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(lái)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(jiǎn)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(dá)到設(shè)計(jì)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(diǎn)，是産值最高、發(fā)展速度最快的一類(lèi)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(lái)越廣泛，其層數(shù)及密度也越來(lái)越高，相應(yīng)之結(jié)構(gòu)也越來(lái)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(shù)脂后，烘去溶劑製成的一種片狀材料。其中的樹(shù)脂處于B階段，在溫度和壓力作用下，具有流動(dòng)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(lái)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(wèi)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(guó)內(nèi)大多數(shù)PCB廠家進(jìn)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(jiǎn)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(gè)共性問(wèn)題。多層印製板中的每一層電路圖形，相對(duì)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(duì)于高層數(shù)、高密度、大板面的多層板顯得尤爲(wèi)重要。

回顧多層板層壓製作採(cǎi)用過(guò)的銷(xiāo)釘定位法，有兩圓孔銷(xiāo)釘定位法、一孔一槽銷(xiāo)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(guó)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(gè)槽孔。然后利用相應(yīng)的四個(gè)槽形銷(xiāo)來(lái)實(shí)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(jìn)行的多層印製板的層壓，過(guò)去大多採(cǎi)用全單片層壓技術(shù)，在整個(gè)內(nèi)層圖形的製作過(guò)程中，須對(duì)外層之單面進(jìn)行保護(hù)，不但給製作帶來(lái)了麻煩，且生産效率低;尤其對(duì)于四層板會(huì)産生板面翹曲等問(wèn)題?，F(xiàn)普遍採(cǎi)用銅箔的復(fù)合層壓技術(shù)，每開(kāi)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(wèn)題。(若採(cǎi)用后定位系統(tǒng)進(jìn)行層壓，儘管還是採(cǎi)用相同的壓機(jī)，由于不採(cǎi)用笨重的模具，塬壓機(jī)每開(kāi)口甚至可壓制6塊多層板。)下面僅就採(cǎi)用銅箔的復(fù)合層壓技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

(1)半固化片準(zhǔn)備

①在清潔無(wú)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(zhǎng)寬各放大10mm;

②在定位孔位置，成疊用臺(tái)鉆打定位孔，孔徑比定位銷(xiāo)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(xì)紗手套，嚴(yán)禁手汗、油脂污染;

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

⑤裁切加工好的半固化片，應(yīng)及時(shí)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(shí);

⑥對(duì)新到半固化片應(yīng)進(jìn)行性能測(cè)定。隨著保管期的增長(zhǎng)，材料老化，直接影響流動(dòng)度和凝膠化時(shí)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(cè)定方法和計(jì)算，詳見(jiàn)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(jí)逆流水洗→預(yù)浸→黑化→水洗→水洗→還塬→熱水洗→水洗→下板

②採(cǎi)用安美特公司提供之黑化溶液;

③微蝕速率控制範(fàn)圍：1.0—2.0μm/cycle。

④黑化稱(chēng)重控制範(fàn)圍：0.2—0.35mg/cm2。

⑤外觀乾燥后，表面呈黑色，輕擦無(wú)黑色粉末落下;

⑥檢驗(yàn)層壓后作抗剝強(qiáng)度試驗(yàn)，抗剝強(qiáng)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(hù)油脂清洗乾凈，在用的模具應(yīng)清除表面粘污的樹(shù)脂粉塵，清洗過(guò)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(shù)脂與壓模粘結(jié)，切料尺寸約大于壓模15~20mm，在定位銷(xiāo)部位沖孔或鉆孔，孔徑大于定位銷(xiāo)2mm;

③電爐板應(yīng)墊以10層左右的牛皮紙，一方面爲(wèi)傳熱緩衝層，同時(shí)保護(hù)爐板不致拉傷。對(duì)于不平整的模具、銷(xiāo)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(jì)厚度要求或工藝卡片標(biāo)注的工藝要求、壓制時(shí)所實(shí)際採(cǎi)用的半固化片型號(hào)、實(shí)際性能和試壓后的實(shí)際厚度來(lái)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(duì)于重量較大的模具，進(jìn)出模時(shí)防止砸傷。

(4)入模預(yù)壓

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

①100T PHI壓機(jī)：

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

②140T真空壓機(jī)(OEM公司)：

預(yù)壓壓力：0.56~0.7Mpa(80~100磅/平方英寸)，時(shí)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(dāng)半固化片流動(dòng)度降低時(shí)，可適當(dāng)加大預(yù)壓壓力。

④預(yù)壓階段時(shí)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(guò)早地施全壓，會(huì)造成樹(shù)脂流失過(guò)多，嚴(yán)重時(shí)會(huì)缺膠、分層;如果預(yù)壓周期太長(zhǎng)，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(shù)脂充滿，便會(huì)在多層板內(nèi)産生氣泡等缺陷。因此，把握壓力變動(dòng)時(shí)機(jī)很重要。

當(dāng)半固化片流動(dòng)指標(biāo)低于30%時(shí)，應(yīng)縮短預(yù)壓時(shí)間，甚至直接進(jìn)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(guò)試壓后，在對(duì)層壓好的多層板進(jìn)行全面質(zhì)檢的基礎(chǔ)上，對(duì)預(yù)壓周期進(jìn)行適當(dāng)?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(jìn)行轉(zhuǎn)壓施全壓操作。并按工藝參數(shù)要求進(jìn)行保溫保壓。

①100T PHI壓機(jī)：

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

②140T真空壓機(jī)(OEM公司)：

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

③當(dāng)半固化片流動(dòng)度降低時(shí)，可適當(dāng)加大全壓壓力。徹底完成排泡、填隙，保證厚度和最佳樹(shù)脂含量。

④壓力轉(zhuǎn)換採(cǎi)用高溫轉(zhuǎn)換方式。即當(dāng)半固化片溫度升到115~125℃時(shí)，由預(yù)壓轉(zhuǎn)爲(wèi)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(cǎi)用以下方式進(jìn)行冷壓操作：

①停止壓機(jī)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(jī)，進(jìn)行冷壓操作。

(7)出模，脫模

①當(dāng)層壓板溫度降至室溫后，打開(kāi)壓機(jī)，取出模具;

②在脫模專(zhuān)用工作臺(tái)上，去除模具銷(xiāo)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(wèi)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(dāng)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(duì)角線的0.5%範(fàn)圍之內(nèi)。

(9)列印編號(hào)

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

(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(shí)。

2 ?后定位系統(tǒng)層壓工藝技術(shù)

2.1 后定位系統(tǒng)簡(jiǎn)介

採(cǎi)用后定位系統(tǒng)進(jìn)行多層印製板的生産時(shí)，無(wú)需多層定位設(shè)備，直接使用銅箔和半固化片。與全部採(cǎi)用覆銅箔基材來(lái)進(jìn)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(shí)對(duì)外層的保護(hù)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(jī)每開(kāi)口中之壓板數(shù)量，提高生産效率。

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

(3)製作內(nèi)層圖形，并于四角處沖制工具孔;

(4)進(jìn)行內(nèi)層單片的黑化處理;

(5)層壓前排板操作(對(duì)于四層以上的多層板，各內(nèi)層間通過(guò)專(zhuān)用鉚釘于工具孔位處進(jìn)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(jìn)行層壓操作;

(7)拆板、點(diǎn)孔劃線、二次剪板后，于指示位置進(jìn)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(diǎn)孔劃線 → 后切板 → 打制板號(hào) → 后烘板 → 銑去定位孔銅皮 → 打定位孔 → 質(zhì)量檢驗(yàn)

(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(zhuān)用半固化片裁切機(jī)上切成所需尺寸的大塊。半固化片種類(lèi)主要有1080、2116和7628。

①按工藝指定的物料及排板方式，計(jì)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(tái)面;

②將半固化片從輥架上拉出至所需尺寸后，進(jìn)行裁切;

④切完每卷后，需用吸塵器吸除撒落之樹(shù)脂粉;

⑤操作時(shí)需戴清潔手套;

⑥樹(shù)脂布面不可折曲、不可有任何雜物，并保持樹(shù)脂布乾燥;

⑦切半固化片工作間需進(jìn)行凈化處理，并進(jìn)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(cǎi)用：除油→微蝕→預(yù)浸→黑化→后浸之工藝流程;

②採(cǎi)用Mac Dermid公司提供之黑化藥水;

③黑化后板之烘乾條件爲(wèi)：溫度110~120℃時(shí)間45分鐘;

④黑化后板在排板間之存放時(shí)間有效期爲(wèi)48小時(shí)。

(3)內(nèi)層預(yù)排板

六層及以上層數(shù)之多層板需進(jìn)行該項(xiàng)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(lèi)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(cǎi)用專(zhuān)用鉚釘進(jìn)行鉚接;

④上述操作需在凈化間內(nèi)進(jìn)行，且需進(jìn)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(duì)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(yùn)至專(zhuān)用排板桌上;

②按工藝要求檢查半固化片和銅箔;

③用專(zhuān)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(cǎi)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(shù)脂布上，消除可能粘附于內(nèi)層板上之雜物(由于採(cǎi)用拼板操作，需按工藝要求進(jìn)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(jìn)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(shí)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(jìn)行④至⑩操作，直至完成工藝規(guī)定之每BOOK層壓多層板之?dāng)?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(cǎi)用程式升溫，通過(guò)預(yù)壓經(jīng)轉(zhuǎn)壓直至高壓的層壓模式。所用壓機(jī)爲(wèi)800T真空層壓機(jī)，配置爲(wèi)兩臺(tái)熱壓機(jī)、一臺(tái)冷壓機(jī)。

①層壓前，檢查爐門(mén)膠邊是否正常;

②入爐時(shí)，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(lèi)比程式進(jìn)行調(diào)較壓力;

④待壓板入爐，抽真空至60~70mmHg，按工藝要求進(jìn)行熱壓，整個(gè)過(guò)程約需140分鐘;

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

⑥考慮到冷壓時(shí)間，兩熱壓機(jī)之壓板間隔最佳時(shí)間爲(wèi)90分鐘。

⑦整個(gè)層壓過(guò)程，需有自動(dòng)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(jiàn)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(kāi)。)

②將板號(hào)用記號(hào)筆寫(xiě)于板邊，并置于可移動(dòng)之桌上;(板間以牛皮紙隔開(kāi)。)

④重復(fù)②—③操作，直至拆除所有板。

(7)點(diǎn)孔劃線

①參照工藝規(guī)定的排板方式，用不脫色水筆點(diǎn)出每板之叁個(gè)定位孔位置;

②用鉛筆及相應(yīng)板號(hào)之模版，劃出板料之四角;

③凡六層以上板，點(diǎn)定位孔或劃線時(shí)，可先以四個(gè)工具孔與板料所呈現(xiàn)之四個(gè)釘孔位置重疊正確后，方可點(diǎn)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(jìn)行切板;

③剪完第一塊板后，須進(jìn)行尺寸檢驗(yàn)。合格后，剪余下之板;

④板與板間須用牛皮紙進(jìn)行分隔。

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

(9)打制板號(hào)

將每件板的右上角打上鋼印板號(hào)，避免混板的現(xiàn)象發(fā)生。(操作時(shí)，板須平放于臺(tái)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(hù)接板后立即進(jìn)行鉆孔操作。

①將已打板號(hào)之板料，用蠟布進(jìn)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(guò)15件，每疊板面需放置薄鋼板一件;

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

④板料出爐后，需冷至室溫后，方可進(jìn)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(biāo)示定位孔位置的多層板，用專(zhuān)用銑銅皮機(jī)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(zhuān)用打靶機(jī)，進(jìn)行叁個(gè)定位孔的製作。(分半自動(dòng)和全自動(dòng)打靶機(jī)。)