層壓疊板平整性研究

幸銳敏 林 葉 崔懷磊

（深南電路科技有限公司，廣東 深圳 518000）

1 前言

在高多層線路板中影響內(nèi)層對(duì)位精度的因子很多，如：芯板間的漲縮差異，內(nèi)層圖形的對(duì)位精度，內(nèi)層沖槽的對(duì)位精度，層壓的對(duì)位精度等。對(duì)于0.1 mm的BGA孔線間距，孔位精度偏差需預(yù)留0.038 mm，芯板間漲縮偏差很小可忽略，內(nèi)層圖形使用LDI可以控制在0.025 mm內(nèi)，那么留給層壓（包括內(nèi)層沖槽）的對(duì)位精度控制就只有0.038 mm內(nèi)，這對(duì)于目前層壓0.075 mm的對(duì)位精度控制來(lái)說是一種挑戰(zhàn)。

高多層板芯板間PP一般只有1或2張，如此我們不必?fù)?dān)心因樹脂含量過多而滑板；目前研究表明：升溫速率控制在2 ℃/min ～ 4 ℃/min，牛皮紙數(shù)量在16張～24張，均未對(duì)層壓對(duì)位精度有明顯影響。

業(yè)界對(duì)層壓對(duì)位精度從0.075 mm提升至0.038 mm主要集中于兩方面，一是層壓定位孔的對(duì)位精度，二是層壓的疊層操作。

層壓定位孔坐標(biāo)的準(zhǔn)確度要求沖孔精度控制在0.025 mm內(nèi)。這里的精度包括2個(gè)方面：一是沖孔沖出來(lái)的位置坐標(biāo)與CAM值的偏差，這個(gè)坐標(biāo)包括X方向與Y方向，一般要求偏差在±0.025 mm內(nèi)；二是重復(fù)對(duì)位精度，即每次沖出來(lái)的孔之間的相對(duì)坐標(biāo)的差異，偏差控制在0.02 mm。實(shí)際上，重復(fù)對(duì)位精度是最重要的，因?yàn)樾景逭w往同一個(gè)方向偏移抵消了芯板本身的偏移差異。

層壓前的疊層操作是最容易忽略的問題，本文通過研究芯板疊層平整性與其受力情況，說明芯板疊層平整與板面均勻受力對(duì)解決層壓高對(duì)位精度的重要性。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 板件信息

板件拼板尺寸：406 mm×457 mm；層壓板厚3.3 mm，層數(shù)：34層，最小孔0.15 mm；

層壓定位方式：接合+銷釘；其中板四周設(shè)計(jì)同心圓，同心圓間距為0.0625 mm。

2.2 實(shí)驗(yàn)流程

下料→內(nèi)層圖形→內(nèi)層蝕刻→內(nèi)層檢驗(yàn)→內(nèi)層沖孔→棕化→疊板→層壓→銑邊→鉆孔→烘板→去鉆污→沉銅→電鍍→樹脂塞孔→鏟平刷板→微蝕→鏟平刷板→沉銅→電鍍→外層圖形→電鍍硬金→外層堿蝕→外層檢驗(yàn)→阻焊→字符→外形→電測(cè)→成品檢驗(yàn)→包裝

2.3 疊層設(shè)計(jì)

芯板介質(zhì)層厚度80μm，銅箔厚度17.1μm，中間均使用2113的半固化片。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

我們首先實(shí)驗(yàn)了一批板件，驗(yàn)證生產(chǎn)中疊層操作容易出現(xiàn)的2種操作異常，如下分析：

3.1 疊層傾斜

如圖1所示為邦定操作中容易出現(xiàn)的問題：芯板一邊先套入PIN定位孔，另一邊后套入。

圖1 疊層傾斜示意圖

芯板上層壓定位孔中心距離是固定的，“邦定”工具板尺寸也是按此調(diào)節(jié)，由于定位孔開大0.025 mm ～ 0.05 mm，當(dāng)芯板水平放入時(shí)，可以較為輕松的套入PIN釘內(nèi)，也不會(huì)引起定位孔破損。

實(shí)際操作中，由于PIN孔對(duì)位好需要花費(fèi)一些時(shí)間，員工為提高效率，往往出現(xiàn)芯板一側(cè)已經(jīng)插入，另一側(cè)敲擠進(jìn)去的情況，特別是大尺寸板件，如此芯板放入PIN都會(huì)有一定角度的傾斜， 如表1所示芯板放置偏離角度引起的水平距離偏差。

表1

我們看到，當(dāng)芯板傾斜角度偏差達(dá)到2°，水平方向距離達(dá)到36.45μm的偏差，即使定位孔開大0.025 mm，已經(jīng)不可避免對(duì)定位孔造成一定傷害；達(dá)到3°，偏差太大中不可避免出現(xiàn)大力擠壓芯板落入PIN釘內(nèi)，由于芯板水平距離不夠，自然地，PIN釘往外擠壓定位孔，如此，套入的這張芯板層壓后必然出現(xiàn)錯(cuò)位，實(shí)驗(yàn)測(cè)試切片分析，首張芯板偏移近0.1 mm，而其余芯板間偏移不到0.025 mm。

3.2 疊層弓曲

如圖2所示為邦定疊層操作中另一種常見情況，PIN工具尺寸調(diào)節(jié)過小（尺寸過大時(shí)芯板完全套不進(jìn)去），疊層出現(xiàn)局部輕微弓曲。

圖2 疊層弓曲示意圖

邦定疊層操作中可能出現(xiàn)2種情況，一是偏小過多，如偏差值大于0.1 mm，往PIN釘套芯板時(shí)已經(jīng)嚴(yán)重?fù)p傷層壓定位孔；另一種是偏小不大，如0.05 mm ～0.075 mm，定位孔暫時(shí)無(wú)大礙，但疊層局部出現(xiàn)弓曲，邦定好的板件套入壓機(jī)PIN定位孔時(shí)，由于壓機(jī)PIN位置是固定的，那么不可避免的，我們需要用較大外力把疊層板件套入，不可避免的，定位孔再度損傷。層壓后芯板間仍舊不同位置芯板的錯(cuò)位，芯板間最大偏移接近0.075 mm。

多層板的壓機(jī)多數(shù)都采用液壓系統(tǒng)提供各開口的閉合與加壓。即：壓機(jī)頂部的熱盤固定于壓機(jī)的主體結(jié)構(gòu)上，其它各開口的熱盤由液壓系統(tǒng)推動(dòng)閉合與加壓，如圖3所示；常見的PIN壓合工具板，常用于高多層板的壓合，PIN可以確保芯板在層壓過程中不易滑動(dòng)。在壓合受熱過程中，B-階半固化片受高溫后軟化粘度降低，然后流動(dòng)，芯板被壓在一起，疊層中弓曲的情況也不復(fù)存在，代價(jià)就是部分層壓定位孔將被擠壞從而使壓合疊層區(qū)域平整。在PP樹脂含量較少的情況下，流動(dòng)的PP樹脂在均勻重壓下短時(shí)間內(nèi)難以帶動(dòng)芯板移動(dòng)，PP經(jīng)過一段時(shí)間因吸收熱量而發(fā)生聚合反應(yīng)，粘度逐漸增大，逐漸固化成C-階樹脂，芯板已經(jīng)不能移動(dòng)，錯(cuò)位形成。即定位時(shí)錯(cuò)位的情況就是壓合板件的情況。當(dāng)然，PP數(shù)量較多時(shí)由于樹脂間摩擦系數(shù)較小，升溫較快時(shí)容易在受力不均時(shí)促進(jìn)芯板的移動(dòng)。

3.3 疊層平整

基于前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們?cè)诎疃ǒB層操作時(shí)確保了疊層的平整性，綁定后檢查同心圓效果。

板件在上機(jī)時(shí)，確認(rèn)了PIN釘?shù)拇怪毙?，牛皮紙的平整性及疊層上機(jī)的平整性，切片值顯示對(duì)位精度值達(dá)到了0.025 mm。

4 應(yīng)用推廣

疊層的平整性及受力的均勻性這一理念不僅僅應(yīng)用于“接合+銷釘”，對(duì)于其它壓合方式同樣適用，如單獨(dú)使用“銷釘”定位壓合，此樣品為二次壓合的44層板件（20層子板+2張芯板+20層子板，子板壓合使用PIN定位壓合），拼板板件尺寸500 mm×600 mm。板厚6.2 mm，任意層偏位顯示為0.1 mm，而生產(chǎn)中的常見值是大于0.2 mm。

混合定位，如“圓銷+BGA局部定位”，拼板板件尺寸600 mm×660 mm，一次壓合，22層，板厚4.8 mm，如切片所示BGA區(qū)域任意層偏位也只有0.05 mm。

鉚合具有低成本的優(yōu)勢(shì)，但這里有兩個(gè)問題，一是鉚釘預(yù)定位大尺寸板件很難保證芯板都處于平整；二是由于鉚合相對(duì)于芯板來(lái)說是個(gè)受力過程，受力的不均勻，使得芯板一端力過大從而造成定位孔芯板偏移。目前很多公司制定的措施就是圍繞如何平整性與降低受力不均，如邦定+鉚合”，壓合使用MASS LAM方式，這或許是不錯(cuò)的選擇，因?yàn)榻雍系念A(yù)固定一定程度上減弱了鉚合受力不均引起的偏移，垂直鉚合受力不至于使芯板的定位孔偏移，但邦定往往在板厚，尺寸大小有限制，而操作很難保證預(yù)疊的板件能垂直受力，因此對(duì)于高多層板件來(lái)說，鉚合并不是一個(gè)好的選擇。

5 結(jié)論

在層壓對(duì)位精度控制中，除了一直關(guān)注的沖孔設(shè)備精度、定位方式、定位工具板精度，升溫速率等因子外，不可忽視芯板疊層平整性及板件的均勻受力，而這一理念是可以用最低成本實(shí)現(xiàn)層壓高對(duì)位精度要求的路徑，措施如下：（1）首先確認(rèn)設(shè)備、定位工具是合格的，如確認(rèn)PIN釘是否垂直或已經(jīng)受損；（2）疊層平整性方面：不論是壓機(jī)PIN工具板、圓銷工具板或者接合工具板，都要確保疊層時(shí)芯板需要水平放入或者傾斜角度在2度內(nèi)，確保層壓定位孔無(wú)損傷；上壓機(jī)的牛皮紙、隔離鋼板等也必須是水平的，不要有凸出物影響壓合平面的平整性。（3）受力均勻：必須使用鉚合方式時(shí)，采取合理措施使一角的受力不至于過大導(dǎo)致芯板移動(dòng)，如使用“接合+鉚合”等。