多层线路板的层压技术

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,128,江苏联坤PCB,多层线路板的层压技术,随着当今科技的发展需求,对线路板的制作提出了更高的要求，因此为了跟上这些工业发展的要求，我们将重点放在人 (Man) 的因素上，即作为工艺工程师、生产监督及操作者都应更加深入了解各工艺的基本原理及方法，只有掌握了工艺的基本原理及方法，才能找到解决工艺难点的途径。,前 言,教材的内容将从以下五个方面分别讲解：,工艺原理及方法（Method）,物料介绍（Material）,机器设备 （Machine）,检测方法 （Measure）,缺陷分析（Trouble-shooting）,内 容 简 介,一、工艺原理,压板的工艺原理是利用半固化片从B-stage向C-stage的转换过程,将各线路层粘结成一体。半固化片在这一过程中的转换过程的状态变化见下图：,Flow Begin,Resin Melt,Resin cures,Flow end,工艺原理及方法,二、工艺条件及压板Cycle的设计方法：,1. 工艺条件：,1.1 升温速度：,应合理控制树脂从开始流动到停止流动这段时间范围内，对应树脂的温度约在80130C，这个温度段Resin充分流动，称为,flow window。,在这个温度段，升温速度将影响树脂的粘度变化及凝胶时间，从而影响压板的品质板厚均匀性。,工艺原理及方法,1.1.1,升温速度与树脂粘度变化的关系：,慢升温,快升温,时间,树脂的粘度,从上图可以看出：升温速度快对应的树脂粘度较升温速度慢的树脂粘度低，说明快升温时的树脂流动性大。升温速度快的Flow window较升温速度慢的要小，说明可以用于控制的时间短，不利于压板厚度的控制。,工艺原理及方法,1.1.2,升温速度、Flow window及厚度控制的关系：,从上图可以看出：升温速度快的Flow window较升温速度慢的要小。流动窗口小，树脂来不及填充导线之间的间隙，同时也不容易掌握加压时机，不利于压板厚度平均的控制。而升温速度过慢，流动窗口太宽时，树脂处于流态的时间长，在压力的作用下，流胶也会过多，而且相应的整个Cycle time也会加长。,1.1.3,升温速度的控制范围：,通过以上分析，应合理控制Flow window的升温速度，通常对于目前公司用到的多数供应商提供的半固化片，升温速度通常控制在1.5C 5C/min。而对于美国有些供应商如：Polyclad等要求的升温速度通常会到 4-6 C/min。所以升温速度的控制应参照不同胶系树脂的粘度特性来决定。,工艺原理及方法,1.2 最高加热温度：,要确定压板工艺的最高加热温度，首先应了解到使用的半固化片的树脂体系，它的固化温度（cure temperature),是多少，根据它来决定一个压板cycle中应提供的最高加热温度是多少。例如目前公司常用的FR-4环氧树脂的,cure temperature是160,C170C。那么应使压板时最高料温达到170 C。如果对于不同的树脂体系：如热加强型（高Tg）FR-4，BT料等，应根据它们不同的最高料温要求决定最高加热温度。,工艺原理及方法,另外，还应了解一点：压板Cycle的最高加热温度是指,压机的最高热盘温度，,所以作为工程师应熟悉压机加热盘温与隔热层，Lay-up层数，之间的关系及热损耗情况。,Temp（,C,）,Platen,Press pad,Multilayer + Seperator,Platen,Press pad,190,C,170,C,工艺原理及方法,1.3 压力的提供：,1.3.1 压力的作用：,A、要保证树脂与铜面之间充分接触与结合,B、提高树脂流动速度，尽快均匀地填充导线间的空隙。,C、将树脂反应产生的气泡挤到板边。,1.3.2 压力的设定方法与时机：,1.3.2.1 One stage press cycle（一段压方式）,T（,0,C）,175,0,C,P（Bar）,Pressure,Temperature,工艺原理及方法,一段压力的方式是指当压机开口一经闭合后立即提供全压力的压合方式，它主要用于树脂流量很小的树脂体系的压板。,1.3.2.2 Two stage press cycle（两段压方式）,对于高树脂含量、长Gel time的树脂体系通常采用两段加压方式。第一段压称为接触压力（Kiss Pressure），主要提供压力保证先软化的树脂与铜薄充分接触，咬和。之后当树脂随温度变化后粘度较低时提供第二段压力。,T（,0,C）,175,0,C,P（Bar）,Pressure,Temperature,Kiss pressure,Time,工艺原理及方法,1.3.2.3 加压时机,对于两段加压的压板方式，存在一个加压时机的问题。,A. 加压过早时，将导致过多的低粘度的树脂被挤出，导致板厚偏薄，更严重的情况将是缺胶，这部分区域将在后续工艺流程中产生分层。,B. 加压过晚，将会出现空洞、气孔缺陷。在沿着内层铜的边缘出现凹下去的轨迹。,那么，加压时机应该怎么确定，才能避免以上缺陷出现呢？,从以上的讨论中可以知道：加压时机与树脂粘度有关，所以我们应该掌握我们所用的树脂的粘度特性，下面一张图将粘度、压力、温度之间的关系汇总了一下，以供参考。而掌握正确的加压时机应根据长期实践经验来把握。,工艺原理及方法,图中虚线表示One stage材料的粘度变化，实线表示高流量树脂的Two stage 树脂的粘度变化情况。,Temperature,Pressure,Time,Pressure,Temperature,Viscosity,Viscosity,Solid viscosity too high to flow properly,Effective working range,Viscosity too low,慢升温,快升温,工艺原理及方法,TMA,DSC,H,THK,Temperature (C),Time (min),25,50,75,100,125,150,175,0,1,2,3,4,5,10,6,7,8,9,15C/min heat input,流动起始点,流动终结点,熔融点,固化点,以上图为分别用TMA与DSC测试仪量度到的一张普通FR-4半固化片的热变化曲线.,工艺原理及方法,1.3.3 压力大小的确定：,1.3.3.1 压力的大小如何确定？,A、针对两段压力的加压方式，首先在升温初期，树脂受热逐渐开始熔化，粘度下降，仍未到充分流动阶段。应提供一个较低的压力，保证开始溶化的树脂与粗化铜面充分接触，这个压力通常称为kiss pressure接触压力（又称吻压）。通常这个压力设为5Kg/cm,2,左右。,B、树脂开始流动到固化这个阶段应提供充分的压力，帮助树脂尽快流动填充导线间的空隙，并产生与各层铜较强的附着力。这个压力如何制定呢？根据以前的经验总结下表提供参考：,工艺原理及方法,工艺原理及方法,1.3.3.2 压机中压力的设定方法：,以上表中确定了压板时板面的承受压力，实际在压板机中如何设定操作压力值呢？以下将给出计算方法：,例如：Bonding area：48”26” (121.966cm,2,) Specific pressure:22Kp/cm,2,(315psi), Piston diameter:35cm(962.1cm,2,)，那么压机压力应该设为：,P=(22Kp/cm,2,8045.4cm,2,)962.1cm,2,184Kp/cm,2,那么184Kp/cm,2,压机液压系统的压力.,工艺原理及方法,1.4 固化时间：（Cure time),1.4.1 固化时间的确定,在制作半固化片的工艺中填加的催化剂与固化剂（dicy双氰胺），加速剂2-MI（2-甲咪唑），影响到树脂固化反应的速度，应了解使用的半固化片的这一特性指标:固化温度与固化所需的最少时间， 目前我们经常使用的Tg135C的FR4半固化Cure time通常为175 C保持60min。 而热加强型(Tg175C- 185C)的FR4固化时间为190-200C保持120min以上. 对于不同的树脂体系应从制造商处了解到该树脂的关于这方面的基本特性与参数制定出合理的固化时间.,工艺原理及方法,1.4.2 固化时间与压板后材料的Tg之间的关系:,材料的固化时间充分，保证了树脂C-stage的充分反应，而C-stage的充分反应时，则树脂中的高分子在硬化反应形成的链壮结构更加致密，材料的稳定性就越好。 而材料固化充分的一个参考指标就是Tg。材料的Tg值与材料本身的特性有关，但也受压合条件中固化时间的制约，下图为两者之间的关系：,树脂特性,WET CLOTH,B-Stage,Cured lamination,Tg,工艺原理及方法,1.5 总结：,确定一个压板Cycle应首先确定以下四个工艺条件：,A.升温速度,B.最高加热温度,C.压力,D.固化时间,工艺原理及方法,2. 压板Cycle的设计方法：,2.1 温度的Profile的设计,2.1.1 首先根据确定好的物料的升温速度，与根据经验所得的各层料温的差异，,确定出压机热盘的升温条件。,2.1.2 然后根据物料的最高温度要求确定热盘的,最高加热温度,。,2.1.3 根据,Cure time的时间,定出在最高加热温度需要保持的时间。,2.1.4 根据以上三点可以基本确定出压板Cycle中温度的Profile。而具体实际应用时应该插Thermal couple到不同层的材料中，根据实际情况与要求的偏差做一些,修正,。,工艺原理及方法,2.2 压力的Profile的设计,2.2.1,首先,确定加压方式,，是采用一段压力，两段压力,还是多段压力。,2.2.2,然后,确定加压时机,即在物料温度达到多少时进,行换压。不同物料特性不同，加压时机也不同。,所以这要根据经验与对物料升温速度的掌握来确定。,2.1.3,根据实际的物料温度的测量结果进行,修正,。,2.1.4,根据修正的结果确定正式使用的压力Profile.,工艺原理及方法,2.3 压板cycle的一个具体recipe：,加压温度点为100,o,C,工艺原理及方法,三、压板的工艺方法：,1. Mass lamination 大量无销钉层压方式:,Top Plate,Kraft Paper,Seperator,Kraft Paper,Carrier Plate,PCB,Prepreg,Copper foil,工艺原理及方法,Mass lamination 大量无销钉层压方式:是指直接用铜箔与板固化片与内层基板压合的大批量层压方式。该方式操作简单快捷，产量大的特点。缺点是只对四层板适用。对于高于四层以上的板时，需要采用内层预先用铆钉铆合后与Mass lamination相结合的方式。,2. Pin lamination 对位销钉定位的层压方式:,当层数增多，用普通的铆钉无法达到定位效果时，采用这种传统的工艺方法。这种方法虽然在层压后的拆板时的操作繁琐、困难，但却是保证高层板层间对位的唯一较好的方法。,工艺原理及方法,Kraft Paper,Seperator,Kraft Paper,Bottom fixture,PCB,Prepreg,Copper foil,Top fixture,Top Plate,Carrier plate,Pin,内层板单元大小,从以上图中可以看出：用PinLamination的方式，需要在内层板、铜箔、半固化片上开出同样形状的工具孔，而且在所有相关工具上开孔：上下夹具板、所有分割钢板。而多种多样的Project会产生板尺寸的多样性，决定了工具的多样性、复杂性。,另外，销钉所起到的作用只是减少层与层之间的滑移而产生的对位不准，而对于板材本身经过压合过程中的应力变化产生的涨缩变化仍旧不能完全避免。,而Pin-lamination与铆钉固定所采用的对位原理都是一样的：PEP（OPE,的Post-Etch-Punch),工艺原理及方法,3. 压合过程中的对位方法：（PEP）,PEP（蚀刻后冲孔方式）的基本做法如下：,3.1,内层板各层菲林上设置两个光学标靶(Optical Target):如图所示:,工艺原理及方法,3.2,根据菲林做出内层图形.,3.3,将蚀刻后的内层板放在具有CCD对位系统的冲孔机上(如:Multiline 的OPE机),根据以上的两个标靶由机器中固定的模具冲出压板对位用的所有工具孔,入图所示:,工艺原理及方法,3.4,从上图中我们知道：中间的四个腰型孔为Pin-lamination所需要的对位孔，其它圆形孔作为其它铆合方式用的对位孔。因此，我们可以看出：Pin-lamination与结合铆钉的Mass-lamination的层间对位方法一样。,3.5,4-Slot的对位方式的优点：,压合后的变形有规律,层间偏差小. 4个销钉在冲出的腰型孔中的位移变化情况入图所示:,PIN,Hole,工艺原理及方法,四、介电层厚度的计算方法：,1. 单张半固化片层压厚度X：指单张半固化片压制敷铜板后的平均厚度。通常该值与树脂含量具有一定的关系。,20,30,40,50,60,70,80,0.05,0.1,0.15,0.2,树脂含量%,层压板厚度mm,106,1080,2112,2116,7628,工艺原理及方法,各类半固化片单张压制敷铜板的厚度指引:(单位mil),工艺原理及方法,2. PCB压板厚度计算方法指引：,2.1 对于图一的情况，用公式一计算：,公式一：,其中：H 表示压板后介电层厚度估计值。,X表示所用半固化片压制敷铜板的层压厚度的平均值。,h表示基材的底铜厚度。0.5oz: 0.6-0.7mil,1oz: 1.2-1.414mil,2oz: 2.5-2.8mil,a% 表示对应面的铜面密度。,H,H,h,线路,工艺原理及方法,2.2 对于图二的情况，用公式二计算：,公式二：,其中：H,1, 表示压板后中间介电层厚度估计值。,X表示所用半固化片压制敷铜板的层压厚度的平均值。,h,1,表示基材一个面的底铜厚度。,h,2,表示基材另一个面的底铜厚度。,a% 表示对应于h,1,面的铜面密度。,b% 表示对应于h,2,面的铜面密度。,注：两边介电层厚度的计算方法用公式一。,H,H,1,h,H,h,1,h,2,工艺原理及方法,一、基本原材料:,1.,铜箔,1.1,铜箔的种类：按照制造方法分为压延铜箔（Wrought,Foil）与电解铜箔（ED-Foil）。,1.2,电解铜箔的特点: 双面粗糙度不同,较粗的一面处理,后可以和树脂产生较强的接合力.,Drum Side,Matte Side,物料介绍,1.3,铜箔的量度方法：由于铜箔厚度的测量受到仪器操作方法及操作环境的限制,所以通常铜箔的量度方法是按照单位面积的铜箔重量来衡量.,表一:,物料介绍,1.4,铜箔的品质要求：,1.4.1,纯度：（Purity）电解铜箔需高于99.8%,压延铜箔需高于99.9%.,1.4.2,电阻: 20C时不高于以下要求:,1/8oz: 0.1782ohm-gram/m,2,.,1/4oz: 0.169ohm-gram/m,2,.,3/8oz: 0.1671ohm-gram/m,2,.,1/2oz: 0.16359ohm-gram/m,2,.,3/4oz: 0.162ohm-gram/m,2,.,1oz: 0.1594ohm-gram/m,2,.,物料介绍,1.4.3,抗拉强度与拉伸比:(Tensile Strength and Elongation),室温下,1/2oz铜箔抗拉强度应大于15000 lb/in,2, 拉伸,比应大于2%.1oz以上则应大于30,000 lb/in,2,及3%.,1.4.4,针孔:(Pin-hole):,1/2oz以下的铜箔不可有大于0.1m/m大小的针孔,且针孔,数不可多于10点/ft,2,.,1oz以上的铜箔针孔数不可多于5点/ft,2,且在任何5 ft,2,内,不得有大于0.125mm的针孔.,1.4.5,基重:(Weight):如前面表一所示.,物料介绍,1.4.6,外观(Surface appearance):表面不得有任何凹点、折,皱、刮痕、粗粒、油脂、指印及任何杂质。,1.4.7,抗氧化性(Tarnish resistant):存放其间不许有表面氧,化变色现象.,1.4.8,抗热性(Heat resistance): 热压后表面不许氧化变色.,1.4.9,锡焊性(solderability): 焊锡可以均匀分布在铜箔表,面,不能有无法浸润与浸润不均的现象.,1.4.10,表面粗糙度(Roughness):平均需在0.2-0.3Ra,物料介绍,1.4.11,抗撕强度(Peel strength): 又称线拉力.由双方自行,制定.通常如下规定:,常温下，0.5oz2.0kg/cm 1oz2.0kg/cm 2oz3.0kg/cm,1.4.12,抗化学药品性: 在浸渍化学药品后不可有氧化及剥离,强度减弱的缺点.,1.4.13,抗焊性:(Solder resistance),: 经过焊锡漂浮后,抗撕,强度不可有显著下降.,物料介绍,1.5,铜箔的发展趋势：,1.5.1,对现有铜箔品质的持续改善.,1.5.2,发展高品质的PCB所需的铜箔:,1.软性层压板所需的低温高抗拉强度的铜箔.,2.高温高抗张强度的铜箔.,3.高密度细线路制作所需的薄铜箔.,4.直接镭射钻孔所需的超薄铜箔.(如日本MITSUI的,UTC-Foil,最薄可以做到3-5m.(5m的重量,为45g/m,2,9m的重量为80g/m,2,(1/4oz).),物料介绍,2.,半固化片:,2.1,Prepreg 是Pre-pregnant的英文缩写,是树脂与载体合成的一种片状粘结材料.它在制作过程中的变化如下图所示:,Resin树脂,Varnish胶液,Prepreg半固化片,Laminate层压板,Structure,物料介绍,2.2,玻璃纤维布：,是一种经过高温融合后冷却成一种非结晶态的坚硬的无机物，然后由经纱，纬纱纵横交织形成的,补强材料,.,2.2.1 可以作为补强材料的有：纤维素纸、E-玻璃纤维布、聚芳酰胺纤维纸、S-纤维布等。,2.2.2 E-玻璃纤维布的成分,物料介绍,2.2.3 E-玻璃纤维布的常用结构:,物料介绍,2.3,树脂：是一种热固型材料，可以发生高分子聚合反应。,2.3.1,树脂的功能及特性:,A. 具有电气绝缘性,B. 可以作为铜箔与加固物(玻璃纤维布)之间的粘合剂,C. 特性:抗电气性、耐热性、耐化学性、抗水性。,2.3.2,树脂的种类：由于树脂种类有多种，所以决定了我,们材料的多样性。PCB行业中常用的树脂体系有以,下几种：A.酚醛树脂,B.环氧树脂,C.聚酰亚胺树脂,D.三嗪和/或双马来酰亚胺树脂,物料介绍,2.4,胶液：(Varnish),2.4.1 胶液的组成：树脂、固化剂（Dicy）、固化剂溶剂、,胶液溶剂（针对环氧树脂常用丙酮）、固化剂加速,剂（2-MI）。,2.4.2 胶液的功能: A.降低树脂粘度,引导树脂与固化剂,浸入玻璃纤维中. B. 溶解树脂、固化剂与催化剂。,C. 提供一个化学性稳定的混合物。,2.4.3 胶液的一致性：胶液的一致性对半固化片有相当重,要的影响。保证一致性的几个因素：,A.配方的比例准确性。,B.测试胶液的凝胶时间、粘度、比重。,C.胶液的寿命：最好2天内使用，最长不能超过2,星期。存放其间溶剂的蒸发影响树脂的粘度及比重。,D.新旧胶液不可混合使用。,物料介绍,2.5,半固化片及其特性、存放条件：,2.5.1 半固化片的制程简介:,上胶 (Coat glass with varnish),蒸发溶剂 (Evaporate solvent),局部反应固化(Partially react and curing),物料介绍,2.5.2 半固化片的特性参数:,A. RC%（Resin content)：指胶片中除了玻璃布以外，树脂,成分所占 的重量百分比 。,RC%的多少直接影响到树脂填充导线间空谷的能力，同时决定压板后的介电层厚度。 B. RF%（ Resin flow）：指压板后，流出板外的树脂占原,来半固化片总重的百分比。,RF%是反映树脂流动性的指标，它也决定压板后的介电层厚度 C . VC%（volatile content）：指半固化片经过干燥后，失,去的挥发成分的重量占原来重量的百合比。,VC%的多少直接影响压板后的品质。,物料介绍,D. Gel Time（Gel time）：是凝胶时间，指B-阶半固化,片受高温后软化粘度降低，然后流动，经过一段时间,因吸收热量而发生聚合反应，粘度逐渐增大，逐渐,固化成C-阶的一段树脂可以流动的时间。,凝胶时间与溶融粘度及树脂流量的关系:,RF%,+,Gel time,+,物料介绍,凝胶时间与溶融粘度及树脂流量的关系:, 在相同的半固化片流动下：, 一个低粘度系统需要较少的时间流动（快的反应性）, 一个高粘度系统需要较多的时间流动（慢的反应性）,不同树脂,可能需要,不同的凝胶时间,来,达到相同的流动,。, 凝胶时间流动的关系：, 较低的凝胶时间提供较低的流动, 较高的凝胶时间提供较高的流动, 在较低的凝胶时间里,凝胶时间对流动的影响较小,因此,凝胶时间是半固化片制程中需要控制的关键参数,也是后面压板工艺需要参考的重要指标，它是提供树脂流动的特性指标。,物料介绍,二、 基材,1. 结构：,Copper,半固化片固化后形成的介电层,Copper,基材又称,覆铜板,，它是通过半固化片在高温高压下与铜箔粘结在一起制成的,不同规格厚度,的印刷电路板的原材料。,物料介绍,1.1 常用厚度基材的结构：,物料介绍,2. 基材分类：（按IPC4101分类）,2.1 纸基敷铜板:(IPC-4101中有5种),物料介绍,2.2 复合基材敷铜板:(IPC-4101中有3种),物料介绍,2.3 FR-4环氧玻璃布敷铜板:(IPC-4101中有9种),物料介绍,2.4 聚酰亚胺玻璃布敷铜板:(IPC-4101中有4种),物料介绍,3. 基材特性参数：,3.1 一般性能:,3.1.1 目测：在300300mm面积内金属凹坑、皱折、划痕、次,表面缺陷（蚀铜后的内表面）接受标准等应按,IPC-4101标准接受。,3.1.2 尺寸：长、宽、厚度检查公差按IPC-4101标准接受。,3.1.3 弓曲、扭曲度：按IPC-4101标准接受。,3.2 物理性能:,3.2.1 剥离强度：有分热应力后、高温下、化学溶剂处理后三种。,3.2.2 尺寸稳定性：,3.2.3 弯曲强度：分常温下、高温下两种。,物料介绍,3.3 化学性能:,3.3.1 燃烧性：,3.3.2 热应力：分蚀刻后与不蚀刻两种按IPC-4101标准接受。,3.3.3 可焊性：按IPC-4101标准接受。,3.3.4 耐化学性：,3.3.5 金属表面可清洁性：,3.3.6 Tg测试：,3.3.7Tg测试：,3.3.8 平均X、Y轴CTE测试：,物料介绍,3.4 电气性能:,3.4.1 介电常数：D,k,3.4.2 损耗因数：D,f,3.4.3 体积电阻率：按IPC-4101标准接受。,3.4.4 表面电阻率：按IPC-4101标准接受。,3.4.5 耐电弧：,3.4.6 击穿电压：,3.4.7 电气强度：,3.5 环境性能：,3.5.1 吸水性：,3.5.2 耐霉性：,3.5.3 压力容器测试：,物料介绍,3.6 特性参数的意义,：,3.6.1 材料的一般特性指标用于IQC进行来料检查。,3.6.2 材料的物理、化学特性、环境性能参数用于对材料的制,程适应性、可加工性及对成品板性能影响的参考。,3.6.3 材料的电性能由敷铜板所用的树脂、补强材料的特性决,定它的各指标。而材料的电性能将决定材料的最终用途。,所以，应该了解不同材料的电气性能参数的差异,针对,不同的产品选择不同的材料.,物料介绍,4. 材料介绍及其未来发展趋势,4.1 材料介绍:,4.1.1 环氧玻璃材料(Epoxy glass FR-4),A. 优点: 便宜、耐用、容易加工,B. 缺点: 耐热性不好，不利于高密度的线路的元件,的焊接。,4.1.2 聚酰亚胺玻璃材料(Polyimide glass PI),A.优点: 耐热性突出, 电性能也好.,B.缺点: 吸水性高, 价格为FR-4的两倍.,物料介绍,4.1.3 氰酸酯树脂: (Cyanate Ester),A.,优点: 吸水性小, 膨胀系数低,尤其是Z方向,介电,常数低,有利于高频信号的传输, 加工性好.,B. 缺点: 价格较高.,C. 该类树脂在IPC4101中的分类在IPC4101/70,Min Tg 230C.,4.1.4 聚酰胺(Aramid),A.优点: 耐热性好、韧性强，介电常数低，所适应的温度,范围广。,B.缺点：机械加工性差、吸水性高、价格高。,物料介绍,4.2 材料的发展趋势：,4.2.1 目前材料的物性价格比较：,物料介绍,4.2.2 材料的未来发展趋势：,随着资讯的高速发展，未来印刷线路板的材料发展趋势是以满足通讯系统的需求为导向，因此要满足数据传输的高速化。需要具有,较低的介电常数,、,低介电损耗,、,耐高热性低制作成本的板料,，同时顺应全球环保发展要求，同时要求研制具有相同性能的要求的,无卤素环保材料,。,物料介绍,三、 RCC材料（Resin coated copper背胶铜箔）,铜箔,树脂,该材料的开发是基于加工microvia板在镭射钻孔工艺中无增强材料容易打孔而出现的，该材料与半固化片不同在于它无增强材料（玻璃纤维布），它的载体就是铜箔，它所用的树脂与半固化片一样，有多种形式，因此压合条件根据所用树脂特性参数来制定。,物料介绍,1. RCC分类：,以下是MISTUI提供的RCC产品种类：,由以上分类可以看出，RCC的种类由树脂种类、厚度，铜箔种类及厚度决定。另外，其它供应商的分类也是如此，例如：HITACHI的MCF系列（MCF1000，MCF4000，MCF6000）就是根据树脂种类不同来划分的。,物料介绍,2. RCC测试项目：,2.1 外观目测：包括表面的胶渍点数，铜皱，划痕，树脂表,面，次表面（压板后蚀刻掉铜后的树脂表面），厚度公,差，尺寸公差等项目。IPC-CF-148A接收标准验收。,2.2 RCC的可加工工艺性能：包括可蚀刻性,(IPC-TM-650-,2.3.6),，可焊性测试，测试方法参照,IPC-CF-148A-,4.3.2.。,2.3 RCC的物理性能测试：包括Peel strength， Volatile,content， Flow Percent测试。前两项的测试方法参照,IPC-TM650-2.4.8,与2.3.19.而Flow Percent的测试方法,暂无标准可依据，由材料的购买双方协商达成协议。,物料介绍,2.4 RCC的化学性能测试：包括燃烧性测试（IPC-TM650-,2.3.9），热应力测试(IPC-TM650-2.4.13.1), Tg测试,(IPC-TM650-2.4.25),2.5 RCC的电性能测试：包括介电常数测试(IPC-TM650-,2.5.5.2, 2.5.5.3), 损耗因数测试(IPC-TM650-,2.5.17),表面电阻, 体积电阻测试(IPC-TM650-2.5.17),2.6 RCC的环境测试：包括吸水性测试，（IPC-TM650-,2.6.2.1)，耐腐蚀测试(IPC-TM650-2.6.1),物料介绍,3. RCC工艺加工能力测试,3.1 主要指RCC的,塞孔能力测试。,应该制定一个标准测试板进,行压板测试.,3.2 切片观察树脂塞孔情况，是否将孔完全填满并填平，而且,介电层厚度达到要求。,3.3 塞孔后的热应力测试，检查材料的可靠性。,物料介绍,填满的切片,未填满的切片,填平的切片,未填平的切片,t0.4mil,填满与未填满的区别见上面两张图，填平与未填平的区别见下面两张图。对于下面第二张图，我们要求t0.4mil为接收标准。,物料介绍,四、 压板工艺中用到的其它材料,1. 牛皮纸 (Kraft paper),1.1 作用：A.主要起阻热作用，延缓传热,降低升温,速度。平衡各层的温差。,B. 缓冲压力的作用。,1.2 规格：牛皮纸的规格是按重量规定的，例如我们,通常使用的规格为：190g/cm,2,1.3 其它缓压材料：如Paco-Pad、Sen-Pad等起作用,同牛皮纸一样，不同的是其制作,原材料不同，在使用效果上优于,牛皮纸，但其价格较高。,物料介绍,2. 分离膜(Release film):,2.1 作用：主要为了防止压板过程中树脂流到钢板上，不,好清洁而损坏钢板。,2.2 种类：目前我们使用过的Release film有：Tedlar纸、,Pacothane release film、Sentrex release,film。,2.3 三种材料的比较：,物料介绍,一、压板机：,1. 基本知识：压板机的基本规格参数,1.1 开口数：（Opening）决定压机的产能。开口数越,多，产量越大，压机的温度、压力控制,也越难控制精确。,1.2 压盘规格:(Platen size) 决定生产能力，即我们,可以制作的最大板规格是多少。,1.3 最高加热温度：是指机器加热系统的最高加热温,度。决定压机可以制作哪类材料,的生产能力。,压板设备,2. 压板机的结构：,2.1 液压系统：多层板的压合机多数都采用液压系统提供各开口的闭合与加压。即：压机顶部的热盘固定于压机的主体结构上，其它各开口的热盘由液压系统推动闭合与加压。如下图所示：,热盘,可升降的底座,活塞,压力表,液压油,来自液压泵,压板设备,2.1.1 液压系统的压力：压力与闭合速度由液压泵油的压,力及流量决定。压力的换算见1.3.3.2中公式.,2.1.2 热盘平行度：为保证压板后板厚的均匀性，对压机,热盘的要求为：平行度：,0.05mm(0.002in)/1100750mm的,平面内.平面度：0.025mm,2.1.3 压力精度：由电控系统控制液压系统的流量阀可以,使压力精度达到至少设定值的1%。,2.1.4 热盘结构：通常热盘的厚度约为3“，中空结构，内,部为油管与冷水管及感温系统，四周填,充保温材料以防热量散失。,压板设备,2.1.5 热盘平行度的检测方法：对于小热盘可以用6mil粗,的焊锡丝绕成同心圆的盘型（如图所示），大热盘,则另用5个锡铅合金块放入盘面的中间及四周，然后,用较低压力将热盘合拢使之小心压扁，再逐一测出,各点的厚度偏差。,3-4in,热盘,焊锡,测厚点,压板设备,2.1.6 热盘的水平度的测试：用气泡水平仪校正热盘的水,平度，必须在4mil内。,2.1.7 压机压力表的校正：压机上的总压力表显示液压系,统的压力，而量度压机的压力偏差也是看压力表的,读数，因此在压机使用一段时间后应该用标准仪器,（Primary Standard）替换使用的压力表，然后压机,施压后对附表进行校正。,压板设备,2.2 加热系统：,2.2.1 加热系统的功能：提供压机压板时所需要的热能。,2.2.2 加热系统的要求: 可以满足材料固化反应的工艺条件：,A. 最高加热温度，（前面提到的材料要求的最高加热,温度最高为230C）,B. 持续稳定的升温速度。（由设备的控制系统决定。）,C. 温度精度：通常在1100760（mm）面积内的温差,在2 C以内，有些机器可以做到1.5 C。,（这由加热系统的温控系统决定）,压板设备,2.2.3 加热系统温度的测量：,2.2.3.1 加热系统油温的测量：由机器内部设置的感温器,直接测量后在监控器中显示，并可以随时记录打印。,2.2.3.2 热盘温度的测量：各层热盘均装有电子感温器于热,盘内表面，直接接触测量到热盘表面的温度，同时,可以在监控器中显示并记录打印。,2.2.3.3 料温的测量：前面讲到在实际设置压板条件时应掌,握实际的物料温度及升温变化情况，根据的实际的,温度变化确定加压时机。所以必须在实际压板时，,小心将埋入式温度热电偶插在不同book的不同层中，,而这些温度同样可以在监控器中得到显示并记录或,打印。,压板设备,2.2.4 加热方式：热盘加热方式的不同决定压机的结构与性,能的差异。加热方式通常有以下三种：,2.2.4.1 蒸气加热方式：在热盘中埋入回旋的蒸气管道，通,入高温的水蒸气加热。,A. 优点：加热迅速，从20C升到180 C约10min,或更快。温度分布均匀。,B. 缺点：设备较贵，需要另附高压锅炉用来加热蒸,气，同时还要定期保养以防水垢积累堵塞，同时,所有管路必须采用高压水管。最高温度限制在,180 C。,压板设备,2.2.4.2 油热法：在热盘中加设油管，先将加热油在机外,的加热交换器内进行加热，然后将热油通入热盘内。,A. 优点：升温较快，升温速度通常可以达到6-,10C/min。温度分布均匀，通常可以达到2 C。,最高加热温度可以达到250 C，满足一些高温材,料的压板需要。管道无高压要求，制造成本低于蒸,气式压机。,B. 缺点：运行成本较高，高温油的价格较高，而且,具有一定使用寿命，同时高温油使用较长时间后,会发生碳化反应，积累到管路中。,压板设备,C. 热油的加热方式：1. 电加热方式,2. 柴油加热方式(需要一台小型的柴油锅炉.),3. 煤气加热方式,以上加热方式的成本以电加热式最高，柴油其次，煤气最低。,D. 热媒油的简介：（用于250C的传热油：）,压板设备,2.3 冷却系统：,2.3.1 冷却系统的作用：热压之后的板降温必须均匀，而,且做到各层同步降温，以免造成局部,冷却太快带来的板翘的缺陷。,2.3.2 冷却介质：通常采用水冷方式，也有直接用油冷。油冷,降温均匀，水冷降温快。采用自来水冷时会,产生管内水垢，造成管道堵塞，需要定期用,淡盐酸溶液液清洗。若要避免此类现象产生，,可以采用纯水或油冷方式。,2.3.3 冷压设备：,压板设备,2.3.3.1 冷热同台的压机：,即直接在同一台压机内完成热压与冷压。,A. 优点：板在压机的温度变化是连续均匀的，不会,出现板翘及尺寸稳定性差的缺陷。,B. 缺点：同一台机里做热压与冷压，通常的冷却介,质为油，油温的变化范围大，升温降温时,间长，生产效率低。,2.3.3.2 单独冷压机：,单独设计一台与热压机规格一致的冷压机，在热压,机里完成热压后，由自动运输系统将一炉板送到冷,压机内完成降温过程。,A. 优点：提高生产效率。,B. 缺点：采用水冷的冷压机，通常温度在23C左右，,而从热压机中出炉温度通常在170 C，差,异太大，容易板翘，或者内应力大，后期,制作中出现尺寸稳定性差而对位不正的现象。,压板设备,2.4 抽真空系统：,2.4.1 抽真空的作用：,采用真空辅助方式，可以用较低的压力，达到不用,真空时的高压方式的压板效果。而且采用低压后，减少,了内应力与尺寸变形。因此，近年来的压机多数采用抽,真空辅助方式。采用此方式后压力可以减少20%以上。,2.4.2 抽真空的优点:,采用真空方式辅助后，压力减小，白边、白角的缺,陷减少，提高了品质，同时也提高了板料利用率。,压板设备,2.5 压机附属设备：,2.5.1 不锈钢板(Seperator):,2.5.1.1 不锈钢板定义：铁中铬含量在12%以上的合金。,2.5.1.2 不锈钢板的种类与标准：,2.5.1.3 从上表可以看出：CCL与PCB业使用的不锈钢板多,为SUS420， SUS630，由于SUS304的硬度较低，热,膨胀系数较高，不适用于PCB业。,压板设备,Standard of stainless steel plates for CCL and PCB:,压板设备,2.5.1.3 常用不锈钢板规格：,厚度规格：1.0mm 1.2mm 1.5(1.55)mm, 1.8mm, 2.0mm,对于Pin-lamination所需的钢板厚度规格为:6, 8, 10mm,尺寸规格: Max: 127032002mm,Jig plate: 750 80010mm (Max),CCL 用的不锈钢板,Pin-lam 用的Jig plate,压板设备,2.5.2 盖板、载盘（Carrier）：,用于盖板、载盘的材料，由于其作用为承载整个Book的板与钢板的重量，同时保护不锈钢板的作用，所以各厂家所用材料也多种多样。但不论使用哪种材料，最基本的应该满足硬度要求、承载强度要求，耐摩擦。为了长期使用而不发生变化，有时会要求抗腐蚀性、抗氧化性。,常用的材料有淬火钢：SCM4-H， SUS630,压板设备,2.6 其它种类压机的简介：,2.6.1 常规的压板机：按照加热方式的不同，分为电热式、,油热式、汽热式，都采用液压方式加压，而有些采,用真空辅助，有些不采用真空辅助形式。,2.6.2 真空袋式压合机：,2.6.2.1真空袋式压合机结构:,压板设备,2.6.2.2 真空袋式压合机特点:,1.温度精度高，可以达到1C。,2.压力精度高: 在CO,2,气体介质中压力可以达到,0.1bar。,3.适用于高于20层的多层线路板，由于采用真空袋式，,无树脂流动，有利于层间对位。,4.机器占地面积大。,5.由于使用真空袋及CO,2,，运行成本高。而且大量生产,时CO,2,无色无味，泄露时不易被察觉，具有一定危险性。,压板设备,二、无尘排板室：,1. 要求：,无尘要求：粉尘数量小于100K,粉尘粒度：小于0.5,m,空调系统：保证温度在18-22C，相对湿度在50-60%,风淋系统：进出无尘室有风淋清洁系统，防止外界的粉尘,进入无尘室内。,地面回风系统：由于排板房内经常会有半固化片粉尘掉在,地上，人走过时会带动粉尘传播，影响压,板板面品质。所以有些公司采用地面回风,系统，将掉在地上的粉尘同过回风系统过,滤掉。,压板设备,2. 无尘室的维护：,2.1 温湿度记录：无尘室内应装有温湿度记录仪记录每时,每刻的变化，以便保持与品质控制。,2.2 进入无尘室内作业需要经过风淋室吹风。同时风淋室,内要保持清洁。,2.3 无尘室的清洁：,2.3.1 应尽量保证少量半固化片进入无尘室内，不用的半,固化片放在预叠房内。,2.3.2 排板前,一定要清洁排板台面,用吸尘器吸走上次作,业留下的粉尘。,2.3.3 工作完毕前,清洁台面与洁净房,保持工作环境的清,洁卫生.定期用粉尘测试仪测量监控无尘室的洁净情,况,及时采取措施补救.,压板设备,三、运输系统：,1. 排板线,1.1 排板线的组成：载盘运输线，钢板运输线，叠合台，,Pin-lam系统的拆钉台，载盘、钢,板暂存站，钢板清洁线。,1.2 排板线的设计：主要考虑整体运输流畅、简单、容,易操作，同时尽量减少运输时间以,提高生产效率又减少钢板受污染机会。,压板设备,1.3 叠合线的图例：,压板设备, 采用双刷上、下打磨钢板，磨刷采用24MA04的湿刷。,磨刷主结构：由一种特殊不织布（,non-woven fabric)组成，四周粘着鱼鳞状结构的研磨矿物质，同时为了提高打磨效果，延长磨刷寿命、磨刷圆周添塞着特殊的泡沫研磨矿物质。采用氧化粘研磨粉，粒度A04。,2,4,M,A,04,2.1 磨钢板机简介：(WESERO）, 磨刷段,粒度,AL0,PCB用磨板机,硬度等级为4，用于湿刷,含胶辐射状磨刷,（FALKENRICH）,压板设备, 采用湿刷，因而磨刷硬度高于干刷，即机器设计中将高强度喷嘴系统装于毗邻每个磨刷的地方，位于钢板每边提供打磨冷却水。, 磨刷由偏心马达带动，偏心距5mm，频率125cycles/min，进行振动往复打磨钢板。, 磨板段的传动系统采用齿轮传动，附有高温润滑油，可以保证每日24小时连续运转，这样的传动结构优于其它的链传动系统。,压板设备, Wesero主要采用2个羊毛辘代替原胶压辘，吹风系统采用低压Blower及涡轮增压吹风量。, 速度即使在20m/min都可以保证烘干。, 烘干段, 清洗后的水排入贮水池，然后由污水处理泵将水抽入过滤器中，给处理后循环使用。, 各段均有感应器,防止板与板之间擦花。, 循环水处理段,压板设备,一、测试标准：,1. 印刷线路板的材料测试所遵循的标准主要源于IPC,（Institute for Interconnecting and Packaging,Electronic Circuits)所制定的一系列标准。,2. 板料及半固化片的检测接收标准依据IPC-4101中各种,材料的参数。,3. IPC-4101中各参数的测试方法按照IPC-TM650的检测,标准方法执行。,4. IPC-A-600C提供了印刷线路板的一些接受标准。,测试方法,二、Prepreg的测试方法：,1. 测试项目:,1.1 RC%（Resin content)：指胶片中除了玻璃布以外，,树脂成分所占的重量百分比 。 RC%的多少直接影,响到树脂填充导线间空谷的能力，同时决定压板后,的介电层厚度。 1.2 RF%（ Resin flow）：指压板后，流出板外的树脂,占原来半固化片总重的百分比。 RF%是反映树脂流,动性的指标，它也决定压板后的介电层厚度。,测试方法,1.3 VC%（volatile content）：指半固化片经过干燥,后，失去的挥发成分的重量占原来重量的百合比。,VC%的多少直接影响压板后的品质。,1.4 Gel Time（Gel time）：是凝胶时间，指B-阶半固化,片受高温后软化粘度降低，然后流动，经过一段时间,因吸收热量而发生聚合反应，粘度逐渐增大，逐渐固,化成C-阶的一段树脂可以流动的时间。,1.5 Scale flow：比例流量，是根据层压板的厚度确定多,张半固化片，以一个较小尺寸下相对较小的压力，压,板后厚度的变化作为树脂流动的参考。,测试方法,2. 测试方法：,2.1 树脂含量: 按照IPC-TM650-2.3.16. 的灼烧法。,2.2 树脂流量: 按照IPC-TM650-2.3.17方法测量,2.3 挥发物含量: 按照IPC-TM650-2.3.19方法测量,2.4 凝胶时间: 按照IPC-TM650-2.3.18测量,2.5 比例流量: 按照IPC-TM650-2.4.38测量,测试方法,三、基材的测试方法：,1. 测试项目:,1.1 机械测试: 包括基材结构、经纬方向判别、厚度测,试、铜厚、尺寸稳定性测试、热应力测试、铜箔的,剥离强度测试等。,1.2 目测：包括板凹板凸、黑点等表面缺陷。,1.3 化学测试:包括吸水率等。,1.4 物理性能测试：Tg测试、Tg测试、X/Y/Z CTE测试。,1.5 电性能测试: 表面电阻、体积电阻、介电常数、损,耗因数测试。,测试方法,2. 测试方法：,2.1 机械测试:,2.1.1基材结构、经纬方向的判别：,A. 切片可以观察到基材的不同厚度玻璃纤维布结构。,B. 然后通过用灼烧的方法或用浓硫酸浸泡若干小时,后去掉树脂后的玻璃纤维,通过观察它的结构,数,出经纬方向的纱的股数,然后根据P42的表判断出,玻璃布的种类及经纬方向.,例如: 7628玻璃纤维布在1“内,的经向股数为44股,纬向固数为32股.,Warp,1“=44股,1“=32股,Weft,测试方法,2.1.2 基材厚度及铜厚测试：,层压板厚度及铜厚的精确测试是用切片方式测量，切,片的制作方法次处不作介绍，厚度的测量按照以下图进行,评核：,铜箔,铜箔,切片法测绝缘层材料的最小厚度（D级）,切片测量基材总厚度（K、L、M级）,切片测量绝缘层材料的最大厚度（A、B、C、级）,测试方法,基材厚度与偏差标准：,测试方法,2.1.3 基材尺寸稳定性测试：,PCB制程中，经过压板后板料的经纬方向会有尺寸的,变化，从而影响到PCB后工序制作的对位精度，所以基材,的尺寸稳定性测试结果将作为一个制程稳定性因素。,基材尺寸稳定性测试方法参考,IPC-TM650-2.4.39，,IQC应定期进行来料的尺寸稳定性测试作为参考。,2.1.4 基材的热应力测试:,基材的热应力测试是检查材料的耐热性，因为PCB板,的后续制作PCBA的制程可靠性将要求材料必须具备良好的,耐热性能，因此对材料进行该项测试。测试方法参考,IPC-,TM650-2.4.13.1。,测试方法,2.1.5 基材铜箔剥离强度测试：,测试基材铜箔的剥离强度是掌握铜箔与树脂的粘结,强度，也是作为材料的可靠性的一个参考因素。而剥离,强度的测试条件分为：常态下、热应力后、暴露与工艺,药水后、热空气下等不同条件下的剥离强度，方法参考,IPC-TM650-2.4.8， 2.4.8.1， 2.4.8.2， 2.4.8.3。,2.2 目测方法:,目测的检查抽样方法及检查方法在,IPC-4101-3.8.3,中,有详细的说明.,2.3 吸水性测试:,这一项也是作为材料可靠性的参考，方法见,IPC-2.6.2.1,测试方法,2.4. 物理性能测试方法：,2.4.1 Tg测试：,2.4.1.1 Tg的物理意义：指材料的玻璃态转化温度。即当材,料的温度达到该转化温度时，呈固态的材料将变成,软的玻璃、橡胶态。因此该指标作为材料的耐热性,指标及检查材料是否固化充分的参考。,2.4.1.2 Tg的测试方法简介：,A. DSC测量：（Differential scanning calorimetry)差热,扫描分析仪。,主要测试材料的热能量。,测试方法详见,IPC-TM650-2.4.25,。DSC测量出,的图样见下图：,测试方法,通常，单面敷铜、未敷铜的基材通常比双面敷铜的相同材,料的Tg值小8-15C。,150C,140C,130C,120C,110C,100C,扫描出的曲线,曲线的一条切线,曲线的一条切线,切点1,切点2,Tg值点,测试方法,B. TMA法测量：（T