多層印制板層壓工藝技術及品質控制
??? 多層印制板是由三層以上的導電圖形層與絕緣材料層交替地經層壓粘合一起而形成的印制板，并達到設計要求規定的層間導電圖形互連。它具有裝配密度高、體積小、重量輕、可靠性高等特點，是產值最高、發展速度最快的一類PCB產品。隨著電子技術朝高速、多功能、大容量和便攜低耗方向發展，多層印制板的應用越來越廣泛，其層數及密度也越來越高，相應之結構也越來越復雜。
??? 所謂多層印制板的層壓技術，是指利用半固化片(由玻璃布浸漬環氧樹脂后，烘去溶劑制成的一種片狀材料。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。)將導電圖形在高溫、高壓下粘合起來的技術。
2 多層印制板層壓工藝技術
??? 多層印制板的層壓工藝技術按所采用的定位系統的不同，可分為前定位系統層壓技術和后定位系統層壓技術。前者須采用銷釘進行各層間的定位，而后者則無須采用銷釘進行定位，因而更適用于大規模的工業化生產。
??? 此外，銷釘進行定位的層壓過程，一般采用電加熱系統；而無銷釘進行定位的層壓過程，則通常采用油加熱系統。下面將對其分別進行討論。
??? 2．1 前定位系統層壓工藝技術
??? 2．1．1 前定位系統簡介
??? 電路圖形的定位系統是貫穿于多層底片制作、內外層圖形轉移、層壓和數控鉆孔等工序的一個共性問題。多層印制板中的每一層電路圖形，相對于其它各層都必須精確定位，從而保證多層印制板各層電路間能正確地與金屬化孔連接。這對于高層數、高密度、大板面的多層板顯得尤為重要。
??? 回顧多層板層壓制作采用過的銷釘定位法，有兩圓孔銷釘定位法、一孔一槽銷釘定位法、三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備，在照相模版、內層單片上沖制出四個槽孔。然后利用相應的四個槽形銷來實現圖形轉移、疊片、層壓和數控鉆孔等一系列工序的定位。參見圖表一。
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圖 1 多層印制板定位系統有關尺寸示意
表 1 多層印制板四槽定位系列表
編號?多層板外形尺寸?坯料板尺寸?定位槽中心距尺寸 ?光繪標靶尺寸
?a?b?X?Y?2XA?2YA?r'
1?≤260.35?≤209.55?12″?10″?11.25″?9.25″?3.5″
???304.8?254?285.75?234.95?88.9
2?≤285.75?≤234.95?13″?11″?12.25″?10.25″?4″
???330.2 ?279.4?311.15?260.35?101.6
3?≤311.15?≤209.55?14″?10″?13.25″?9.25″?3.5″
???355.6 ?254?336.55 ?234.95?88.9
4?≤361.95?≤260.35?16″?12″?15.25″?11.25″?4.5″
???406.4?304.8?387.35 ?285.75 ?114.3
5?≤412.75?≤311.15?18″?14″?17.25″?13.25″ ?5.5″
???457.2?355.6?438.15?336.55?139.7
6?≤514.35?≤438.15? 22″?19″?21.25″?18.25″?8″
???558.8?482.6?539.75?463.55?203.2
7?　?　?　?　?　?　?　
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??? 2.1.2 前定位系統層壓工藝流程??
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??? 2.1．2．1詳細工藝過程
??? 按前定位系統進行的多層印制板的層壓，過去大多采用全單片層壓技術，在整個內層圖形的制作過程中，須對外層之單面進行保護，不但給制作帶來了麻煩，且生產效率低；尤其對于四層板會產生板面翹曲等問題?，F普遍采用銅箔的復合層壓技術，每開口可壓制2~3塊，提高了生產效率，也從根本上解決了四層板制作中的板面翹曲問題。(若采用后定位系統進行層壓，盡管還是采用相同的壓機，由于不采用笨重的模具，原壓機每開口甚至可壓制6塊多層板。)下面僅就采用銅箔的復合層壓技術進行簡單介紹。
??? (1)半固化片準備
??? 半固化片由杭州臨安國際層壓板材有限公司提供。規格參見表2。
表 2 半固化片（PREPREG）
型 號 ?樹脂含量%?凝膠化時間（s）?流動度%?厚度（mm）
1080?62±5 ?140±20? 38±5 ?0.06~0.07
?2116?52±4?140±20?30±5?0.10~0.11

??? [注]半固化片準備注意事項：
??? ①在清潔無塵的環境，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凡半固化片上出現有纖維折斷、大顆粒膠狀物、雜質等缺陷的應予剔除，操作應戴清潔的細紗手套，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致痕癢或過敏。同時，應避免樹脂粉進入眼睛；
??? ⑤裁切加工好的半固化片，應及時放于1×10-1乇以上的真空柜中，排除揮發份及潮濕，禁止放入烘箱或冰箱保存與去濕，防止老化、粘結。在真空存貯柜中排濕應大于48小時；
??? ⑥對新到半固化片應進行性能測定。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，它與產品質量密切相關，是工藝參數確定的基礎。有關性能測定方法和計算，詳見質量控制部分。
??? (2)內層單片的黑化及干燥
??? ①內層印制板黑化工藝流程
??? 上板→除油→水洗→水洗→微蝕→二級逆流水洗→預浸→黑化→水洗→水洗→還原→熱水洗→水洗→下板
??? ②采用安美特公司提供之黑化溶液；
??? ③微蝕速率控制范圍：1．0—2．0μm／cycle。方法參見質量控制部分；
??? ④黑化稱重控制范圍：0．2—0．35mg/cm2。方法參見質量控制部分；
??? ⑤外觀干燥后，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，抗剝強度應在2．0N／mm以上；
??? ⑦黑化后的單片用掛鉤吊掛于電熱恒溫干燥箱中，90~100℃，烘干去濕至少60分鐘。
??? (3)裝模前的其它要求
??? ①新領的壓模應用汽油將保護油脂清洗干凈，在用的模具應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，防止流出的環氧樹脂與壓模粘結，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電爐板應墊以10層左右的牛皮紙，一方面為傳熱緩沖層，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，應有相應措施，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應根據內層單片的總厚度、產品設計厚度要求或工藝卡片標注的工藝要求、壓制時所實際采用的半固化片型號、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象)；
??? ⑥對于重量較大的模具，進出模時防止砸傷。
??? (4)入模預壓
??? 入模預壓之前，壓機應先升溫至175±2℃，以保證入模后立即開始層壓。
??? ①100T PHI壓機：
??? 預壓壓力：0．8~1．5Mpa(8~15公斤／平方厘米)，時間：4~8分鐘；
??? ②140T真空壓機(OEM公司)：
??? 預壓壓力：0．56~0．7Mpa(80~100磅／平方英寸)，時間：7~8分鐘；
??? 預壓后擠氣1分鐘；
??? ③入模后施加的預壓壓力，大小一般由半固化片情況決定。當半固化片流動度降低時，可適當加大預壓壓力。
??? ④預壓階段時間受半固化片的特性、層壓溫度、緩沖紙厚度、印制板層數和印制板的大小影響。
??? 如果預壓周期太短，即過早地施全壓，會造成樹脂流失過多，嚴重時會缺膠、分層；如果預壓周期太長，即施全壓太晚，層間空氣和揮發份排除的不徹底，間隙未被樹脂充滿，便會在多層板內產生氣泡等缺陷。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，應縮短預壓時間，甚至直接進行全壓操作。
??? 總之，由于預壓周期與半固化片的特性關系甚密，預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檢的基礎上，對預壓周期進行適當的調整，方可正式投入生產。
??? (5)施全壓及保溫保壓
??? 預壓結束后，在保持溫度不變的前提下，進行轉壓施全壓操作。并按工藝參數要求進行保溫保壓。
??? ①100T PHI壓機：
??? 全壓壓力：1．5~3．0Mpa(15~30公斤／平方厘米)，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壓力轉換采用高溫轉換方式。即當半固化片溫度升到115~125℃時，由預壓轉為全壓。
??? (6)降溫保全壓(冷壓)
??? 全壓及保溫保壓操作結束后，可采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，呈不規則流涎的狀態，厚度也不一致，為保證后道打孔，應用剪床切去廢邊，切至坯料邊緣，但不能破壞定位孔；
??? ②當板面出現扭曲或弓曲的不平整現象，應校平處理，使翹曲量控制在對角線的0．5％范圍之內。
??? (9)打印編號
??? 經壓制后的多層印制板半成品，兩外層為銅箔，為防止混淆，應及時用鋼印字符在產品輪廓之外的坯料上打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
??? 將板放入電熱恒溫干燥箱中，加熱到140℃并保持4小時。
??? 2.2 后定位系統層壓工藝技術
??? 2.2.1 后定位系統簡介
??? 采用后定位系統進行多層印制板的生產時，無需多層定位設備，直接使用銅箔和半固化片。與全部采用覆銅箔基材來進行多層板的生產相比，除了省去多層板定位設備外，還可節省制作內層線路時對外層的保護干膜和生產操作量；此外，能充分利用基材和設備，增加壓機每開口中之壓板數量，提高生產效率。
??? 具體做法是：(1)于每內層圖形邊框線外，按工藝要求添加三孔定位孔標記；
??? (2)在內層圖形邊框線外四角處，按工藝要求添加工具孔標記；
??? (3)制作內層圖形，并于四角處沖制工具孔；
??? (4)進行內層單片的黑化處理；
??? (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。
??? 2．2．2 后定位系統層壓工藝流程
??? 裁切半固化片 → 內層單片黑化 → 內層預排板 → 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 → 質量檢驗
??? (1) 裁切半固化片
??? 將成卷之半固化片按工藝規定之尺寸要求，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，并保持樹脂布干燥；
??? 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產。
??? (2)內層單片黑化
??? ①內層單片黑化采用：除油→微蝕→預浸→黑化→后浸之工藝流程；
??? ②采用Mac Dermid公司提供之黑化藥水；
??? ③黑化后板之烘干條件為：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為48小時。
??? (3)內層預排板
??? 六層及以上層數之多層板需進行該項操作。
??? ①按工藝指示選取內層黑化單片間之半固化片種類和數量；
??? ②按單片工具孔位置于半固化片上沖制相應之圓孔；
??? ③將黑化單片及中間夾層之半固化片于工具孔位置，采用專用鉚釘進行鉚接；
??? ④上述操作需在凈化間內進行，且需進行溫、濕度控制。
??? (4)排板
??? 將經黑化處理的四層板或經預排板后之六層及以上板，按工藝規定之排板方式及對半固化片數量與尺寸和外層銅箔之要求，排成一BOOK。
??? ①將底板和規定數量之牛皮紙，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：(也有預先清潔鋼板及銅箔，并采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將內層板放在樹脂布上，消除可能粘附于內層板上之雜物(由于采用拼板操作，需按工藝要求進行內層板之排列)；
??? ⑦將半固化片置于內層板上(放置前須先進行翻轉)；
??? 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重復進行④至⑩操作，直至完成工藝規定之每BOOK層壓多層板之數量；
??? ⑿將所需數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
??? 采用程序升溫，通過預壓經轉壓直至高壓的層壓模式。所用壓機為800T真空層壓機，配置為兩臺熱壓機、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根據工藝規定之層壓參數，用模擬程序進行調較壓力；
??? 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將熱壓完成之板轉至冷壓機中，調校壓力至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為90分鐘。
??? ⑦整個層壓過程，需有自動繪制溫度曲線儀，此外尚需記錄有關壓板資料，便于質量追蹤。參見下表3。

表 3 層壓過程參數記錄
層壓前檢查記錄
日期/班次?壓機號 ?程序號?入板前爐溫檢查（要求：160±5℃）
早班?A?5?L1?L2?L3?L4?L5?L6?L7
　?　?　?158 ?161?162?160?160?159?160
層壓過程記錄
初段壓板?末段壓板
入爐時間?7：16?轉壓時間?7：54
初段壓力?15kg/cm2?末段壓力?76kg/cm2
真空壓力?63mmHG?出爐時間?9：36
轉壓報警狀況：正常

??? （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②—③操作，直至拆除所有板。
??? (7)點孔劃線
??? ①參照工藝規定的排板方式，用不脫色水筆點出每板之三個定位孔位置；
??? ②用鉛筆及相應板號之模版，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。
??? 也可預先制作該板號之外形框架，將其置于板上進行下料。(可提高生產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，避免混板的現象發生。(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
??? 使板料收縮情況穩定，消除冷壓所未能去除之內應力，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烘板時間為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，進行三個定位孔的制作。(分半自動和全自動打靶機。)