多层压合工艺技术

[e-mail]&D纪成光2CompanyConfidential本课程培训的思路本课程讲述的不是理论科学知识，而是一门实用工艺技术，是一门在不断发展变化的技术，既然是一门发展变化的技术，那么我今天所讲的，到了明天有了更先进的技术可能就不是这么一回事了。因此，在学习本课程时，希望各位以怀疑的态度、以辨证的眼光看待我今天所讲的，不要死记硬背一些概念，而是要知道产生这些概念的原理。通过本课程的学习，不光知道该怎么做？更要知道为什么这么做？如果不这么做会有什么风险？还有没有更好的方法？在以后的工作中也是一样，重点要明白为什么这样做？我有没有更好的方法？为达到更好的培训效果，本课程以层压流程为主线，采用“问题导向＋简单例子演绎法”，即在说明一些基本概念的基础上，提出若干问题，然后用实例来说明这些问题中的主要理念、观点和方法。3CompanyConfidential本课程讲了些什么什么是PCB？PCB由哪些材料组成？什么是PCB多层压合工艺？PCB压合方式有哪些？层压材料有哪些？层压流程有哪些？为什么对铜面进行氧化处理？铜面氧化处理有几种方式？原理是什么？预排板的作用？预排板对位方式有哪些？预排对位方式的选择原则？排板的作用？排板结构？各构件作用是什么？压合主要参数有哪些？如何制定压合程序？压合主要缺陷有哪些？如何预防？层压主要设备有哪些？4CompanyConfidential本课程讲了些什么什么是PCB？PCB由哪些材料组成？什么是PCBPCB(PrintedCircuitBoard)，印制电路板或印刷线路板，用以承载电子器件和元件，是电子元器件电气连接的载体。印制电路板由哪些材料组成？印制电路板由导电图形层（铜）、绝缘材料层（环氧树脂等）和增强材料（玻纤布等）组成。我们通常的所说的多少层PCB板，就是以导电图形层（含铜层）数量来定义的，如16层（16L）板，就是指导电图形层有16层。印制电路板的分类？以电路层数分类：单面板（Single-SidedBoard）、双面板（Double-SidedBoard）和多层板（Multi-LayerBoard，三层或三层以上）。以绝缘材料类型分类：刚性板（RigidPCB）、柔性板（FlexiblePCB）和刚挠结合板（刚柔结合板或软硬结合板，R-FPCB）印制电路板还可根据产品工艺特点（如铜/铝基板、背板、HDI板、软硬结合板、埋容/埋阻板、埋铜块板、嵌铜块板、阶梯板、分级分段金手指板等）、产品应用场景（如LED板、通讯板、服务器、光模块、微麦板、高速板等）等进行分类，在此不做一一赘述。奥地利人保罗·爱斯勒（PaulEisler），1936年（29岁），他首先在收音机里采用了印刷电路板。1943年，美国人多将该技术运用于军用收音机，1948年，美国正式认可此发明可用于商业用途。自20世纪50年代中期起，印刷线路板才开始被广泛运用。在PCB出现之前，电子元器件之间的互连都是依托电线直接连接完成的。PCB在哪一年诞生？由谁发明？8CompanyConfidential本课程讲了些什么PCB多层压合工艺？PCB压合方式有哪些？层压材料有哪些？什么是PCB压合工艺PCB（多层）压合工艺是指将铜箔、半固化片和已制作图形的芯板（覆铜板）按一定顺序叠合，然后在高温高压条件下将其粘结为一体。在高温高压条件下，半固化片中的树脂会熔融流动填充芯板图形并将各层粘结在一起。这个过程是树脂由半固化（B阶）向固化（C阶）状态转变的过程，伴随着树脂熔融再冷却固化将各种材料粘结在一起。注意：只有三层或三层以上的PCB才会用到压合工艺，而单面板和双面板无需压合，不会采用压合工艺。PCB压合方式（叠层结构）覆铜板（Core）+P片+铜箔以6层板为例，由两张core+P片+铜箔压合而成。PCB压合方式（叠层结构）覆铜板（Core）+P片+铜箔以6层板为例，由两张core+P片+铜箔压合而成。覆铜板（Core）+P片+覆铜板（Core）以6层板为例，由三张core+P片压合而成。PCB压合方式（叠层结构）覆铜板（Core）+P片+铜箔以6层板为例，由两张core+P片+铜箔压合而成。覆铜板（Core）+P片+覆铜板（Core）以6层板为例，由三张core+P片压合而成。积层压合（BuildupMultilayer）以6层板为例，由一张core两面叠加P片和铜箔经过两次压合而成。•以10层板为例，该板含有通孔、盲孔和埋孔，盲孔为二阶。一个PCB板是否只需一次压合？如何确定压合次数？盲孔（BlindVia）---仅延伸到PCB一个表面的导通孔。埋孔（Buriedhole）---未延伸到PCB表面的导通孔。三次压合第一次：L3/8层压合；第二次：L4/9层压合；第三次：L1/10层压合。通孔盲孔埋孔铜箔---用于制作PCB板的导体线路铜箔类型按制作工艺分类：压延铜箔和电解铜箔关于层压材料的一些基本概念和理论知识电解铜箔（ED铜）通过电化学的方法，将硫酸铜溶液中的铜离子电解出来形成箔状。铜箔断面具有纵向生长的柱状结晶。用这种方法制成的铜箔，一面光滑,称为光面(DrumSide),另一面是粗糙的结晶面,称为毛面(MatteSide)。DrumSideMatteSide光面是印制电路的电路表面，毛面是与PCB基材结合的面关于层压材料的一些基本概念和理论知识电解生产出的初产品(称为毛箔或原箔)，毛箔还不能直接用于生产，需要在毛面的牙尖上瘤化处理，称为Bondingtreatment。瘤化处理两面需做防锈处理。瘤化处理的作用增大铜面的比表面积，增加铜面与树脂的接触面积。增大铜与树脂微细胞之间的配位共价键结合力(又称为范德华力)。瘤化处理的目的增加铜箔与树脂的结合强度，提高PCB板的使用可靠性。压延铜箔是通过碾压锻造的方法加工而成，将铜锭经过多次重复加热辊压，做成箔状。常温下铜箔断面具有横向生长的柱状结晶，退火后结晶体一般会变成无规则排列的块状。其延展性、耐弯折型优于电解铜箔，导电性和表面粗糙度（一般0.1-0.2）比电解铜箔（约1.5）低，价格比电解铜箔高。电解铜箔压延铜箔（HTE铜）关于层压材料的一些基本概念和理论知识电解铜箔类型RTF铜箔（反转铜箔）原箔的光面做粗化处理。VLP（低粗糙度铜箔）STD铜箔HVLP铜箔（超低粗糙度铜箔）VLP铜箔和HVLP铜箔与前两者的区别在于电解原箔上，电解液的添加剂不同，做成的原箔会形成低轮廓或超低轮廓品。经过基本的表面处理后就形成VLP和HVLP箔，性能上主要区别在粗糙度上。铜箔粗糙度毛面RZ光面RASTDN/A≤0.43umLP≤10.2≤0.43umVLP≤5.1≤0.43umHVLP≤3.0≤0.43umRTF无标准，一般≤5.1um/关于层压材料的一些基本概念和理论知识铜箔厚度表示方法铜箔厚度通常有两种表示方法：直接以厚度表示，如18um、35um、70um等。以单位面积的质量表示，如1/2oz/ft2（H）、1oz/ft2、2oz/ft2等，在实际应用中，我们通常直接以1/2oz（或Hoz）、1oz等表示铜箔厚度。两者的等效关系？1/2oz/ft2等效于多少um？以上两种厚度表示的等效关系是：1oz/ft2≈35.7um，2oz/ft2≈71.4um对于芯板，芯板的两面都有铜箔，我们通常以―/―表示芯板两面铜箔的厚度，如H/H，表示芯板两面铜箔厚度为1/2oz。关于层压材料的一些基本概念和理论知识半固化片（P片，Prepreg）半固化片由玻纤布和树脂组成，它是由经过处理的玻纤布浸胶（树脂胶液）后，再经过热处理预烘而成。在这个过程中，树脂由液态（A阶）转变为半固态（B阶）。半固化片有经纬向之分，且经向与纬向的涨缩系数不同，因此，同一PCB板内的半固化片经纬向必须一致，以确保板面平整，防止PCB板受热后各层涨缩系数差异导致的扭曲变形。一般选取经向(玻璃纤维布卷曲的方向)作为PCB板的短边方向，纬向为PCB板的长边方向。树脂树脂是一种热固性高分子聚合物，在覆铜板和半固化片中的作用是绝缘填充和粘结链接。树脂由液态到固态要经历三个阶段变化：液态（A-Stage）-半固态（B-Stage）-固态（C-Stage）。我们通常所称的FR-4环氧树脂是指溴化的丙二酚制成的耐燃性环氧树脂关于层压材料的一些基本概念和理论知识玻纤布玻纤布是半固化片的骨架（定型），决定着PCB板的尺寸稳定性和刚性，它在半固化片制作过程中，并不发生本质的变化。根据玻纤布纺纱中玻璃丝直径和捻线粗细将玻纤布进行分类，常见的玻纤布类型有106、1080、3313、2116、7628等，对于某一覆铜板的半固化片，通常以玻纤布类型表示半固化片类型。一般玻璃丝直径和捻线越粗，刚性越好，抗树脂收缩能力越强，由其组成的PCB板尺寸稳定性越高。由于在形成玻纤布过程中经线方向受到强力拉展，而纬线方向受拉伸作用较小，同时制作半固化片过程中的一系列处理和浸胶、烘烤等过程中经向也受到强力拉伸，导致玻纤布经纬向涨缩不一致，因而由其和树脂形成的覆铜箔板和半固化片也存在经纬向涨缩不一致，覆铜板和半固化片也有了经纬向之分。一般来说，经向尺寸收缩比纬向尺寸收缩要大。玻纤布越粗，抗拉伸作用越强，经纬向的尺寸稳定性越好。关于层压材料的一些基本概念和理论知识玻纤布1061037LD10801078LD76282116关于层压材料的一些基本概念和理论知识半固化片特性树脂含量RC%（Resincontent)：指半固化片中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隙的能力，同时决定压板后的介电层厚度。树脂流量RF%(Resinflow）：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。挥发物含量VC%（volatilecontent）：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。VC%的多少直接影响压板后的品质凝胶时间GelTime（Geltime）：俗称胶化时间，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-阶树脂的一段时间。关于层压材料的一些基本概念和理论知识半固化片特性半固化片的储藏：由于半固化片中的树脂是半固态（B阶）的晶粒状物质，在空气中长时间放置，会发生反应，这样会影响到半固化片应有的性能，所以对半固化片的储藏是有严格要求的（温度、湿度和时间）。GelTime实际上也是RF%的一个体现，GelTime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。GelTime太短，树脂粘度变化太快，时间太短，挥发物产生的气泡不能及时排走导致PCB板内空洞。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。半固化片储藏关于层压材料的一些基本概念和理论知识覆铜板（CCL）覆铜板（覆铜箔层压板，CopperCladLaminate，简称CCL）是在半固化片一面或两面覆以铜箔，经热压固化形成的一种板状材料，它是制作PCB板的基本材料，常称基材或芯板（Core）。覆铜板制作过程中树脂发生了由B阶半固化向C阶固化的转变。覆铜板的尺寸稳定性直接影响PCB板的尺寸稳定性和多层PCB板的层间对准度。关于层压材料的一些基本概念和理论知识覆铜板（CCL）影响覆铜板尺寸稳定性的因素很多，很复杂，综合起来主要有两点：1）覆铜板中树脂的固化程度。在覆铜板制作过程中，B阶树脂会熔融固化向C阶状态转变，在这个过程中树脂会收缩，玻纤布在高温高压下也会发生收缩，在这个过程中覆铜板尺寸会发生变化；另外由于树脂收缩与玻纤布收缩差异以及玻纤布经纬向方向收缩差异导致覆铜板存在内应力，后续加工时内应力释放也会导致尺寸变化。因此，覆铜板在压合多层板以前必须保证树脂完全固化，以防树脂固化不完全发生二次收缩导致覆铜板尺寸变化；同时可对覆铜板进行烘烤