多层印制板层压工艺技术及品质控制

　　1 前言
　　多层印制板是由三层以上的导电图形层与绝缘材料层交替地经层压粘合一起而形成的印制板，并达到设计要求规定的层间导电图形互连。它具有装配密度高、体积小、重量轻、可靠性高等特点，是产值最高、发展速度最快的一类PCB产品。随着电子技术朝高速、多功能、大容量和便携低耗方向发展，多层印制板的应用越来越广泛，其层数及密度也越来越高，相应之结构也越来越复杂。所谓多层印制板的层压技术，是指利用半固化片(由玻璃布浸渍环氧树脂后，烘去溶剂制成的一种片状材料。其中的树脂处于B阶段，在温度和压力作用下，具有流动性并能迅速地固化和完成粘结。)将导电图形在高温、高压下粘合起来的技术。
　　2 多层印制板层压工艺技术
　　多层印制板的层压工艺技术按所采用的定位系统的不同，可分为前定位系统层压技术和后定位系统层压技术。前者须采用销钉进行各层间的定位，而后者则无须采用销钉进行定位，因而更适用于大规模的工业化生产。此外，销钉进行定位的层压过程，一般采用电加热系统；而无销钉进行定位的层压过程，则通常采用油加热系统。下面将对其分别进行讨论。
　　2．1 前定位系统层压工艺技术
　　2．1．1 前定位系统简介
　　电路图形的定位系统是贯穿于多层底片制作、内外层图形转移、层压和数控钻孔等工序的一个共性问题。多层印制板中的每一层电路图形，相对于其它各层都必须精确定位，从而保证多层印制板各层电路间能正确地于金属化孔连接。这对于高层数、高密度、大板面的多层板显得尤为重要。回顾多层板层压制作采用过的销钉定位法，有两圆孔销钉定位法、一孔一槽销钉定位法、三圆孔或四圆孔定位法，以及本文将作介绍的四槽孔定位法。这种定位方法是美国Multiline公司推出的，利用其提供的一系列四槽孔定位设备，在照相模版、内层单片上冲制出四个槽孔。然后利用相应的四个槽形销来实现图形转移、叠片、层压和数控钻孔等一系列工序的定位。参见图表一。
　　表1 多层印制板四槽定位系列表
　　编号 1 2 3 4 5 6 7
　　多层板外形尺寸 a ≤260.35 ≤285.75 ≤311.15 ≤361.95 ≤412.75 ≤514.35
　　b ≤209.55 ≤234.95 ≤209.55 ≤260.35 ≤311.15 ≤438.15
　　坯料板尺寸 X 12″ 304.8 13″ 330.2 14″ 355.6 16″ 406.4 18″ 457.22″ 558.8
　　Y 10″ 254 11″ 279.4 10″ 254 12″ 304.8 14″ 355.6 19″ 482.6
　　定位槽中心距尺寸 2XY 11.25″ 285.75 12.25″ 311.15 13.25″ 336.55 15.25″ 387.35 17.25″ 438.15 21.25″ 539.75
　　2YA 9.25″ 234.95 10.25″ 260.35 9.25″ 234.95 11.25″ 285.75 13.25″336.55 18.25″ 463.55
　　光绘标靶尺寸 r′ 3.5″ 88.9 4″ 101.6 3.5″ 88.9 4.5″ 114.3 5.5″139.7 8″ 203.2
　　2.1．2．1详细工艺过程
　　按前定位系统进行的多层印制板的层压，过去大多采用全单片层压技术，在整个内层图形的制作过程中，须对外层之单面进行保护，不但给制作带来了麻烦，且生产效率低；尤其对于四层板会产生板面翘曲等问题。现普遍采用铜箔的复合层压技术，每开口可压制2~3块，提高了生产效率，也从根本上解决了四层板制作中的板面翘曲问题。(若采用后定位系统进行层压，尽管还是采用相同的压机，由于不采用笨重的模具，原压机每开口甚至可压制6块多层板。)下面仅就采用铜箔的复合层压技术进行简单介绍。
　　(1)半固化片准备
　　半固化片由杭州临安国际层压板材有限公司提供。规格参见表2。
　　表2 半固化片（PREPREG）
　　型号 1080 2116
　　树脂含量% 62±5 52±4
　　凝胶化时间（s） 140±20 140±20
　　流动度% 38±5 30±5
　　厚度（mm） 0.06~0.07 0.10~0.11
　　[注]半固化片准备注意事项：
　　①在清洁无尘的环境，将卷料切成条料，然后用切纸刀裁切成单件，尺寸按单片坯料长宽各放大10mm；
　　②在定位孔位置，成叠用台钻打定位孔，孔径比定位销直径大1．5~2．0mm；
　　③凡半固化片上出现有纤维折断、大颗粒胶状物、杂质等缺陷的应予剔除，操作应戴清洁的细沙手套，严禁手汗、油脂污染；
　　④裁切半固化片时，要戴口罩，以免吸入树脂粉。宜穿长衫裤，避免树脂粉粘在皮肤而导致痕痒或过敏。同时，应避免树脂粉进入眼睛；
　　⑤裁切加工好的半固化片，应及时放于1×10-1乇以上的真空柜中，排除挥发份及潮湿，禁止放入烘箱或冰箱保存与去湿，防止老化、粘结。在真空存贮柜中排湿应大于48小时；
　　⑥对新到半固化片应进行性能测定。随着保管期的增长，材料老化，直接影响流动度和凝胶化时间，它与产品质量密切相关，是工艺参数确定的基础。有关性能测定方法和计算，详见质量控制部分。
　　(2)内层单片的黑化及干燥
　　①内层印制板黑化工艺流程
　　上板→除油→水洗→水洗→微蚀→二级逆流水洗→预浸→黑化→水洗→水洗→还原→热水洗→水洗→下板
　　②采用安美特公司提供之黑化溶液；
　　③微蚀速率控制范围：1．0—2．0μm／cycle。方法参见质量控制部分；
　　④黑化称重控制范围：0．2—0．35mg/cm2。方法参见质量控制部分；
　　⑤外观干燥后，表面呈黑色，轻擦无黑色粉末落下；
　　⑥检验层压后作抗剥强度试验，抗剥强度应在2．0N／mm以上；
　　⑦黑化后的单片用挂钩吊挂于电热恒温干燥箱中，90~100℃，烘干去湿至少60分钟。
　　(3)装模前的其它要求
　　①新领的压模应用汽油将保护油脂清洗干净，在用的模具应清除表面粘污的树脂粉尘，清洗过程不得划伤表面，模具表面不得有凹坑和凸起的颗粒；
　　②用0．05mm聚酯薄膜作脱膜料，防止流出的环氧树脂与压模粘结，切料尺寸约大于压模15~20mm，在定位销部位冲孔或钻孔，孔径大于定位销2mm；
　　③电炉板应垫以10层左右的牛皮纸，一方面为传热缓冲层，同时保护炉板不致拉伤。对于不平整的模具、销钉高出上模、模具尺寸小于200mm×200mm者，应有相应措施，否则不允许直接施压，防止造成局部变形，损伤炉板平整度；
　　④半固化片填入的张数应根据内层单片的总厚度、产品设计厚度要求或工艺卡片标注的工艺要求、压制时所实际采用的半固化片型号、实际性能和试压后的实际厚度来决定(填入的半固化片，1080不得少于2张，防止因胶量不足引起的微气泡现象)；
　　⑥对于重量较大的模具，进出模时防止砸伤。