多层板压合技术介绍课件.ppt

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.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%VISCOSITYTHICKNESS 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基材物性基材物性檢驗方法檢驗方法(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 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+玻織布重基材的基材的貯存與運送貯存與運送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.壓力機壓力機(包含熱壓及冷壓機包含熱壓及冷壓機)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)OPERATIONEASYNOT 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 MATERIA B.MACHINEC.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(280psi360psi)(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 壓合反應機構壓合反應機構(實際料溫實際料溫)第一階段溫度第一階段溫度LAMINATE (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LAMINATE (1)溫度120170+170 30MIN (2)溫度迅速上昇及樹脂硬化反應完全 RESINSQUEEZE OUTD.壓合異常項目及原因壓合異常項目及原因:(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 升溫速率過快 4.其他 2.管理 (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 MICROVOIDS 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 ABNORMALSTARV ATIONMICROVOIDSMICROVOIDS BUTTERCOATWARP DIRECTIONFILL DIRECTIONe.尺寸變化尺寸變化STANDARDRILI D POINT DRILL PREPREG RING BROKENCOREPREPREGLAYER1.LAYER2.LAYER3.LAYER4.THE CORE尺寸變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 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.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MLB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/PLOT 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動黏度板翹成因及板翹成因及改善對策改善對策一、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、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，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