PCB多層板壓合制程說(shuō)明

現(xiàn)有的多層線路板生產(chǎn)過(guò)程是通過(guò)壓合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)增層的。具體的，首先制作內(nèi)層板，然后逐層通過(guò)壓合進(jìn)行結(jié)構(gòu)式增層。

為了使材料完全固化，以增加線路板層間的穩(wěn)定性，每一次壓合通常溫度需要達(dá)到175℃并要維持70分鐘以上，才可以達(dá)到應(yīng)用基層的標(biāo)準(zhǔn)壓合環(huán)境，再加上升溫及降溫過(guò)程的等待時(shí)間，單次壓合時(shí)間一般長(zhǎng)達(dá)4個(gè)小時(shí)以上;而層數(shù)越多，壓合的次數(shù)就越多，線路板的生產(chǎn)周期也會(huì)越長(zhǎng)，生產(chǎn)的成本也較高、生產(chǎn)的效率較低，這無(wú)疑為市場(chǎng)交付帶來(lái)了較大的挑戰(zhàn)。

壓合目的：利用prepreg(半固化片)將導(dǎo)電圖形在高溫高壓下粘合起來(lái)。

壓合流程：(四層以上)

　　PCB多層板壓合制程說(shuō)明

　　1、Autoclave 壓力鍋

這是一種充滿了高溫飽和水蒸氣，又能施加高氣壓的容器，可將層壓后之基板試樣，置于其中一段時(shí)間，強(qiáng)迫使水氣進(jìn)入板材中，然后取出板樣再置于高溫熔錫表面，測(cè)量其”耐分層”的特性。此字另有Pressure Cooker 之同義詞，更被業(yè)界所常用。另在多層板壓合制程中有一種以高溫高壓的二氧化碳進(jìn)行的”艙壓法”，也類屬此種 Autoclave Press。

　　2、Cap Lamination 帽式壓合法

是指早期多層板的傳統(tǒng)層壓法，彼時(shí) MLB 的”外層”多采單面銅皮的薄基板進(jìn)行疊合及壓合，直到 1984年末 MLB 的產(chǎn)量大增后，才改用現(xiàn)行銅皮式的大型或大量壓合法(Mss Lam)。這種早期利用單面銅皮薄基板的 MLB 壓合法，稱為Cap Lamination。

　　3、Crease 皺褶

在多層板壓合中，常指銅皮在處理不當(dāng)時(shí)所發(fā)生的皺褶而言。0.5 oz以下的薄銅皮在多層壓合時(shí)，較易出現(xiàn)此種缺點(diǎn)。

　　4、Dent 凹陷

指銅面上所呈現(xiàn)緩和均勻的下陷，可能由于壓合所用鋼板其局部有點(diǎn)狀突出所造成，若呈現(xiàn)斷層式邊緣整齊之下降者，稱為 Dish Down。此等缺點(diǎn)若不幸在蝕銅后仍留在線路上時(shí)，將造成高速傳輸訊號(hào)的阻抗不穩(wěn)，而出現(xiàn)噪聲 Noise。故基板銅面上應(yīng)盡量避免此種缺失。

　　5、Caul Plate 隔板

多層板在進(jìn)行壓合時(shí)，于壓床的每個(gè)開口間(Opening)，常疊落許多”冊(cè)”待壓板子的散材(如8~10套)，其每套”散材”(Book)之間，須以平坦光滑又堅(jiān)硬的不銹鋼板予以分隔開，這種分隔用的鏡面不銹鋼板稱之 Caul Plate 或Separate Plate，目前常用者有 AISI 430或 AISI 630等。

　　6、Foil Lamination 銅箔壓板法

指量產(chǎn)型多層板，其外層采銅箔與膠片直接與內(nèi)層皮壓合，成為多層板之多排板大型壓板法(Mass Lam)，以取代早期之單面薄基板之傳統(tǒng)壓合法。

　　7、Kraft Paper 牛皮紙

多層板或基材板于壓合(層壓)時(shí)，多采牛皮紙做為傳熱緩沖之用。是將之放置在壓合機(jī)的熱板(Platern)與鋼板之間,以緩和最接近散材的升溫曲線。使多張待壓的基板或多層板之間。盡量拉近其各層板材的溫度差異，一般常用的規(guī)格為 90 磅到 150 磅。由于高溫高壓后其紙中纖維已被壓斷,不再具有韌性而難以發(fā)揮功能，故必須想辦法換新。此種牛皮紙是將松木與各種強(qiáng)堿之混合液共煮，待其揮發(fā)物逸走及除去酸類后，隨即進(jìn)行水洗及沉淀;待其成為紙漿后，即可再壓制而成為粗糙便宜的紙材。

　　8、Kiss Pressure 吻壓、低壓

多層板在壓合時(shí)，當(dāng)各開口中的板材都放置定位后，即開始加溫并由最下層之熱盤起，以強(qiáng)力之液壓頂柱(Ram)向上舉升，以壓迫各開口(Opening)中的散材進(jìn)行黏合。此時(shí)結(jié)合用的膠片(Prepreg)開始逐漸軟化甚至流動(dòng)，故其頂擠所用的壓力不能太大，避免板材滑動(dòng)或膠量流出太多。此種起初所采用較低的壓力(15～50 PSI)稱為”吻壓”。但當(dāng)各膠片散材中的樹脂受熱軟化膠化，又將要硬化時(shí)，即需提高到全壓力(300～500 PSI)，使各散材達(dá)到緊密結(jié)合而組成牢固的多層板。

　　9、Lay Up 疊合

多層板或基板在壓合前，需將內(nèi)層板、膠片與銅皮等各種散材與鋼板、牛皮紙墊料等，完成上下對(duì)準(zhǔn)、落齊，或套準(zhǔn)之工作，以備便能小心送入壓合機(jī)進(jìn)行熱壓。這種事前的準(zhǔn)備工作稱之為 Lay Up。為了提高多層板的品質(zhì),不但此種”疊合”工作要在溫濕控制的無(wú)塵室中進(jìn)行，而且為了量產(chǎn)的速度及品質(zhì)，一般八層以下者皆采大型壓板法(Mass Lam)施工，甚至還需用到”自動(dòng)化”的疊合方式，以減少人為的誤失。為了節(jié)省廠房及合用設(shè)備起見，一般工廠多將”疊合”與”折板”二者合并成為一種綜合性處理單位，故其自動(dòng)化的工程相當(dāng)復(fù)雜。

　　10、Mass Lamination 大型壓板(層壓)

這是多層板壓合制程放棄”對(duì)準(zhǔn)梢”，及采用同一面上多排板之新式施工法。自 1986 年起當(dāng)四、六層板需求量淚增之下，多層板之壓合方法有了很大的改變。早期的一片待壓的制程板上只排一片出貨板，此種一對(duì)一的擺布在新法中已予以突破，可按其尺寸大小改成一對(duì)二，或一對(duì)四，甚至更多的排板進(jìn)行壓合。新法之二是取消各種散材(如內(nèi)層薄板、膠片、外層單面薄板等)的套準(zhǔn)梢;而將外層改用銅箔，并先在內(nèi)層板上預(yù)做”靶標(biāo)”，以待壓合后即”掃”出靶標(biāo)，再自其中心鉆出工具孔，即可套在鉆床上進(jìn)行鉆孔。

至于六層板或八層板，就可以將各內(nèi)層以及夾心的膠片，先用鉚釘予以鉚合，再去進(jìn)行高溫壓合。這種簡(jiǎn)化快速又加大面積之壓合，還可按基板式的做法增多”疊數(shù)”(High)及開口數(shù)(Opening),既可減少人工并使產(chǎn)量倍增，甚至還能進(jìn)行自動(dòng)化。此一新觀念的壓板法特稱為”大量壓板”或”大型壓板”。近年來(lái)國(guó)內(nèi)已有許多專業(yè)代工壓合的行業(yè)出現(xiàn)。

　　11、Platen熱盤

為多層板壓合或基板制造所需之壓合機(jī)中，一種可活動(dòng)升降之平臺(tái)。此種厚重的空心金屬臺(tái)面，主要是對(duì)板材提供壓力及熱源，所以必須在高溫中仍能保持平坦、平行才行。通常每一塊熱盤的內(nèi)部皆預(yù)埋有蒸氣管、熱油管或電阻發(fā)熱體，且四周外緣亦需填充絕緣材料，以減少熱量的散失，并備有感溫裝置，使能控制溫度。

　　12、Press Plate鋼板

是指基板或多層板在進(jìn)行壓合時(shí)，所用以隔開每組散冊(cè)(指銅板、膠片與內(nèi)層板等所組成的一個(gè)Book)。此種高硬度鋼板多為AISI 630(硬度達(dá)420 VPN)或AISI 440C(600 VPN)之合金鋼，其表面不但極為堅(jiān)硬平坦，且經(jīng)仔細(xì)拋光至鏡面一樣，便能壓出最平坦的基板或電路板。所以又稱為鏡板(Mirror Plate)，亦稱為載板(Carrier Plate)。這種鋼板的要求很嚴(yán)，其表面不可出現(xiàn)任何刮痕、凹陷或附著物，厚度要均勻、硬度要夠，且還要能耐得住高溫壓合時(shí)所產(chǎn)生化學(xué)品的浸蝕。每次壓合完成拆板后，還要能耐得住強(qiáng)力的機(jī)械磨刷，因而此種鋼板的價(jià)格都很貴。

　　13、Print Through壓透，過(guò)度擠壓

多層板壓合時(shí)所采用之壓力強(qiáng)度(PSI)太大，使得許多樹脂被擠出板外，造成銅皮被直接壓在玻璃布上，甚至將玻璃布也壓扁變形，以致板厚不足，尺寸安定性不良，以及內(nèi)層線路被壓走樣等缺失。嚴(yán)重者線路根基常與玻纖布直接接觸，埋下”陽(yáng)極性玻纖絲”漏電的隱憂 (Conductive Anodic Filament;CAF)。根本解決方法是按比例流量 (Scaled Flow) 的原理，大面積壓合時(shí)應(yīng)則使用大的壓力強(qiáng)度，小板面使用小壓力強(qiáng)度;即以1.16PSI/in2或1.16Lb/in4為基準(zhǔn)，去計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)操作的壓力強(qiáng)度(Pressure)與總壓力 (Force)。

　　14、Relamination(Re-Lam) 多層板壓合

內(nèi)層用的薄基板，是由基板供貨商利用膠片與銅皮所壓合而制成的，電路板生產(chǎn)廠家購(gòu)入薄基板做成內(nèi)層線路板后，還要用膠片去再壓合成多層板，某些場(chǎng)合常特別強(qiáng)調(diào)而稱之為”再壓合”，簡(jiǎn)稱Re-Lam。事實(shí)上這只是多層板壓合的一種”跩文”說(shuō)法而已，并無(wú)深一層的意義存在。

　　15、Resin Recession樹脂下陷,樹脂退縮

指多層板在其 B-stage的膠片或薄基板中的樹脂(以前者為甚)，可能在壓合后尚未徹底硬化(即聚合程度不足)，其通孔在漂錫灌滿錫柱后，當(dāng)進(jìn)行切片檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)銅孔壁背后某些聚合不足的樹脂，會(huì)自銅壁上退縮而出現(xiàn)空洞的情形，謂之”樹脂下陷”。這種缺點(diǎn)應(yīng)歸類于制程或板材的整體問(wèn)題，程度上比板面刮傷那種工藝性的不良要來(lái)得嚴(yán)重，需仔細(xì)追究原因。

　　16、Scaled Flow Test比例流量試驗(yàn)

是多層板壓合時(shí)對(duì)膠片 (Prepreg) 中流膠量的檢測(cè)法。亦即對(duì)樹脂在高溫高壓下所呈現(xiàn)之”流動(dòng)量”(Resin Flow)，所做的一種試驗(yàn)方法。詳細(xì)做法請(qǐng)見IPC-TM-650 中的 2.3.18 節(jié)，其理論及內(nèi)容的說(shuō)明，則請(qǐng)見電路板信息雜志第14期 P.42

　　17、Temperature Profile溫度曲線

在電路板工業(yè)中的壓合制程，或下游組裝的紅外線或熱風(fēng)熔焊 (Reflow)等制程，皆需尋求溫度(縱軸)與時(shí)間(橫軸)所匹配組成的最佳”溫度曲線”，以提升焊錫性的在量產(chǎn)中的良品率。

　　18、Separator Plate隔板，鋼板，鏡板

基材板或多層板進(jìn)行壓合時(shí)，壓機(jī)每個(gè)開口(Opening， Daylight)中用以分隔各板冊(cè)(Books)的硬質(zhì)不銹鋼板(如 410，420等)即是。為防止沾膠起見，特將其表面處理到非常平坦光亮，故又稱為鏡板(Mirror Plate)。

　　19、Sequential Lamination接續(xù)性壓合法

是指多層板的特殊壓合過(guò)程并非一次完成，而是分成數(shù)次逐漸壓合而累增其層次，并利用盲孔或埋孔方式，以達(dá)到部份層次間的”互連”(Interconnection)功能。此法能節(jié)省板子上外表上所必須鉆出的全通孔。連帶可騰讓出更多的板面，以增加布線及貼裝SMD的數(shù)目，但制程卻被拖得很長(zhǎng)。

　　20、Starvation缺膠

此字在電路板工業(yè)中，一向常用在多層板壓合中”缺膠”Resin Starvation問(wèn)題的表達(dá)。系指樹脂流動(dòng)不良，或壓合條件配合不當(dāng)，造成多層板完成后，其板體內(nèi)出現(xiàn)局部缺膠的情形。

　　21、Swimming線路滑離

指多層板在壓合中，常造成內(nèi)層板面線路的少許滑動(dòng)移位，稱為Swimming。此與所采用膠片的”膠化時(shí)間” (Gel Time)長(zhǎng)短很有關(guān)系，目前業(yè)界已多趨向使用膠化時(shí)間較短者，故問(wèn)題已減少很多了。

　　22、Telegraphing浮印，隱印

早期多層板壓合時(shí)，為防止溢膠之煩惱，在已疊點(diǎn)散材之銅箔外或薄基板外，多加一張耐熱的薄膜(如 Tedlar)，以方便壓后脫?；螂x型之用途。不過(guò)當(dāng)外層板所用的膠片較薄，而銅箔又僅為 0.5 oz 時(shí)，則該內(nèi)層板的線路圖案，可能在高壓下會(huì)轉(zhuǎn)印在脫模紙上。當(dāng)此脫模紙又重用在對(duì)一批板子上時(shí)，則很可能又將原來(lái)的圖案浮印在新的板子銅面上，此種現(xiàn)象稱為Telegraphing。

　　23、Vacuum Lamination真空壓合

此詞在電路板工業(yè)中常出現(xiàn)于多層板的壓合與干膜的貼合中。多層板的真空壓合又分為真空外框式(Vacuum Frame)，即為配合原有液壓式壓機(jī)的”抽壓法”，及真空艙式(Autoclave)，也就是利用高溫高壓的二氧化碳進(jìn)行壓合的”氣壓法”。前者抽壓法(Hydralic Vacuum Pressing)的設(shè)備較簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜操作又很方便，故占有九成以上的市場(chǎng)。后者則因設(shè)備與操作都很復(fù)雜，且所占體積也很大，加上所需耗材之費(fèi)用又較貴，故采用者不多。

　　24、Wrinkle皺折，皺紋

常指壓合時(shí)由于流膠量太大。造成外層強(qiáng)度與硬度稍差,如0.5oz銅箔常發(fā)生的皺紋或折紋，謂之Wrinkle。此詞亦用于其它領(lǐng)域。

　　25、Zero Centering中心不變(疊合法)

多層板各散材于疊合套準(zhǔn)時(shí)，采用一種特殊的工具槽口，此等類似長(zhǎng)方形槽口的兩短邊呈圓弧形，兩長(zhǎng)直邊的寬距可匹配對(duì)準(zhǔn)梢的插入 (稱為挫圓梢Flated Round Pin) 。此種槽口可分布于散材的四邊中央，并將長(zhǎng)邊槽口之一刻意的偏一點(diǎn)，做為防呆用途。如此可令板材在高溫中能分別向外膨脹。冷卻的時(shí)候又可自由縮回，但其中央板區(qū)卻可穩(wěn)定不變，避免固定孔與插梢之間產(chǎn)生拉扯應(yīng)力，謂之中心不變式疊合。實(shí)用機(jī)組以美商Multiline之產(chǎn)品最受歡迎。

深圳勤基電子是一家大中小批量的PCB生產(chǎn)廠家，多年專注于(1-20層)FR4單面電路板、雙面電路板、多層PCB、金屬基板、HDI 板、軟板及軟硬結(jié)合板、特殊工藝板、半導(dǎo)體測(cè)試接口板等生產(chǎn)制造，致力于打造一支具有“技術(shù)領(lǐng)先、快捷響應(yīng)、不斷創(chuàng)新”的優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)，服務(wù)于電子科技的持續(xù)發(fā)展。

編輯：黃飛

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