压板制作工艺流程讲解培训课件

Click to edit Master title stylet,*,Serve through PeopleConnect through Technology,One Direction, One Target,Serve through PeopleConnect through Technology,One Direction, One Target,压板制作工艺流程讲解,丰顶轲,日期:2010/04/28,目录,第一章:压板工序的基本概念,第二章:压板使用的原材料,第三章:压板使用的设备,第四章:压板工艺原理及方法,第五章:压板工序常见缺陷分析,第六章:线路板常见测试方法,1.压板（Pressing Process）是指在高温高压条件下用半固化片将内层Core与内层Core，以及整个内层与铜箔粘结在一起，制成多层线路板的制作工序。,2.Tg (Glass Transition Temperature)是指“玻璃态转换温度”而言，当逐渐加温下聚合物由常温不定组成的玻璃态,Glass stage转换到高温的橡胶态Elastomer时，其组态转移的“温度区“简称为Tg。,3.Td(Decomposition Temperature )，当板料持续加温直到板料的重量减小5%时,即把这个温度值称为Td。,第一章:压板工序的基本概念,（一） 、基材：,（Copper clad lamination，CCL）,基材又称覆铜板，它是通过半固化片在高温高压下,将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。,Cu,半固化片,Cu,第二章:压板使用的原材料,（一） 、基材：,（Copper clad lamination，CCL）,1.纸基酚醛板,包括XPC、XXXPC、FR-1及FR-2，组成为酚醛树脂与纤维纸。,2. CEM-1/CEM-3,表面均使用玻璃布，CEM-1内芯是纤维纸，CEM-3内芯是玻毡。,3. FR-4基材,通指玻璃布基含浸环氧树脂的基材。,4. 高性能基材,其他特殊的/非酚醛/非FR-4类树脂基材，也包括Aramid、RCC等新发展的材料。,5. 无卤素基材,使用无卤素树脂体系的基材，目前有应用在CEM-1、CEM-3及FR-4上。,第二章:压板使用的原材料,（一） 、基材：,（Copper clad lamination，CCL）,1.纸基酚醛板,包括XPC、XXXPC、FR-1及FR-2，组成为酚醛树脂与纤维纸。,XPC通常应用在低电压/低电流、不会引起火源的消费性电子产品，如玩具，手提收音机，电话，遥控器等。,FR-1的电气性、难燃性优于XPC，可达到UL94V-0级，可广泛使用于电压/电流稍高于XPC的电器，如彩电，家庭音响，洗衣机，吸尘机等。,XXXPC与FR-2的电气性能相对更好，应用领域则大致相同。,纸基板的制作工艺相对较简单，可使用热冲或冷冲的方法加工通孔，并可通过印刷银浆、碳墨的方法实现镀铜。,第二章:压板使用的原材料,（一） 、基材：,（Copper clad lamination，CCL）,2. CEM-1/CEM-3,表面均使用玻璃布，CEM-1内芯是纤维纸，CEM-3内芯是玻璃毡。,基材外观呈不透明的白色。应用在一些酚醛纸基板无法满足要求的场合，电气性能优于酚醛纸基板，而差于FR-4基材。例如显示器，,低压电源，高级音响，游戏机，部分汽车电路等。,CEM-1、CEM-3的制作工艺与FR-4相似，而在要求不高的时候甚至也可以使用冷冲的方法加工。,第二章:压板使用的原材料,（一） 、基材：,（Copper clad lamination，CCL）,3. FR-4基材,通指玻璃布基含浸环氧树脂的基材。,白料：Di-functional，Tg约125，电气性能、机械性能较弱，正逐渐被淘汰。基材外观呈半透明的白色。,黄料：Multi-functional，Tg约135，广泛应用在民用电子设备上。,由于加入UV遮挡材料，一般呈半透明的黄色。,High Tg：Tg超过150以上的FR-4一般称为High Tg，其可靠性较普通Tg的材料高。,改性FR-4：在常规FR-4树脂的基础上通过改变配方或添加填充剂的方法实现更高的电气性能、机械性能及可靠性。在考虑成本的前提下，可提供用于较高端的产品。,第二章:压板使用的原材料,（一） 、基材：,（Copper clad lamination，CCL,3. FR-4基材）,FR-4是属于商业基材，几乎所有的基材制造商均生产FR-4 基材。,普通Tg（135,）:如EMC/22B,、,Mica/HR33,、,生益/S0155等，,高Tg（170, ）:如Mica/HR01,、,生益/S1000-2,、,生益/S0701等，,中Tg（150, ）:如Mica/LA02,、,松下/R-1650,、,生益/S1000B等。,构成FR-4基材的主要是环氧树脂和玻璃布。,几乎所有的线路板生产厂商都大量使用FR-4基材，其生产线的设计大多以FR-4为目标，因此许多基材均以FR-4为基准进行比较，来判断其特性、可靠性及加工性。,第二章:压板使用的原材料,（一） 、基材：,（Copper clad lamination，CCL）,4. 高性能基材,其他特殊的/非酚醛/非FR-4类树脂基材，也包括Aramid、RCC等新发展的材料。,主要指BT、PPO、Polyimide、Cyanate Ester、Hydrocarbon、,Polyester、PTFE等高性能树脂构成的基材，通常此类基材加入Ceramic、Kaolin等填充剂。,主要应用在军事或民用的通讯设备上。,此类基材具有优异的电气性能、机械性能及高可靠性，但其加工性要比FR-4差。,而Aramid及RCC随着HDI技术的发展，被广泛应用在Microvia的构成层上。,第二章:压板使用的原材料,（一） 、基材：,（Copper clad lamination，CCL）,目前应用较广泛的BT基材包括Polyclad/GI-180、Isola/G200等。,树脂当中的“B”和“T”的比例能够随意地调整，当B：T=1：9时，BT的固化温度接近于FR-4；当其比例大于1：9时，其Tg将随之上升，可达到250C以上。,BT基材一般呈棕黑色，硬度很高，由于树脂的浸润性较差，因此基材的席纹现象比较明显。与FR-4基材相比，BT的优点是Anti-CAF，具有良好的,抗铜离子迁移能力，制板在恶劣的环境下仍然保持良好的电气性能,BT的介电常数比FR-4低，BT的应用主要是BGA载板，及部分中低端通讯基站。,第二章:压板使用的原材料,（一） 、基材：,（Copper clad lamination，CCL）,5.无卤素基材（Halogen Free）,目前使用的绝大部分基材使用的Flame Retardant是含卤素的（主要是溴和氯），而这些有机物基团在燃烧时起阻燃的作用，但是有一个很大的害处是同时释放出剧毒的Dioxin，对人体有很大的危害。,因此Halogen Free基材应运而生，通过添加Phosphorous、Aluminum Hydroxide或无机填料达到阻燃的要求（UL 94V0），而去除含卤素的物质。,目前主要是提供无卤素FR4板料、半固化片及RCC。,目前提供无卤素基材的供应商主要包括Matsushita、Hitachi、Polyclad、Isola等著名厂商，另外很多台湾供应商也声称可以量产无卤素基材。,第二章:压板使用的原材料,（一） 、基材：,（Copper clad lamination，,CCL）,一般性能,:,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。,尺寸：长、宽、厚度检查公差按IPC-4101标准接受。,弓曲、扭曲度：按IPC-4101标准接受。,物理性能,:,剥离强度：有分热应力后、高温下、化学溶剂处理后三种。,尺寸稳定性：,弯曲强度：分常温下、高温下两种。,第二章:压板使用的原材料,化学性能,燃烧性：,热应力：分蚀刻后与不蚀刻两种按IPC-4101标准接受。,可焊性：按IPC-4101标准接受。,耐化学性：,金属表面可清洁性：,Tg测试：,Tg测试：,平均X、Y轴CTE测试（）,：,第二章:压板使用的原材料,第二章:压板使用的原材料（二）、铜箔：,PCB行业中使用的铜箔主要有两类：,1、电镀铜箔（Electrodeposited Copper Foil OR,E.D Foil）该铜箔是在电解槽中由一个作为阴极的柱状不,锈钢空心筒体在电流的作用下高速旋转镀铜得生箔，再经,三次表面处理而得的。其一面光滑称为光面（Drum Side),另一面是粗糙的结晶面，称为毛面（Matte Side)。,Drum,Side,Matte Side,第二章:压板使用的原材料,1、电镀铜箔,表面处理为：,1、毛面上增强附着力之电镀铜瘤。,2、毛面用之电镀锌或镀黄铜。,3、两面镀薄铬。,作用有：,A、增大了表面积，加强树脂渗入的附着力。,B、避免纯铜与高温树脂中Dicy接触产生水份而爆板。,C、防污防锈。,第二章:压板使用的原材料,2. 压延铜箔：,是纯铜经过多次机械辊轧制成的铜箔m。因此，压,延铜箔的两面都是光滑的，对基材的附着力较差，必须,增加表面粗化处理，制作成本高。应用在对弯曲、拉伸,强度有高要求的制板上，主要是挠性板（Flexible）。,电解铜箔,压延铜箔,价格便宜,成本高,多种尺寸与厚度,宽度受限制,表面棱线较高，不适用于超精细,线表路面棱线低，有利于信号完整性,与基材的附着力强,结合力差,延展性差,延展性佳,内应力高，难以挠曲，容易折断,可抵受挠曲而不折断,第二章:压板使用的原材料,3. 铜箔的品质：,纯度(Purity)：A. 电镀铜箔纯度为99.98% ，,B. 压延铜箔纯度为99.99%以上,1oz铜箔即表示1平方英尺铜箔的重量(oz/ft2)即基重,(Weight),，铜箔通常以重量来表示厚度的。,第二章:压板使用的原材料,惯用表示,单位重量(g/m2),标称厚度(um),标称厚度(mil),5um,45.1,5.1,0.20,9um,75.9,8.5,0.34,12um,106.8,12.0,0.47,1/2oz,152.5,17.1,0.68,3/4oz,228.8,25.7,1.01,1oz,305.0,34.3,1.35,2oz,610.0,6 2.7,2.70,3oz,915.0,102.9,4.05,3. 铜箔的品质：,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/in2, 拉伸,比应大于2%.1oz以上则应大于30,000 lb/in2,拉伸,比应大于3%.,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/ft2.,1oz以上的铜箔针孔数不可多于5点/ft2,且在任何5 ft2内,不得有大于0.125mm的针孔.,第二章:压板使用的原材料,第二章:压板使用的原材料,3. 铜箔的品质：,外观(Surface appearance):表面不得有任何凹点和凸起(pits and dents) 、折皱、刮痕、粗粒、油脂、指印及任何杂质。,抗氧化性(Tarnish resistant):存放其间不许有表面氧化变色现象.,抗热性(Heat resistance): 热压后表面不许氧化变色.,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.表面粗糙度(Roughness):平均需在0.2-0.3Ra,3. 铜箔的品质：,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,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。,抗焊性:(Solder resistance): 经过焊锡漂浮后,抗撕强度不可有显著下降。,第二章:压板使用的原材料,4.铜箔的发展趋势,对现有铜箔品质的持续改善.,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/m2,9m的重量为80g/m2(1/4oz)。,第二章:压板使用的原材料,半固化片在制作过程中的变化如下图所示:,Resin树脂,Varnish胶液,Glass fabric-玻璃纤维布,Prepreg半固化片,Laminate层压板,第二章:压板使用的原材料,树脂的功能及特性:,A. 具有电气绝缘性，为介电材料,B. 可以作为铜箔与加固物(玻璃纤维布)之间的粘合剂（Bonding Agent）,C. 特性:抗电气性、耐热性、耐化学性、抗水性。,树脂分为热固性(Thermosets)及热塑性(Thermoplastics)两种。,热固性树脂提供优良的可操作性，而应用不同的树脂可获得不同的电气性能。制造线路板主要使用的是热固性树脂。,热塑性树脂具有优异的电气性能，但处理热塑性材料需要特别的设备与参数，因此许多厂商均开发新的热固性材料用于代替热塑性材料。,第二章:压板使用的原材料,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(Phenolic Resin),B.环氧树脂(Epoxyl Resin),C.聚酰亚胺树脂(Polyimide),D.聚四氟乙烯(Polytetrafluorethylene,简称PTFE,或称Teflon),E.BT/Epoxy Resin,F.氰酸酯树脂(Cyanate Ester),G.聚酰胺(Aramid),第二章:压板使用的原材料,树脂的种类对比：,第二章:压板使用的原材料,树脂类型,优点,缺点,Epoxy Resin环氧树脂,便宜、耐用、容易加工,耐热性不好，不利于高密度的线,路的元件的焊接,BT,Tg高达180C以上，耐热性好,钻污少,可达到UL94V-0的要求,介电常数与损耗因子较小，绝缘性佳,容易爆板,树脂的浸润性较差,Cyanate Ester氰酸酯树脂,Tg高达250C热膨胀系数小,介电常数与损耗因子非常低,脆性大，对湿气很敏感,Polyimide,聚酰亚胺,Tg高达260C,钻污少热膨胀系数小,弯曲性与抗挠性极佳,不易达到UL94V-0的要求,树脂的流动性差,结合力较低成本昂贵,PTFE聚四氟乙烯,介电常数非常稳定，,介电损耗低抗化性极强,Tg低，常温下易弯曲,与增强材的结合力低，成本高,聚酰胺(Aramid,耐热性好、韧性强，介电常数,低，应适的温度范围广,机械加工性差、,吸水性高、价格高,压玻板璃纤使维用布的,(Gl,原,ass,材,f,料,abric),：,是一种无机物经过高温融合后冷却成为一种非结晶态,的坚硬的,，然后由经纱，纬纱纵横交织形成的补强材料。可以作,为补强材料有四个等级：A级高碱性、C级为抗化性、E级为,电子用途、S级为高强度。常用的E-玻璃布规格有以下几种,：,第二章:压板使用的原材料,Glas fabric specification,规格,厚度,(,mm),基重,(,g/cm2),结构,经纱,纬纱,7628,0.18,210,442,312,2116,0.1,106,602,582,1080,0.06,48,602,472,106,0.04,25,562,562,半固化片的特性,：,半固化片的特性包括压板前的特性和压板后的特性。,层压前特性：,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。,第二章:压板使用的原材料,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。,粘度,第二章:压板使用的原材料,溫度,/,粘度,PP,的粘度隨溫度變化趨勢圖,材料溫度,粘度曲線,時間,60,度,120,130,度,140,度,分析：,Gel Time实际上也是RF%的一个体现，Gel Time时间越长，表明树脂流动性愈大，不宜凝胶，这样压板时造成树脂流失过多，厚度变薄。,Gel Time太短，树脂粘度变化太快，时间太短，以至出现气泡未被既及时赶走的现象。,RF%有一个范围限制：过高，流胶过多，厚度不易控制。过低，树脂的流动性差，无法填充导线间的空隙。,第二章:压板使用的原材料,(,四）、,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。,第二章:压板使用的原材料,(,四）、,RCC,材料（,Resin coated copper,背胶铜箔）,1. RCC分类：,以下是MISTUI提供的RCC产品种类：,MR-500(Tg138oC) 30 3EC-VLP 9,MR-600(Tg185oC) 50 for HDI board 12,MR-700(Tg220oC) 65 3EC- 18,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。,第二章:压板使用的原材料,(,四）、,RCC,材料（,Resin coated copper,背胶铜箔）,RCC测试项目：,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。,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。,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。,第二章:压板使用的原材料,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：,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20,升到180,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,。,第三章:压板使用的设备,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 6-10,/min。温度分,布均匀，通常可以达到2,最高加热温度可以达到,250,，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。,第三章:压板使用的设备,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。,第三章:压板使用的设备,(一)、工艺原理,压板的原理是利用半固化片中的环氧树脂从B-stage向Cstage,的转换过程,将各线路层粘结成一体。环氧树脂在这一过程中的转换过程的状态变化见下图：,第四章:压板工艺原理及方法,Flow Begin,Flow end,Resin cures,Resin,Melt,(二)、工艺条件及压板Cycle的设计方法：,1. 工艺条件决定压板的工艺条件的因素：,加热速度（升温速度）,最高加热温度,提供的压力,硬化时间,压力与时间的配合,第四章:压板工艺原理及方法,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。,第四章:压板工艺原理及方法,升温速度与树脂粘度变化的关系：,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，利于压板厚度的控制。,第四章:压板工艺原理及方法,慢升温,快升温,时间,树脂的粘度,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。,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1.5,5,/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,/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。,第四章:压板工艺原理及方法,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160,170,。那么应使压板时最高料温达到170,。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。,第四章:压板工艺原理及方法,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。,压力的设定方法与时机：One stage press cycle（一段压方式）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。,第四章:压板工艺原理及方法,T（0C）,175,P（Bar）,Pressure,Temperature,175,Temperature,P（Bar）,Pressure,T,第四章:压板工艺原理及方法,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。之后当树脂随温度化后粘度较低时提供第二段压力。,Kiss pressure,Kiss pressure,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？,A、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）。这个压力多大合适呢？,第四章:压板工艺原理及方法,接触压力通常为5KG左右，这个压力不可过大，因为Resin未充分流动，压力过大，将对半固化片中的glass fabric的弹性纤维布产生较大剪应力，压力太小，不能使树脂充分填满铜面(毛面）的空隙。,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：,第四章:压板工艺原理及方法,固化时间（Cure time),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.,第四章:压板工艺原理及方法,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：,第四章:压板工艺原理及方法,Tg,树脂特性,WET CLOTH,B-Stage,Cured lamination,压板工艺条件总结：,1、lamination window 的升温速度在12OC/min。,2、最高加热温度制定。,3、硬化时间的确定。,4、压力的确定。,5、压力与时间的配合。,第四章:压板工艺原理及方法,2、压板Cycle的设计方法：,温度的Profile的设计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。,然后根据物料的最高温度要求确定热盘的最高加热温度。,根据Cure time的时间定出在最高加热温度需要保持的时间。,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。,第四章:压板工艺原理及方法,压板cycle的一个具体recipe：,第四章:压板工艺原理及方法,（三）、工艺流程介绍：,1、工艺：mass-lamination无销制定位的大量层压方法,第四章:压板工艺原理及方法,第四章:压板工艺原理及方法,Lay up,叠合,示意图,拿,板过程需要绝对清,洁，因为压板后板面的,一点凹凸不平缺陷都会,导致外层线路缺口，引,起开短路，因此，排板,过程需要无尘环境。,Mas lamination,方,大量,法,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。,第四章:压板工艺原理及方法,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),第四章:压板工艺原理及方法,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：,内层板各层菲林上设置两个光学标靶(Optical Target):根据菲林做出内层图形.,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:,第四章:压板工艺原理及方法,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。,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,第四章:压板工艺原理及方法,2. PCB压板厚度计算方法指引：,对于图一的情况，用公式一计算：,公式一：,H,=,X,-,h,(1-,a,%),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。,第四章:压板工艺原理及方法,Pin,内层板单元大小,第四章:压板工艺原理及方法,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),第四章:压板工艺原理及方法,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。,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:,第四章:压板工艺原理及方法,（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。,第四章:压板工艺原理及方法,各类半固化片单张压制敷铜板的厚度指引:(单位mil),第四章:压板工艺原理及方法,2. PCB压板厚度计算方法指引：,对于图一的情况，用公式一计算：,公式一：,H,=,X,-,h,(1-,a,%),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。,第四章:压板工艺原理及方法,对于图二的情况，用公式二计算：,公式二：,H,1 =,X,-,h,1(1-,a,%) -,h,2(1-,b,%),其中：H1 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。,h1表示基材一个面的底铜厚度。,h2表示基材另一个面的底铜厚度。,a% 表示对应于h1面的铜面密度。,b% 表示对应于h2面的铜面密度。,注：两边介电层厚度的计算方法用公式一。,第四章:压板工艺原理及方法,第五章:压板工序常见缺陷分析,第五章:压板工序常见,缺陷分析,第五章:压板工序常见,第五章:压板工序常见,缺陷分析,第五章:压板工序常见,缺陷分析,第五章:压板工序常见,缺陷分析,第五章:压板工序常见,缺陷分析,第五章:压板工序常见,缺陷分析,第五章:压板工序常见,缺陷分析,第五章:压板工序常见缺陷分析,压板中的一个主要缺陷：高层板对位不正（misregistration）,压板为何会出现对位不正?,造成对位不正主要有2个大的方面:,(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 ackagingElectronic 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。,第六章:线路板常见测试方法,(二)、Prepreg的测试方法：,1. 测试项目:,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。可用烧完法(Burn Out)和处理重量法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，可用流量试验法。,第六章:线路板常见测试方法,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分比（取样称重，放入1632.8通风良好的烤箱中151分钟,然后放入干燥器中冷却到室温,再称重,其失重与原重的比为VC%),VC%的多少直接影响压板后的品质。,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。,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。,第六章:线路板常见测试方法,2. 测试方法：,树脂含量: 按照IPC-TM650-2.3.16. 的灼烧法。,树脂流量: 按照IPC-TM650-2.3.17方法测量,挥发物含量: 按照IPC-TM650-2.3.19方法测量,凝胶时间: 按照IPC-TM650-2.3.18测量,比例流量: 按照IPC-TM650-2.4.38测量,第六章:线路板常见测试方法,(三)、基材的测试方法：,1. 测试项目:,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。,目测：包括板凹板凸、黑点等表面缺陷、化学测试:包括吸水率等。,物理性能测试：Tg测试、Tg测试、X/Y/Z CTE测试。,电性能测试: 表面电阻、体积电阻、介电常数、耗因数测试。,第六章:线路板常见测试方法,2. 测试方法：,机械测试:,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1inch内的经向(Weft)股数为442股,纬向(Warp) 固数为312股.,第六章:线路板常见测试方法,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，,厚度的测量按照以下图进行评核：,第六章:线路板常见测试方法,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）,基材厚度与偏差标准：,第六章:线路板常见测试方法,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。,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IPCTM650-2.4.13.1,。,第六章:线路板常见测试方法,目前针对基材的最严格的可靠性测试之一是耐热性能测试，包括：,1. Reflow,2. Thermal Shock/Stress,3. ATC(Accelerated Thermal Cycling),以及绝缘电阻测试：,1. THB(Thermal Humidity Bias Test),2. ATC(Accelerated Thermal Cycling,),第六章:线路板常见测试方法,Reflow Test,Reflow测试的条件一般是由客户指定，例如Motorola的eflow条件：,Condition Exposure Peak Temp. 200-235 (lead Free) Peak Temp. 235-260,Reflow cycle 10 cycles,事实上，仅有少数几种基材能够抵受10次以上的Reflow测试而无分层、白斑等缺陷，例如Polyclad的Turbo370、Matsushita EW的R1755、Hitachi-Chemical的MCLBE-,679。其他的基材（Polyclad FR370、Nelco N4000-6、Mica EG150TII等）均无法完成10次Reflow。,第六章:线路板常见测试方法,S Thermal Shock/Stress & Thermal Cycling Test热冲击/热应力测试及热循环测试同样对基材有非常高的要求，而且测试的条件非常多，不同的标准组织、不同的客户有不同的要求。,1. 260C, 10sec, 5cycles, solder float,2. 288C, 10sec, 1cycle, solder float,3. 288C, 10sec, 6cycles, solder float,4. Air to Air, -55C125C, 30min, 100cycles,5. Liquid to Liquid, -55C125C, 10min dwell/5min,peak/15sec transition, 500cycles基材的性能优劣在完成测试后就能得到明显区分。,因此，针对不同的产品设计/客户要求应该选择不同的物料。当然，性能越高的物料其价格就越高。,第六章:线路板常见测试方法,低Z-Axis CTE(Coefficient of Thermal Expansion)基材,Reflow 测试及热应力测试考验的是基材的耐热能力，在经历多次冷热变化的过程中，基材不断地膨胀与收缩(Z方向)，使孔壁铜层或基材本身无法承受其拉扯而断裂或分层。,第六章:线路板常见测试方法,THB Test (Thermal Humidity Bias Test),严格的THB测试对基材和制程均是一个严峻的挑战，其测试原理是在高温/高湿的环境下，给制板加一定的直流偏压Bias，若基材性能无法达到要求及制程存在问题的话，通常在100到500小时后就会被判断为失败(绝缘电阻低于00Mohm)，即认为已发生CAF(Conductive AnodicFilament)现象。,第六章:线路板常见测试方法,第六章:线路板常见测试方法,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,。,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.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,第六章:线路板常见测试方法,物理性能测试方法：,Tg测试：,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。,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：,第六章:线路板常见测试方法,第六章:线路板常见测试方法,B. TMA法测量：（Thermal mechanical analysis)热机械性,能分析仪。主要测试材料在Tg温度点附近的尺寸膨胀变化，从而测量出Tg值。同时用TMA可以测Z轴热膨胀系数，该参数将对材料的耐热冲击性有重要参考意义。测试方法详见IPC-TM650-2.4.24。TMA测量出的图样见下图：,C. DMA法测量：（Dynamic mechanical analysis)热动态分析法，主要通过测量材料的刚性变化，及材料弹性模量的测量来间接测量Tg值。DMA分析仪通常测量材料的三种物理模量，因此，DMA有三种曲线表达：,第六章:线路板常见测试方法,DSC、TMA、DMA三种方法测量的物理量不同，因而测出的Tg值也有差异，最多可以相差20C，因此在标注Tg值时一定要注明测量方法是这三种里的哪一种。,电性能测试：,电性能参数的意义:,A.介电常数(dielectric constant, Dk)-指两板间为材料时的电容与两板间为空气时的电容比值.测试方法参考IPC-TM650-2.5.5.,B.损耗因数(Loss tangent,Df)-指绝缘材料在给定频率测定的介电常数(材料的电容)与电导率(导电能力或电阻率的倒数)之间的关系,测试方法参考测试方法参考IPC-TM650-2.5.5.,C.从以上定义可以看出,Dk与Df的测试结果在不同的测试频率下有不同的结果.因此对于今后将逐步用到的高频材料时注意区分,第六章:线路板常见测试方法,THANKS,