多层板压合技术介绍课件.ppt

1、前言:對於多層板PCB廠而言,壓合是最重要的一道工程,但生產中亦有許多問題值得研究、探討,例如:白邊白角、織紋顯露、氣泡、分層、銅箔皺褶、板翹、厚度分佈不均、墊傷、尺寸變化 等等。壓合異常一般均對係對基材、基板的特性不熟悉及不當管理所造成。A.A.基材一般物性介紹基材一般物性介紹 NP-140B (for ref)基材二個主要功能:1.粘合內層板與銅箔(for Bonding)2.PCB厚度要求(結構設計)品質管制:1.R.C%管制2.流變特性(RHEOLOGY)a.樹脂流量(scale Flow)b.樹脂流量粘度SPEC RC%+/-3RF%+/-5GT%+/-25”V.C%VISCOSIT

2、YTHICKNESS AFTER PRESS76287628HR211615062112108110643505048606268202825253535451301301301301301301300.75REF.7.1mil+/-0.88.0mil+/-0.84.1mil+/-0.85.7mil+/-0.83.0mil+/-0.62.5mil+/-0.61.8mil+/-0.6基材物性檢驗方法基材物性檢驗方法(1)依MIL的規定a.Resin content R.C%=100%b.Resin Flow R.F%=100%壓合條件:壓力15.5kg/cm2 溫度170C 壓合時間10min

3、試片制作:MIL spec 各布種均以size:10cm10cm4pc壓合 IEC spec:size 10cm10cm,sample重20gc.Gel Time 將0.2g樹脂粉末倒在170 C之熱板上,以細竹籤動至樹脂硬化之時間.d.Volatile content(揮發份)測量基材在163 C烘箱中15min之重量損失.樹脂重 樹脂重+玻織布 壓合流出之樹脂重量 原樹脂重+玻織布重基材的貯存與運送基材的貯存與運送1.貯存條件 在溫度70F、相對濕度50%以下,基材可保存3個月.2.包裝 最好保持原包裝方式存放,若因考量空間需將外箱拆除建義仍需保持基材外覆保護膠 膜完整,以避免水氣攻擊及碰

4、傷.3.裁切下料 建義基材自冷藏室移出后,最好放置一日使其溫度平衡,可避免溫度過大使水氣凝結 在基材表面,造成物性劣化,易產生爆板分層現象.4.除濕箱的使用考量 許多PCB廠商會將基材放入除除箱中將基材表面水份除去,但實際上要濕度控制在 20%HR以下有其困難,故實用性值得考量.5.如何處理未用完基材 一般在Lay-up之后均會有少部份基材未用完,建義用PE袋包好以膠帶密封防止水氯入,使基材物性劣化.*基材吸濕會造成基材FLOW變大,流膠中含有大量白霧狀氯泡.最好以標籤記下再貯存日期、批號、數量、規格等資料貼在未用完之基材上,盡量在 2周內投用完畢.B.B.壓力機壓力機(包含熱壓及冷壓機包含熱

5、壓及冷壓機)熱盤的平行度及平坦度 定期作壓力分段校正.方法1.鉛片 2.感壓紙絕緣管理 熱盤之絕緣板,建義以一年為週期作更換.承載盤管理 平坦度 清潔度緩衝材使用 1.牛皮紙張數及使用次數之管制 2.緩衝墊(Polyamide-Polyamide Rubber)使用次數之管制.壓合機之種類壓合機之種類1.HYDRAULIC WITH VACUUM CHAMBER.2.CEDAL PRESS.3.AUTO-CLAVE VACUUM CHAMBER.TYPE1.TYPE2.TYPE3.MAJORITY NEW DEVLOPE LESS(3 M/C IN TAIWAN)OPERATIONEASYNO

6、T EASYNOT EASYHEATINGMETHODELECTEICAL OILSTEAMHOT WATER DIRECT ELECTRICNITROGENPRESSUREKG/CM2251215TIME(min)120 13040 50150 THE KEY ELEMENTS FOR LAMINATIONC.PRESS CONDITION A.RAW MATERIAL TEMPERATURE PRDPREGPREDDURE VACUUMDEGREE COPPER GOOD LAMINATION CARRIER HOT PRESS CUSHION COLD PRESSD.ACCESSORY

7、MATERIA B.MACHINEC.PRESS CONDITIONC.PRESS CONDITION (OPTIMSE PRESS PARAMTER)(a)壓合溫度曲線 (1)升溫速率:1.5 2.0/MIN 實際基材升溫曲線70 140之間 (2)硬化溫度:180or1851hr Difunction(160、30 )實際基材料溫 Multifunction(170、30 )(3)冷卻程序約3/MIN(b)壓合壓力曲線 (1)KISS PRESSURE(BEGINNING):5KG/C20MIN 內層約5560 以基材料溫 外層約8090 (2)第二段壓力:2025KG/CM2(280ps

8、i360psi)(3)冷卻壓力:Kiss Pressure 5 kg/cm2 TEMP PRESSURE TIME(C)真空度:BELOW 30TORR.ACTUAL PCB PRESS CYCLE 200 150 100 50 5 kg/cm2 5 kg/cm2 CYCLE TIME:135minsRAMP :1.51.8/min,70140STACK :10LAYERKRAFTPAPER:161g/m2127330kg/cm225kg/cm220kg/cm215kg/cm210kg/cm25kg/cm273185 131585 140 15590 97 20 kg/cm2 壓合反應機構壓合

9、反應機構(實際料溫實際料溫)第一階段溫度第一階段溫度LAMINATELAMINATE (1)溫度70120 (2)樹脂熔融及氣泡趕出 (3)樹脂半反應 第二階段溫度第二階段溫度LAMINATELAMINATE (1)溫度120170+170 30MIN (2)溫度迅速上昇及樹脂硬化反應完全 RESINSQUEEZE OUTD.D.壓合異常項目及原因壓合異常項目及原因:(a)(a)滑動滑動3.壓力傳送不平均 1.基材品質 熱盤平行度 黏度過低承載盤厚度不均 高樹脂含量基材 鋼板厚度不平均 結構不適當 SLIPPAG 滑動 樹脂含量不平均 壓力過高 疊合層數過高 對準度不良 承載盤擋框 升溫速率過

10、快 4.其他 2.管理 (b)(b)白邊白角白邊白角 壓力不當 滑動 對準度不當 樹脂流膠過大 熱盤彎曲 白邊白角 升溫速度過慢 基材G.T.過低 基材潤濕流動不良 25kg/cm2HOT PLATENPRESSUREGRADIENT 1kg/cm212389101 BOOKWHITECORNERWHITEEDGEHOT PLATEN(C)RESIN STARVATION (C)RESIN STARVATION MICROVOIDSMICROVOIDS 基材品質 G.T.低 基材缺膠 升溫速率慢 濕氣 緩衝材不良 壓力過低 內層板銅箔較厚(2OZ)其他(d)織紋顯露緩衝材不良造成壓力不均,形成

11、void殘留於基材玻織束之間.流膠不適當,造成多層板結構表層樹脂(Butter Coat)不足.剝錫鉛制程不良造成表層樹脂被蝕掉基材黏度高造成void殘留於玻織束之間 NORMAL ABNORMALNORMAL ABNORMALSTARV ATIONMICROVOIDSMICROVOIDS BUTTERCOATWARP DIRECTIONFILL DIRECTIONe.e.尺寸變化尺寸變化STANDARDRILI D POINT DRILL PREPREG RING BROKENCOREPREPREGLAYER1.LAYER2.LAYER3.LAYER4.THE CORETHE CORE尺寸變

12、化因結構及壓合程序不同而不同 內層板於壓合后會收縮,因此內層板之底片須設一放大被償量,以便壓合後內層板收縮至目標值.對準度控制要點 1.內層板尺寸變化須穩定(標準差小).2.內層板經緯變化程度不一,須設定不同補償量.3.壓合條件之升溫速率及壓力須作穩定之控制.建義尺寸變化補償量(僅供參考)WARP FILL 4LAYER 200400 150300(PPM)6LAYER 300500 200400 8LAYER 300500 200400 10LAYER 400600 200500以上數據系取決於:1.多層板之結構及內層板之結構.2.內層板殘銅率.3.壓合條件.(f)WARP(f)WARP T

13、WIST(TWIST(板翹板翹)流膠量大造成之應力 結構組織不對稱 玻織布結構之一致性 冷卻速率過大(包含:冷壓過程及噴錫制程),烘烤可矯正 厚度分佈不平均E.E.壓合后品質評估壓合后品質評估 1.白邊白角織紋顯露 2.板邊流膠情況建義在1CM以內 3.剝離強度 4.厚度分佈 5.Tg:5(DSC測試)6.耐熱性(288 solder test)7.吸水率MLBMLB壓合品質及異常處理壓合品質及異常處理1.PCB一般在其廠內評壓合后板材物性項目如下:(1)板厚分佈 (2)銅箔peeling測試 (3)焊錫耐熱性-288 solder dipping 10sec3cycles2.PCB壓合異常討

14、論 異常項目可能原因確認事項(1)LAY-UP段 分層 a.內層板面污染 b.內層板吸濕 c.P/P吸濕 d.內層板黑化不良操作人員誤觸內層板面,一般可發現有指紋印Test TgTest Tg,確認壓合流膠是否過大確認黑化顏色是否不均 板翹 a.P/P翻面其中一層 b.P/P轉向使用 c.混用他廠P/P確認上、下層P/P緯歪是否方一致(2)環境 分層 a.壓合及P/P、內層貯存環 境濕度偏高 b.lay-up及入料上太間隔 時間是否過長確認有無空調、溫度記綠器是否有吸顯可能(3)壓合 流膠過大 a.P/P是否過期吸濕 b.壓合升溫速率過快 c.P/P之RC%及GT d.壓合壓力 確認P/PLO

15、T NO.及流膠是否呈白霧化測料溫、確認壓合程式、牛皮紙張數及使用次數a.是否誤用HR P/Pb.P/PVIS及GT是否使用過高壓力3.處理異常注意事項(1)查明投用P/P、內層板之LOT NO.-供追溯制程條件(2)異常MLB之組成、數量及壓合時間-確認異常量及異常品處理方式(3)取得SAMPLE先confirm是否為南亞材(走UV光確認)再進行其他物性分析-確定異常責任 厚度不符a.誤用P/P種類b.P/P張數錯誤切片或燒掉樹脂確認布種切片確認 板翹a.冷卻速率過快烘烤確認是否可恢復平坦 分層Curing 不足Test Tg,確認壓合條件 外層銅皺a.銅箔handing不當b.P/P升溫過

16、快確認操作人員動作a.加牛皮紙b.加大壓力 白邊、白角 a.各層對齊度不佳b.使用不當的 cushion materail c.Flow過大確認對齊方式、動作使用V-board或其他類似材料確認P/P VIS、GT 單張P/P全面織紋使用over-curing P/P追查異常含浸批P/P是否有停機記綠 緯向織紋P/P黏度過高確認P/P動黏度板翹成因及改善對策板翹成因及改善對策一、前言 隨著PCB組裝技術的進步，如SMT技術的大量應用，為滿足SMD零件安裝的精確度與自動線的操作，自然地對基板的板翹要求水準也愈來愈高，本文即分別對造成基板與多層板板翹原因做一介紹，並提供一些改善對策做為處理參與。二

17、、基板部份 板翹是如何形成的呢？若仔細觀察，板翹是一种變形現象，簡單地說就是某种“應力”在做怪，依本廠實際的生產經驗對造成板翹的原因做一說明：1、玻纖布的緯紗歪斜狀況 玻纖布與繹樹脂，銅箔構成基板，玻纖布扮演著補強材料的角色，若緯紗歪斜過於嚴重，將造成基板內部結構應力的不均勻，這是不治之症，籍由重烘，壓平後處理亦無法改善。2、玻纖布經、緯張力的均勻度及經、緯紗組織均勻度 玻纖布在生產過程，會經過整經、漿紗、織布等制程，經、緯紗的張力控制是否均勻，影響成品布內部的殘留應力分佈，基板在受高熱時，這些應力即會釋放，若應力分佈不均，就會造成板翹現象，另外，經、緯紗組織均勻度亦會影響基板內部組成比例是否

18、均一，若相差太大均勻性不佳，基板經高熱也會因膨脹收縮不一致而形成板翹。3、板厚均勻度控制 板厚均勻性可由下列因素控制：(1)P/P 基板反應性 由動粘度控制在適當範圍使熱壓時流膠均勻，使板中與板邊厚度差異不大，減少內部應力。(2)熱壓機升溫速率 不可太快，否則會造成P/P樹脂粘度變低，使板翹、板角流膠加大，造成板厚不均，易形成板翹。(3)壓合壓力儘可能降低壓力，如以真空壓合機取代非真空壓合機，壓力大幅下降，可使板中、邊厚度均勻一致。4、基板內應力的消除研究 (1)玻纖布內應力減少 在生產過程中透過各段張力控制，使經、緯紗所受的張力均勻一致，以減少內應力此外可籍一特殊處理工程，將紗束間的張力降低

19、，可改善彎緯現象。(2)全壓壓力降低籍著真空壓合，所施壓力小，內應力自然小，板翹狀況自然也會改善。(3)熱壓降溫速率慢籍著二段式降溫方式，減緩降溫速率，以消除板內應力。三、多層板部份 PCB多層板板翹的成因較復雜，上述基板部份所述內容多可引用至這部份，另外再歸納出下列幾項原因，以供參考。1、板子內部應力 如果內層板本身平坦度不佳或P/P緯歪不良，在壓合後可能板翹不明顯，但若經過溫度超過材料Tg以上的熱震盪，內部應力就會釋放，形成板翹。2、P/P內應力及反應性 P/P在含浸生產時若受不當應力拉伸，內部即存有不均勻應力，此外壓合時P/P的反應流膠過大或不足均會造成P/P與P/P或core存在層間剪

20、應力，成品一經高溫即會造成板翹，故P/P反應性與壓合條件適當匹配，對板翹改善相當重要。3、板子外部應力 此种狀況是發生在壓合後的各种制程，如鑽孔、電鍍、烘烤、噴錫等工程，一般而言其板翹發生原因與操作不當、不合適的設備有關，在這此工程中，若外界施予基板不當的機械應力即會造成板翹。4、結構應力 此种應力成因於多層板疊合時，內層板與P/P基材不當的搭配，如A.P/P經、緯紗方向交錯。B.4層板組織結構不同，板翹亦有不同的結果。依客戶過去的使用經驗，若用0.77 1/1+(7628/7628)*2此种組成，板翹比例會偏高；若改為0.9 1/1+(7628/2116)*2此种組成，則可改善板翹問題，這是

21、因為7628佈紗束較粗，應力較大，且組織均勻性較差，相對地，2116布紗束絞細，組織、應力較均勻，對板翹的影響自然較少，另外core較厚，平坦度較佳，對權翹改善亦有正面效果。四、討倫 下面將板彎成因與改善方法彙總成表，以供參考類 別現 象原 因 說 明處 理 方 法1.板翹(warpage)彎曲情形隨發生原因不同而異(1)機械應力一般是基板烘烤過程中，基板變軟同時受到外力而彎曲變形(1)將板子烘烤即軟化(料溫125 )再予重壓壓平即可(2)結構應力P/P 與內層板之組織不對稱或 P/P 緯歪嚴重(2)無法改善2.板扭(twist)呈雙向彎曲 不當熱應力造成基板烘烤時，板溫超過125 ，樹脂分子結構鬆弛，基板呈軟化狀態，此時冷卻速度太快(72.5/分)致使內外分子收縮不一致，而致使熱應力在板內，基板呈現板扭板扭是因為冷卻速率太快所致，故只要將基板平放於板架上(不須重壓)，予以加熱使料溫達125 ，再緩緩降溫，即可消除應力