PCB多層印制板層壓工藝技術(shù)解析

印刷線路板按層數(shù)來分有單面板，雙面板和多層板。單雙面板的制作工藝都比較簡單！本文著重講的是多層印製板工藝中的層壓技術(shù)！多層印製板是由三層以上的導(dǎo)電圖形層與絕緣材料層交替地經(jīng)層壓粘合一起而形成的印製板，并達到設(shè)計要求規(guī)定的層間導(dǎo)電圖形互連。它具有裝配密度高、體積小、重量輕、可靠性高等特點，是産值最高、發(fā)展速度最快的一類PCB産品。隨著電子技術(shù)朝高速、多功能、大容量和便攜低耗方向發(fā)展，多層印製板的應(yīng)用越來越廣泛，其層數(shù)及密度也越來越高，相應(yīng)之結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。所謂層壓技術(shù)，是指利用半固化片(由玻璃布浸漬環(huán)氧樹脂后，烘去溶劑製成的一種片狀材料。其中的樹脂處于B階段，在溫度和壓力作用下，具有流動性并能迅速地固化和完成粘結(jié)。)將導(dǎo)電圖形在高溫、高壓下粘合起來的技術(shù)。

??????? ?多層印製板的層壓工藝技術(shù)按所采用的定位系統(tǒng)的不同，可分爲前定位系統(tǒng)層壓技術(shù)（PIN-LAN)和后定位系統(tǒng)層壓技術(shù)(MASS-LAM)。前者定位精度高,但效率低、成本高,只適用于高層數(shù)、高精度的多層印制板的生產(chǎn),而后者雖然定位精度較低,但效率高、成本低,因此這種方法是目前國內(nèi)大多數(shù)PCB廠家進行多層板大批量生產(chǎn)普遍采用的工藝方法。

1 ?前定位系統(tǒng)層壓工藝技術(shù)

1.1 前定位系統(tǒng)簡介

電路圖形的定位系統(tǒng)是貫穿于多層底片製作、內(nèi)外層圖形轉(zhuǎn)移、層壓和數(shù)控鉆孔等工序的一個共性問題。多層印製板中的每一層電路圖形，相對于其他各層都必須精確定位，從而保證多層印製板各層電路間能正確地與金屬化孔連接。這對于高層數(shù)、高密度、大板面的多層板顯得尤爲重要。

回顧多層板層壓製作採用過的銷釘定位法，有兩圓孔銷釘定位法、一孔一槽銷釘定位法、叁圓孔或四圓孔定位法，以及本文將作介紹的四槽孔定位法。這種定位方法是美國MulTIline公司推出的，利用其提供的一系列四槽孔定位設(shè)備，在照相模版、內(nèi)層單片上沖制出四個槽孔。然后利用相應(yīng)的四個槽形銷來實現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)移、疊片、層壓和數(shù)控鉆孔等一系列工序的定位。

1.2 前定位系統(tǒng)層壓工藝流程

按前定位系統(tǒng)進行的多層印製板的層壓，過去大多採用全單片層壓技術(shù)，在整個內(nèi)層圖形的製作過程中，須對外層之單面進行保護，不但給製作帶來了麻煩，且生産效率低;尤其對于四層板會産生板面翹曲等問題。現(xiàn)普遍採用銅箔的復(fù)合層壓技術(shù)，每開口可壓制2~3塊，提高了生産效率，也從根本上解決了四層板製作中的板面翹曲問題。(若採用后定位系統(tǒng)進行層壓，儘管還是採用相同的壓機，由于不採用笨重的模具，塬壓機每開口甚至可壓制6塊多層板。)下面僅就採用銅箔的復(fù)合層壓技術(shù)進行簡單介紹。

(1)半固化片準備

①在清潔無塵的環(huán)境，將卷料切成條料，然后用切紙刀裁切成單件，尺寸按單片坯料長寬各放大10mm;

②在定位孔位置，成疊用臺鉆打定位孔，孔徑比定位銷直徑大1.5~2.0mm;

③凡半固化片上出現(xiàn)有纖維折斷、大顆粒膠狀物、雜質(zhì)等缺陷的應(yīng)予剔除，操作應(yīng)戴清潔的細紗手套，嚴禁手汗、油脂污染;

④裁切半固化片時，要戴口罩，以免吸入樹脂粉。宜穿長衫褲，避免樹脂粉粘在皮膚而導(dǎo)致痕癢或過敏。同時，應(yīng)避免樹脂粉進入眼睛;

⑤裁切加工好的半固化片，應(yīng)及時放于1×10-1乇以上的真空柜中，排除揮發(fā)份及潮濕，禁止放入烘箱或冰箱保存與去濕，防止老化、粘結(jié)。在真空存貯柜中排濕應(yīng)大于48小時;

⑥對新到半固化片應(yīng)進行性能測定。隨著保管期的增長，材料老化，直接影響流動度和凝膠化時間，它與産品質(zhì)量密切相關(guān)，是工藝參數(shù)確定的基礎(chǔ)。有關(guān)性能測定方法和計算，詳見質(zhì)量控制部分。

(2)內(nèi)層單片的黑化及乾燥

①內(nèi)層印製板黑化工藝流程

上板→除油→水洗→水洗→微蝕→二級逆流水洗→預(yù)浸→黑化→水洗→水洗→還塬→熱水洗→水洗→下板

②採用安美特公司提供之黑化溶液;

③微蝕速率控制範圍：1.0—2.0μm/cycle。

④黑化稱重控制範圍：0.2—0.35mg/cm2。

⑤外觀乾燥后，表面呈黑色，輕擦無黑色粉末落下;

⑥檢驗層壓后作抗剝強度試驗，抗剝強度應(yīng)在2.0N/mm以上;

⑦黑化后的單片用掛鈎吊掛于電熱恒溫乾燥箱中，90~100℃，烘乾去濕至少60分鐘。

(3)裝模前的其他要求

①新領(lǐng)的壓模應(yīng)用汽油將保護油脂清洗乾凈，在用的模具應(yīng)清除表面粘污的樹脂粉塵，清洗過程不得劃傷表面，模具表面不得有凹坑和凸起的顆粒;

②用0.05mm聚酯薄膜作脫膜料，防止流出的環(huán)氧樹脂與壓模粘結(jié)，切料尺寸約大于壓模15~20mm，在定位銷部位沖孔或鉆孔，孔徑大于定位銷2mm;

③電爐板應(yīng)墊以10層左右的牛皮紙，一方面爲傳熱緩衝層，同時保護爐板不致拉傷。對于不平整的模具、銷釘高出上模、模具尺寸小于200mm×200mm者，應(yīng)有相應(yīng)措施，否則不允許直接施壓，防止造成局部變形，損傷爐板平整度;

④半固化片填入的張數(shù)應(yīng)根據(jù)內(nèi)層單片的總厚度、産品設(shè)計厚度要求或工藝卡片標注的工藝要求、壓制時所實際採用的半固化片型號、實際性能和試壓后的實際厚度來決定(填入的半固化片，1080不得少于2張，防止因膠量不足引起的微氣泡現(xiàn)象);

⑥對于重量較大的模具，進出模時防止砸傷。

(4)入模預(yù)壓

入模預(yù)壓之前，壓機應(yīng)先升溫至175±2℃，以保證入模后立即開始層壓。

①100T PHI壓機：

預(yù)壓壓力：0.8~1.5Mpa(8~15公斤/平方釐米)，時間：4~8分鐘;

②140T真空壓機(OEM公司)：

預(yù)壓壓力：0.56~0.7Mpa(80~100磅/平方英寸)，時間：7~8分鐘;

預(yù)壓后擠氣1分鐘;

③入模后施加的預(yù)壓壓力，大小一般由半固化片情況決定。當半固化片流動度降低時，可適當加大預(yù)壓壓力。

④預(yù)壓階段時間受半固化片的特性、層壓溫度、緩衝紙厚度、印製板層數(shù)和印製板的大小影響。

如果預(yù)壓周期太短，即過早地施全壓，會造成樹脂流失過多，嚴重時會缺膠、分層;如果預(yù)壓周期太長，即施全壓太晚，層間空氣和揮發(fā)份排除的不徹底，間隙未被樹脂充滿，便會在多層板內(nèi)産生氣泡等缺陷。因此，把握壓力變動時機很重要。

當半固化片流動指標低于30%時，應(yīng)縮短預(yù)壓時間，甚至直接進行全壓操作。

總之，由于預(yù)壓周期與半固化片的特性關(guān)係甚密，預(yù)壓周期并非是一層不變的，必須通過試壓后，在對層壓好的多層板進行全面質(zhì)檢的基礎(chǔ)上，對預(yù)壓周期進行適當?shù)恼{(diào)整，方可正式投入生産。

(5)施全壓及保溫保壓

預(yù)壓結(jié)束后，在保持溫度不變的前提下，進行轉(zhuǎn)壓施全壓操作。并按工藝參數(shù)要求進行保溫保壓。

①100T PHI壓機：

全壓壓力：1.5~3.0Mpa(15~30公斤/平方釐米)，時間：90分鐘;

②140T真空壓機(OEM公司)：

全壓壓力：1.12~1.4Mpa(160~200磅/平方英寸)，時間：80分鐘;

③當半固化片流動度降低時，可適當加大全壓壓力。徹底完成排泡、填隙，保證厚度和最佳樹脂含量。

④壓力轉(zhuǎn)換採用高溫轉(zhuǎn)換方式。即當半固化片溫度升到115~125℃時，由預(yù)壓轉(zhuǎn)爲全壓。

(6)降溫保全壓(冷壓)

全壓及保溫保壓操作結(jié)束后，可採用以下方式進行冷壓操作：

①停止壓機加熱，在保持壓力不變的條件下，使層壓板冷卻至室溫;

②將層壓板轉(zhuǎn)至冷壓機，進行冷壓操作。

(7)出模，脫模

①當層壓板溫度降至室溫后，打開壓機，取出模具;

②在脫模專用工作臺上，去除模具銷釘，取出層壓板。

(8)切除流膠廢邊

①層壓排出的余膠，呈不規(guī)則流涎的狀態(tài)，厚度也不一致，爲保證后道打孔，應(yīng)用剪床切去廢邊，切至坯料邊緣，但不能破壞定位孔;

②當板面出現(xiàn)扭曲或弓曲的不平整現(xiàn)象，應(yīng)校平處理，使翹曲量控制在對角線的0.5%範圍之內(nèi)。

(9)列印編號

經(jīng)壓制后的多層印製板半成品，兩外層爲銅箔，爲防止混淆，應(yīng)及時用鋼印字元在産品輪廓之外的坯料上列印出圖號和壓制記錄編號，字跡必須清楚，不致造成錯號。

(10)后固化處理

將板放入電熱恒溫乾燥箱中，加熱到140℃并保持4小時。

2 ?后定位系統(tǒng)層壓工藝技術(shù)

2.1 后定位系統(tǒng)簡介

採用后定位系統(tǒng)進行多層印製板的生産時，無需多層定位設(shè)備，直接使用銅箔和半固化片。與全部採用覆銅箔基材來進行多層板的生産相比，除了省去多層板定位設(shè)備外，還可節(jié)省製作內(nèi)層線路時對外層的保護干膜和生産操作量;此外，能充分利用基材和設(shè)備，增加壓機每開口中之壓板數(shù)量，提高生産效率。

具體做法是：(1)于每內(nèi)層圖形邊框線外，按工藝要求添加叁孔定位孔標記;

(2)在內(nèi)層圖形邊框線外四角處，按工藝要求添加工具孔標記;

(3)製作內(nèi)層圖形，并于四角處沖制工具孔;

(4)進行內(nèi)層單片的黑化處理;

(5)層壓前排板操作(對于四層以上的多層板，各內(nèi)層間通過專用鉚釘于工具孔位處進行鉚接，以保證層間重合度;各內(nèi)層間按工藝要求填入半固化片。);

(6)按工藝要求進行層壓操作;

(7)拆板、點孔劃線、二次剪板后，于指示位置進行銑銅皮、鉆定位孔操作。

2.2 后定位系統(tǒng)層壓工藝流程

裁切半固化片 → 內(nèi)層單片黑化 → 內(nèi)層預(yù)排板 → 排板 → 層壓 → 拆板 → 點孔劃線 → 后切板 → 打制板號 → 后烘板 → 銑去定位孔銅皮 → 打定位孔 → 質(zhì)量檢驗

(1) 裁切半固化片

將成卷之半固化片按工藝規(guī)定之尺寸要求，于專用半固化片裁切機上切成所需尺寸的大塊。半固化片種類主要有1080、2116和7628。

①按工藝指定的物料及排板方式，計算需切半固化片的數(shù)量;

②裁切半固化片前(及后)，需清潔臺面;

②將半固化片從輥架上拉出至所需尺寸后，進行裁切;

④切完每卷后，需用吸塵器吸除撒落之樹脂粉;

⑤操作時需戴清潔手套;

⑥樹脂布面不可折曲、不可有任何雜物，并保持樹脂布乾燥;

⑦切半固化片工作間需進行凈化處理，并進行溫、濕度控制。

按上述要求裁切之半固化片可直接用于排板及隨后之層壓生産。

(2)內(nèi)層單片黑化

①內(nèi)層單片黑化採用：除油→微蝕→預(yù)浸→黑化→后浸之工藝流程;

②採用Mac Dermid公司提供之黑化藥水;

③黑化后板之烘乾條件爲：溫度110~120℃時間45分鐘;

④黑化后板在排板間之存放時間有效期爲48小時。

(3)內(nèi)層預(yù)排板

六層及以上層數(shù)之多層板需進行該項操作。

①按工藝指示選取內(nèi)層黑化單片間之半固化片種類和數(shù)量;

②按單片工具孔位置于半固化片上沖制相應(yīng)之圓孔;

③將黑化單片及中間夾層之半固化片于工具孔位置，採用專用鉚釘進行鉚接;

④上述操作需在凈化間內(nèi)進行，且需進行溫、濕度控制。

(4)排板

將經(jīng)黑化處理的四層板或經(jīng)預(yù)排板后之六層及以上板，按工藝規(guī)定之排板方式及對半固化片數(shù)量與尺寸和外層銅箔之要求，排成一BOOK。

①將底板和規(guī)定數(shù)量之牛皮紙，運至專用排板桌上;

②按工藝要求檢查半固化片和銅箔;

③用專用蠟布清潔鋼板，并置于牛皮紙上;

④將銅箔放在鋼板上，注意光面朝下，然后用蠟布于鋼板及銅箔間再次清潔一次：(也有預(yù)先清潔鋼板及銅箔，并採用熱熔膠粘貼銅箔將之粘在一起的方法。)

⑤將所需之半固化片置于銅箔上，清除可能帶有之雜物;

⑥將內(nèi)層板放在樹脂布上，消除可能粘附于內(nèi)層板上之雜物(由于採用拼板操作，需按工藝要求進行內(nèi)層板之排列);

⑦將半固化片置于內(nèi)層板上(放置前須先進行翻轉(zhuǎn));

⑧將所需之銅箔放在半固化片上，銅箔光面朝上;

⑨用蠟布清潔銅箔表面，同時將清潔好一面之鋼板置于銅箔上;

⑩再次清潔鋼板另一表面;

⑾重復(fù)進行④至⑩操作，直至完成工藝規(guī)定之每BOOK層壓多層板之數(shù)量;

⑿將所需數(shù)量之牛皮紙放在鋼板上，然后將鋁面板放在牛皮紙上，此BOOK排板便完成。

(5)層壓

採用程式升溫，通過預(yù)壓經(jīng)轉(zhuǎn)壓直至高壓的層壓模式。所用壓機爲800T真空層壓機，配置爲兩臺熱壓機、一臺冷壓機。

①層壓前，檢查爐門膠邊是否正常;

②入爐時，檢查溫度是否在155~165℃

③根據(jù)工藝規(guī)定之層壓參數(shù)，用類比程式進行調(diào)較壓力;

④待壓板入爐，抽真空至60~70mmHg，按工藝要求進行熱壓，整個過程約需140分鐘;

⑤將熱壓完成之板轉(zhuǎn)至冷壓機中，調(diào)校壓力至160kg/cm2進行冷壓操作，需時80分鐘;

⑥考慮到冷壓時間，兩熱壓機之壓板間隔最佳時間爲90分鐘。

⑦整個層壓過程，需有自動繪製溫度曲線儀，此外尚需記錄有關(guān)壓板資料，便于質(zhì)量追蹤。參見下表3。

(6)拆板

①卸去每BOOK之頂部面板，除去牛皮紙;

②清除鋼板，并清潔之;(所有鋼板間須以海綿片隔開。)

②將板號用記號筆寫于板邊，并置于可移動之桌上;(板間以牛皮紙隔開。)

④重復(fù)②—③操作，直至拆除所有板。

(7)點孔劃線

①參照工藝規(guī)定的排板方式，用不脫色水筆點出每板之叁個定位孔位置;

②用鉛筆及相應(yīng)板號之模版，劃出板料之四角;

③凡六層以上板，點定位孔或劃線時，可先以四個工具孔與板料所呈現(xiàn)之四個釘孔位置重疊正確后，方可點孔劃線。

(8)后切板

①剪床面用牛皮紙鋪平，紙面不能沾有任何污漬或碎屑;

②按工藝規(guī)定之成品板外形尺寸，參照劃線位置，校妥剪床尺寸后進行切板;

③剪完第一塊板后，須進行尺寸檢驗。合格后，剪余下之板;

④板與板間須用牛皮紙進行分隔。

也可預(yù)先製作該板號之外形框架，將其置于板上進行下料。(可提高生産效率及外形尺寸的一致性。)

(9)打制板號

將每件板的右上角打上鋼印板號，避免混板的現(xiàn)象發(fā)生。(操作時，板須平放于臺上，不可用手托住尾部，造成曲板。)

(10)后烘板

使板料收縮情況穩(wěn)定，消除冷壓所未能去除之內(nèi)應(yīng)力，便于客戶接板后立即進行鉆孔操作。

①將已打板號之板料，用蠟布進行表面清潔，板間用尺寸相符之牛皮紙分隔;

②入爐前，先清潔每疊之墊底厚鋼板，然后入板。每疊板不超過15件，每疊板面需放置薄鋼板一件;

②烘板時間爲4小時，溫度控制在125~135℃(每批板入爐及出爐，均需填寫記錄。)

④板料出爐后，需冷至室溫后，方可進行下道工序操作。

(11)銑去定位孔銅皮

將切成規(guī)定尺寸及標示定位孔位置的多層板，用專用銑銅皮機銑去定位孔位置之表面銅皮，以備下道工序操作。(板間需用牛皮紙分隔，避免刮花及損耗。)

(12)打定位孔

用多層板定位孔專用打靶機，進行叁個定位孔的製作。(分半自動和全自動打靶機。)

審核編輯 ：李倩

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