采用真空輔助形式。 2.6.2 真空袋式壓合機： 2.6.2.1真空袋式壓合機結(jié)構:922.6.2.2 真空袋式壓合機特點: 1.溫度精度高，可以達到1C。 2.壓力精度高: 在CO2氣體介質(zhì)中壓力可

51、以達到 0.1bar。 3.適用于高于20層的多層線路板，由于采用真空袋式， 無樹脂流動，有利于層間對位。 4.機器占地面積大。 5.由于使用真空袋及CO2，運行成本高。而且大量生產(chǎn) 時CO2無色無味，泄露時不易被察覺，具有一定危險性。93二、無塵排板室： 1. 要求： 無塵要求：粉塵數(shù)量小于100K 粉塵粒度：小于0.5m 空調(diào)系統(tǒng)：保證溫度在18-22C，相對濕度在50-60% 風淋系統(tǒng)：進出無塵室有風淋清潔系統(tǒng)，防止外界的粉塵 進入無塵室內(nèi)。 地面回風系統(tǒng)：由于排板房內(nèi)經(jīng)常會有半固化片粉塵掉在 地上，人走過時會帶動粉塵傳播，影響壓 板板面品質(zhì)。所以有些公司采用地面回風 系統(tǒng)，將掉在地上的

52、粉塵同過回風系統(tǒng)過 濾掉。942. 無塵室的維護：2.1 溫濕度記錄：無塵室內(nèi)應裝有溫濕度記錄儀記錄每時 每刻的變化，以便保持與品質(zhì)控制。2.2 進入無塵室內(nèi)作業(yè)需要經(jīng)過風淋室吹風。同時風淋室 內(nèi)要保持清潔。2.3 無塵室的清潔：2.3.1 應盡量保證少量半固化片進入無塵室內(nèi)，不用的半 固化片放在預疊房內(nèi)。2.3.2 排板前,一定要清潔排板臺面,用吸塵器吸走上次作 業(yè)留下的粉塵。2.3.3 工作完畢前,清潔臺面與潔凈房,保持工作環(huán)境的清 潔衛(wèi)生.定期用粉塵測試儀測量監(jiān)控無塵室的潔凈情 況,及時采取措施補救.95三、運輸系統(tǒng)： 1. 排板線 1.1 排板線的組成：載盤運輸線，鋼板運輸線，疊合臺，

53、 Pin-lam系統(tǒng)的拆釘臺，載盤、鋼 板暫存站，鋼板清潔線。 1.2 排板線的設計：主要考慮整體運輸流暢、簡單、容 易操作，同時盡量減少運輸時間以 提高生產(chǎn)效率又減少鋼板受污染機會。 961.3 疊合線的圖例：97 采用雙刷上、下打磨鋼板，磨刷采用24MA04的濕刷。 磨刷主結(jié)構：由一種特殊不織布（non-woven fabric)組成，四周粘著魚鱗狀結(jié)構的研磨礦物質(zhì)，同時為了提高打磨效果，延長磨刷壽命、磨刷圓周添塞著特殊的泡沫研磨礦物質(zhì)。采用氧化粘研磨粉，粒度A04。 2 4 M A 04 2.1 磨鋼板機簡介：(WESERO） 磨刷段粒度AL0PCB用磨板機硬度等級為4，用于濕刷含膠輻射

54、狀磨刷（FALKENRICH）98 采用濕刷，因而磨刷硬度高于干刷，即機器設計中將高強度噴嘴系統(tǒng)裝于毗鄰每個磨刷的地方，位于鋼板每邊提供打磨冷卻水。 磨刷由偏心馬達帶動，偏心距5mm，頻率125cycles/min，進行振動往復打磨鋼板。 磨板段的傳動系統(tǒng)采用齒輪傳動，附有高溫潤滑油，可以保證每日24小時連續(xù)運轉(zhuǎn)，這樣的傳動結(jié)構優(yōu)于其它的鏈傳動系統(tǒng)。99 Wesero主要采用2個羊毛轆代替原膠壓轆，吹風系統(tǒng)采用低壓Blower及渦輪增壓吹風量。 速度即使在20m/min都可以保證烘干。 烘干段 清洗后的水排板處貯水池，然后由污水處理泵將水抽入過濾器中，給處理后循環(huán)使用。 各段均有感應器,防止板

55、與板之間擦花。 循環(huán)水處理段100Part測試方法 一、測試標準： 1. 印刷線路板的材料測試所遵循的標準主要源于IPC （Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits)所制定的一系列標準。 2. 板料及半固化片的檢測接收標準依據(jù)IPC-4101中各種 材料的參數(shù)。 3. IPC-4101中各參數(shù)的測試方法按照IPC-TM650的檢測 標準方法執(zhí)行。 4. IPC-A-600C提供了印刷線路板的一些接受標準。 101 二、Prepreg的測試方法： 1. 測試項目: 1.1 RC%（Resin content)：

56、指膠片中除了玻璃布以外， 樹脂成分所占的重量百分比 。 RC%的多少直接影 響到樹脂填充導線間空谷的能力，同時決定壓板后 的介電層厚度。 1.2 RF%（ Resin flow）：指壓板后，流出板外的樹脂 占原來半固化片總重的百分比。 RF%是反映樹脂流 動性的指標，它也決定壓板后的介電層厚度。 1021.3 VC%（volatile content）：指半固化片經(jīng)過干燥 后，失去的揮發(fā)成分的重量占原來重量的百合比。 VC%的多少直接影響壓板后的品質(zhì)。1.4 Gel Time（Gel time）：是凝膠時間，指B-階半固化 片受高溫后軟化粘度降低，然后流動，經(jīng)過一段時間 因吸收熱量而發(fā)生聚合反

57、應，粘度逐漸增大，逐漸固 化成C-階的一段樹脂可以流動的時間。1.5 Scale flow：比例流量，是根據(jù)層壓板的厚度確定多 張半固化片，以一個較小尺寸下相對較小的壓力，壓 板后厚度的變化作為樹脂流動的參考。1032. 測試方法：2.1 樹脂含量: 按照IPC-TM650-2.3.16. 的灼燒法。2.2 樹脂流量: 按照IPC-TM650-2.3.17方法測量2.3 揮發(fā)物含量: 按照IPC-TM650-2.3.19方法測量2.4 凝膠時間: 按照IPC-TM650-2.3.18測量2.5 比例流量: 按照IPC-TM650-2.4.38測量104 三、基材的測試方法： 1. 測試項目:

58、1.1 機械測試: 包括基材結(jié)構、經(jīng)緯方向判別、厚度測 試、銅厚、尺寸穩(wěn)定性測試、熱應力測試、銅箔的 剝離強度測試等。 1.2 目測：包括板凹板凸、黑點等表面缺陷。 1.3 化學測試:包括吸水率等。 1.4 物理性能測試：Tg測試、Tg測試、X/Y/Z CTE測試。 1.5 電性能測試: 表面電阻、體積電阻、介電常數(shù)、損 耗因數(shù)測試。 105 2. 測試方法： 2.1 機械測試: 2.1.1基材結(jié)構、經(jīng)緯方向的判別： A. 切片可以觀察到基材的不同厚度玻璃纖維布結(jié)構。 B. 然后通過用灼燒的方法或用濃硫酸浸泡若干小時 后去掉樹脂后的玻璃纖維,通過觀察它的結(jié)構,數(shù) 出經(jīng)緯方向的紗的股數(shù),然后根據(jù)

59、P42的表判斷出 玻璃布的種類及經(jīng)緯方向. 例如: 7628玻璃纖維布在1“內(nèi) 的經(jīng)向股數(shù)為44股 緯向固數(shù)為32股. Warp1“=44股1“=32股Weft106 2.1.2 基材厚度及銅厚測試： 層壓板厚度及銅厚的精確測試是用切片方式測量，切 片的制作方法次處不作介紹，厚度的測量按照以下圖進行 評核：銅箔銅箔切片法測絕緣層材料的最小厚度（D級）切片測量基材總厚度（K、L、M級）切片測量絕緣層材料的最大厚度（A、B、C、級）107 基材厚度與偏差標準：108 2.1.3 基材尺寸穩(wěn)定性測試： PCB制程中，經(jīng)過壓板后板料的經(jīng)緯方向會有尺寸的 變化，從而影響到PCB后工序制作的對位精度，所以

60、基材 的尺寸穩(wěn)定性測試結(jié)果將作為一個制程穩(wěn)定性因素。 基材尺寸穩(wěn)定性測試方法參考IPC-TM650-2.4.39， IQC應定期進行來料的尺寸穩(wěn)定性測試作為參考。 2.1.4 基材的熱應力測試: 基材的熱應力測試是檢查材料的耐熱性，因為PCB板 的后續(xù)制作PCBA的制程可靠性將要求材料必須具備良好的 耐熱性能，因此對材料進行該項測試。測試方法參考IPC- TM650-2.4.13.1。109 2.1.5 基材銅箔剝離強度測試： 測試基材銅箔的剝離強度是掌握銅箔與樹脂的粘結(jié) 強度，也是作為材料的可靠性的一個參考因素。而剝離 強度的測試條件分為：常態(tài)下、熱應力后、暴露與工藝 藥水后、熱空氣下等不同