棕化层压工艺规范教材模板.doc
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1、1、目标:规范层压工序制程能力管控。2、范围:适适用于层压工序制程能力管控。3、职责:3.1层压工序工艺工程师按规范要求管控该工序制程能力;3.2技术中心负责该规范编制和更新。4、模块划分:序号规范模块内容1制程目标工序产品能力、设备能力、制程能力、产品类型及工艺步骤2工序资源工序设备物料资源3基础原理工序药水反应机理、设备作用原理4工艺标准工序参数设定标准、生产控制标准及特殊产品要求5工艺维护工序维护保养内容方法和标准6制程监控工序制程监控内容及制程测试方法和标准7制程改善制程状态改善方法和路径8偏差处理规范和生产实际偏差处理方法和路径。5、制程目标5.1产品能力:详见附件三层压工序产品能力
2、参数表5.2设备能力:详见附件二层压工序设备能力参数表5.3制程能力:详见附件四层压工序制程能力参数表5.4产品类型和工艺步骤产品类型工艺制作步骤常规板来板棕化预叠叠合压合X-Ray钻靶铣边出板内层底铜大于等于20Z板,盲孔板、高频板来板棕化烘板预叠叠合压合X-Ray钻靶铣边出板内层过电镀板来板烘板棕化烘板预叠叠合压合X-Ray钻靶铣边出板6、工序资源6.1设备资源:详见附件六层压工序设备列表6.2物料资源:详见附件五层压工序物料列表7、基础原理7.1棕化内层芯板经过棕化处理后,在铜面形成一层均匀棕色有机金属膜,可增强铜面和半固化片结协力,同时在高温压合过程中,阻止铜和半固化片氨基发生反应。产
3、品实现基础原理有药水作用原理、设备作用原理等。7.1.1棕化反应机理7.1.1.1酸洗酸洗关键作用是去除铜表面氧化物,中和残余退膜液,粗化铜面,确保稳定微蚀、成膜及着色。酸洗段关键成份为过硫酸钠(NaPS)、H2SO4。其反应机理以下:Cu+CuO+H2SO4+Na2S2O82CuSO4+Na2SO4+H2O影响酸洗效果原因及影响趋势以下:序号影响原因具体影响1NaPS浓度NaPS浓度是影响酸洗段效果关键影响原因,伴随NaPS浓度增大,微蚀量增大,NaPS浓度过高会影响内层铜厚及线宽控制。2H2SO4浓度H2SO4浓度是影响酸洗效果原因之一,H2SO4浓度过低,酸洗效果不佳会造成棕化不良。3温
4、度依据阿伦尼乌斯方程:lnk=lnA-Ea/RT。其中k为速率常数,Ea为试验活化能,A为指数因子。当温度越高,速率常数越大,反应速率越大。但温度过高,又不利于药水控制和维护。4喷淋压力喷淋压力影响药水交换速率,喷淋压力过低,酸洗效果不佳会造成棕化不良。喷淋压力过高,易损伤板面。5时间除氧化物、微蚀需要一定作用时间,酸洗时间过短,酸洗效果不佳会造成棕化不良。7.1.1.2碱洗碱洗关键作用是去除铜表面油污、手指印、轻微氧化物及抗蚀剂残渣。碱式除油剂关键成份为NaOH和H2O。其反应过程是利用热碱溶液对油脂皂化作用和乳化作用来进行除油。影响碱洗效果原因及趋势以下:序号影响原因具体影响1除油剂浓度除
5、油剂浓度是影响碱洗段效果关键影响原因,除油剂浓度过低,碱洗效果不佳会造成棕化不良。2温度温度对于碱洗段除油效果影响较大,温度升高虽有利于除油剂皂化作用和乳化作用发挥,但随温度升高除油剂本身在高温下挥发而且除油剂中表面活性剂将出现浊点,造成除油效果反而降低。3喷淋压力喷淋压力影响药水交换速率,喷淋压力过低,酸洗效果不佳会造成棕化不良。喷淋压力过高,易损伤板面。4时间除油需要一定作用时间,碱洗时间过短,碱洗效果不佳会造成棕化不良。7.1.1.3水洗棕化线在酸洗、碱洗、棕化以后全部有水洗段,关键目标是去除酸洗、碱洗、棕化缸在板面残留药水,避免污染下一道工序。 影响水洗效果原因及趋势以下:序号影响原因
6、具体影响1DI水电导率水洗用水必需含有一定纯净度,即对电导率有要求,当电导率超出一定范围,则会带来离子污染。2水洗时间水洗需要一定时间去作用,水洗时间不够,则无法去除板面残留药水,从而引发缸和缸之间药水污染。3喷淋压力采取喷淋水洗关键是为了全方面去除板面各个位置残留药水,若水洗压力不妥,则会造成局部区域水洗效果不佳,引发污染。7.1.1.4预浸预浸关键作用是活化铜表面以利于棕化处理快速均匀,增强结协力。预浸段关键成份为活化剂(成份为苯并三唑,乙二醇单异丙基醚和水)。影响预浸效果原因及趋势以下:序号影响原因具体影响1活化剂浓度活化剂浓度是影响预浸段关键影响原因,浓度过低,活化效果不佳会影响后续棕
7、化效果。2温度依据阿伦尼乌斯方程:lnk=lnA-Ea/RT。其中k为速率常数,Ea为试验活化能,A为指数因子。当温度越高,速率常数越大,反应速率越大。但温度过高,又不利于药水控制和维护。3时间预浸活化需要一定作用时间,预浸时间不够,活化效果不佳会影响后续棕化效果。7.1.1.5棕化棕化关键作用是粗化铜面并在铜表面形成一层均匀棕色有机金属转化膜以增强多层板内层结协力。棕化关键成份为苯并三唑、硫酸和水。其反应机理以下:2Cu+H2SO4+H2O2+nA+nBCuSO4+2H2O+CuA+Bn有机物A为:乙二醇单异丙基醚; 其作用机理:1、参与半固化片环氧树脂聚合; 2、和含N杂环化合物B和金属铜
8、形成化学键。杂环化合物B为:苯并三唑 其作用机理:1、和基体铜结合;2、经过有机物A桥键和环氧树脂结合;3、化合物B分子之间经过Cu2+以配位键形式连接,增加了棕化层厚度和平整性。影响棕化效果原因及影响趋势以下:序号影响原因具体影响1H2SO4浓度H2SO4浓度影响微蚀速率和棕化剥离强度,伴随H2SO4浓度增大,微蚀速率增大,H2SO4浓度过低,微蚀速率低,微观粗糙度小,剥离强度低,H2SO4浓度过高,溶液PH值高,不利于棕化膜在铜面沉积。2H2O2浓度H2O2浓度是影响影响微蚀速率、棕化剥离强度关键原因,伴随H2O2浓度增大,微蚀速率增大,H2O2浓度过低,微蚀速率低,微观粗糙度小,剥离强度
9、低,H2O2浓度过高,蚀铜量大,不利于内层铜厚和线宽控制,棕化膜发红,耐化学性下降。3棕化剂浓度棕化剂浓度影响棕化膜质量、棕化剥离强度,伴随棕化剂浓度增大,剥离强度增大,棕化剂浓度过低,棕化膜在铜面覆盖率低,剥离强度低,棕化剂浓度过高,剥离强度不再增大,药水成本增加。序号影响原因具体影响4Cu2+浓度Cu2+浓度影响影响棕化膜质量、棕化剥离强度,Cu2+浓度过低,不利于棕化膜在铜面沉积,所以新开缸时需保留部分原液,保持一定Cu2+浓度;Cu2+浓度过过高,缸底或缸壁析出黑色结晶, 药水消耗量大,成本增加,且剥离强度下降。5温度温度影响微蚀速率,依据阿伦尼乌斯方程:lnk=lnA-Ea/RT。其
10、中k为速率常数,Ea为试验活化能,A为指数因子。当温度越高,速率常数越大,微蚀速率越大。温度过低,微蚀速率低,微观粗糙度小,剥离强度低;温度过高不利于药水控制和维护。6时间棕化时间影响微蚀量和棕化剥离强度,时间过短,微蚀量小,微观粗糙度小,棕化膜不致密,剥离强度低;时间过长,蚀铜量大,不利于内层铜厚和线宽控制,棕化膜发红,耐化学性下降,孔口易形成粉红圈。 7.1.2棕化设备作用原理系统名称作用原理作用缸体/段温控系统确保棕化温度参数正确性酸洗缸、碱洗缸、预浸缸、棕化缸、烘干段过滤系统将药水中杂物、结晶等滤去,预防喷嘴堵塞,同时预防杂物附在板面造成棕化不良酸洗缸、碱洗缸、预浸缸、棕化缸、水洗缸喷
11、淋系统降低板中间和板边、上下板面除氧化物、除油等清洗效果差异酸洗缸、碱洗缸、水洗缸自动添加系统自动控制药水添加,确保药水浓度正确性。其关键有:1、计片添加系统:设定单次药水添加量,依据电眼感应到做板数量添加药水2、比重添加系统:设定比重控制范围,低于比重控制添加点时添加棕化药水酸洗缸、碱洗缸、预浸缸、棕化缸传送系统传送产品关键载体,传送感应电眼还可用于统计过板数量和卡板警报全部缸体 7.2烘板烘板作用关键表现在以下两个方面:对于内层经过电镀板棕化前烘板关键作用为去除水分,此阶段温度和时间能够按参数上限设置。对于棕化后烘板关键作用为去除水分,预防后续层压板因内层芯板吸潮引发分层等缺点;增强棕化膜
12、和半固化片结协力。基础原理有设备作用原理。项目具体内容关键设备烘箱作用1、去除水分;2、增强棕化膜和半固化片结协力。基础原理烘箱经过电能使加热管加热,并经过电机经过风道送风使烘箱内部温度达成均匀。影响原因1、温度:温度偏低,除水效果不好;温度偏高,结协力、耐酸性下降;2、时间:时间偏短,除水效果不好;时间偏长,结协力下降,生产效率降低;3、温度均匀性:均匀性差会造成温度差,产生应力。7.3叠合(含预叠)棕化后需要对内层芯板进行预叠和叠合,预叠是经过邦定或铆合等定位方法把内层芯板、半固化片按ERP叠层结构指示信息固定起来,预防后续压合过程滑动出现层间偏位。铆合方法是经过铆钉将内层芯板、半固化片固
13、定起来,而邦定方法则经过高频电磁波穿透内层铜网,加以邦定头施加热量将半固化片熔合,在一定压力下将内层芯板和半固化片固定在一起,其中邦定方法定位作用强于铆钉铆合方法。对内层芯板比较薄,对位精度要求高板进行预叠时,优先采取邦定+铆合方法生产,而对超出邦定能力范围、对位精度要求不高板则可采取铆合方法生产。叠合是以钢质载板为底盘,放入一定数量缓冲材料,中间一层分离钢板一层预叠板,预叠板和预叠板、钢板和钢板之间上下左右需对准,再放入牛皮纸及盖板即完成一个开口组合。叠合产品实现控制点为层间对位、板面清洁,基础原理有物料作用原理、设备作用原理等。7.3.1物料作用原理7.3.1.1铆钉 铆钉关键作用是完成内
14、层芯板和半固化片固定,预防压合过程出现滑动。影响该作用原因及趋势以下:序号影响原因具体影响1铆钉长度铆钉长度决定铆合开花质量,直接影响层间对位。当铆钉过短,铆合过紧,压合时轻易撑爆铆钉,从而滑板;当铆钉过长,铆合过松,压合时轻易出现层间滑动。2铆钉数量铆钉数量是影响预叠效果关键原因。铆钉数量少时,固定效果差,压合合时轻易滑动。7.3.1.2钢板钢板关键作用在于预防铜箔皱褶凹陷及拆板轻易,影响该作用原因及趋势以下:序号影响原因具体影响1钢板平整度钢板平整度影响层压板厚度均匀性,当钢板平整度不达标时,层压板厚度不均,表面凹凸不平。2钢板洁净度钢板有残胶或污染物时会造成层压板出现压痕。3钢板硬度钢板
15、硬度影响钢板耐磨性能,硬度低,打磨时易磨损变薄从而影响钢板平整度。4钢板膨胀系数钢板X、Y方向膨胀系数需要和铜箔膨胀系数匹配,是引发铜箔起皱关键原因。7.3.1.3缓冲材料 缓冲材料关键作用在于均热均压、防滑。通常缓冲材料为牛皮纸。特殊缓冲材料有如:硅胶片(关键用于冷板压合,其可压缩性、均衡压力、温度性能均优于牛皮纸)、pacopad(用于铝板厚度较大、形状较为复杂冷板压合,可预防局部溢胶过多,其导热性及可压缩性均优于硅胶片)。影响缓冲材料作用(关键为牛皮纸)原因及趋势以下:序号影响原因具体影响1牛皮纸数量牛皮纸数量过少,均热、均压、防滑效果不佳;牛皮纸数量过多,热阻增大,传热速率慢,会影响层
16、压板升温速率和固化温度。2牛皮纸使用次数高温下牛皮纸会逐步失去透气特征,均热、均压效果不佳。新旧牛皮纸按一定百分比搭配使用,使用4次后应停止使用。3牛皮纸厚度/克重牛皮纸克重、厚度越大,热阻增大,传热速率慢,会影响层压板升温速率和固化温度。7.3.1.4蜡布 蜡布关键作用在于清洁铜箔和钢板,避免出现层压杂物和铜箔起皱缺点。蜡布质量不佳,掉蜡在铜箔上,引入新杂物,数次使用后蜡布变脏会影响清洁效果,需立即更换。7.3.2设备作用原理设备名称作用原理影响原因铆钉机利用压缩气体在一定气压下将铆钉打开花,从而完成内层芯板和半固化片铆合。铆合压力是关键影响原因,当压力过小,铆合过松,压合时轻易滑板;当压力
17、过大,铆合过紧,压合时轻易撑爆铆钉,出现滑板。邦定机(P2)利用压缩气体在一定气压下将内层芯板和半固化片压紧,再经过邦定发烧头传输热量将半固化片熔融,使内层芯板和半固化片粘结,其对内层芯板和半固化片固定作用强于铆钉铆合方法。邦定能量影响半固化片和芯板熔合情况,邦定能量过低,粘结效果差压合时轻易滑板,邦定能量过高,邦定位置半固化片固化过分易出现分层缺点。磨钢板机在一定压力下研磨钢板,再经过高压水洗,确保钢板表面平整清洁。关键影响原因是磨板压力(电流控制)和水洗压力,压力过小打磨效果不佳,影响钢板平整度、洁净效果,从而影响到层压板外观;磨板压力过大,会造成钢板划伤及钢板厚度变薄、平整度变差。红外线
18、定位系统确保叠合时每层板均处于相同位置,确保压合时压力、温度均匀性,避免压合时滑板。无影响原因。7.4压合压合是在高温高压条件下利用树脂(半固化阶段)流变行为,完成对内层线路空隙填充,使各线路层粘结在一起,取得多层印制电路板。产品控制为层压板外观、厚度、内层对位精度、热性能、翘曲度,基础原理有物料作用原理、设备作用原理、产品设计影响。7.4.1物料作用原理7.4.1.1半固化片半固化片作用是粘结各层线路层,并起绝缘层作用。其关键成份是树脂、填充物和玻璃纤维布。(1) 树脂是热固性材料,应用到PCB关键有酚醛树脂、环氧树脂、聚四氟乙烯等,现在常见是环氧树脂。环氧树脂是泛指分子中有两个或两个以上环
19、氧基团有机高分子化合物,其环氧基团能够在分子链末端、中间或呈环状结构。因为活泼环氧基团存在,环氧树脂和固化剂在一定条件下发生固化反应,生成立体网状结构产物,从而显现出多种优良性能。最常见环氧树脂是由溴化丙二酚制成耐燃性环氧树脂,称为FR-4环氧树脂。其各组分作用:单体:常见有双酚A、环氧氯丙烷等,和固化剂发生交联反应,成为固体聚合物。如双酚A型单体结构以下:固化剂:双氰胺、PN等固化剂,在有促进剂下和树脂发生固化反应。常见固化反应机理以下:双氰胺作为固化剂时:PN作为固化剂时:促进剂:2-甲基咪唑等,加紧单体和固化剂交联反应溶剂:二甲基甲酰胺、丙酮等.(2)填充物:碳酸钙、氢氧化铝等,其关键作
20、用是增加阻燃效果、调整Tg和CTE值。(3)玻璃纤维布:一个无机物经过高温融合后冷却成一个坚硬非晶态物,然后由经纬纱纵横交织补强材料。通常采取玻璃纤维布均是采取平纹布。相比其它布(如斜纱、锻纹等组织)含有断裂强度大,尺寸稳定性好,不易变形,重量厚度均匀优点。玻璃纤维布基础性能有:经纬纱种类、织布密度、厚度、单位面积重量及断裂强度等。半固化片在压合过程中,存在三个阶段:整个压制升温过程,是B-stage树脂从难以流动粘弹态逐步变为胶凝状改变过程。在这个过程中,树脂于高温下进行熔融和流动,并同时完成对玻璃纤维空隙深入浸润且赶出气泡。树脂流动性逐步增加,伴随分子链不停增加,随即发生交联作用,而伴随交
21、联程度不停增加,它流动性又成指数规律下降,最终达成不再流动固化态。多层板生产中,半固化片必需满足填隙充足,排除空气及挥发物,保留一定介质层厚度,关键影响原因及影响趋势以下:序号影响原因具体影响1树脂含量树脂含量直接决定填隙填胶效果可实现性和压板后介电层厚度,树脂含量低,轻易造成缺胶、分层、白斑;树脂含量高,流动度大,填充性能好,但轻易造成压合过程中层间滑移。2树脂流动度树脂流动度直接决定树脂能否流动到需要填胶区域,树脂流动度低,轻易造成板内留有气泡、分层;树脂流动度高,轻易造成压合过程滑板、白边白角、翘曲及铜箔起皱。3凝胶时间凝胶时间反应树脂固化速度,凝胶时间短,轻易造成板内留有气泡、分层。4
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