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壓合課製程介紹壹、目的貳、流程簡介參、壓合概述肆、流程概述壓合製程介紹壹、目的:1.壓合(mass lamination)製程原理說明壓合最主要的目的在於透過"熱與壓力"使P.P結合不同內層板及外層銅箔, 並利用外層銅箔作為外層線路之基地. 而不同之P.P組成搭配不同之內層板材與面銅則可調配出不同規格厚度之線路板.貳、流程簡介:水帄棕化預疊合自動疊合自動迴流線熱壓冷壓自動拆解手動拆解x-Ray鑽靶NC Router自動磨邊1.水帄棕化(brown oxide)使內層銅而產生一保護性氧化層,避免P.P與銅面直接接觸產生化學反應而造成壓合不良.化學清洗水洗預浸棕化1 棕化2 水洗純水洗熱風烘乾2.預疊合(booking)之前置作業頇注意P.P之經緯間頇與基板一至,否則易造成壓合后板彎板翹. 另注意P.P疊置之順序及數量,否則易造成織紋顯露之外觀陷或厚度不符規格.包含:1.層板: (P.P+內層板+P.P) -> 貼膠機;2.六層板以上: (已沖孔P.P+內層板+已沖孔P.P+內層板+已沖孔P.P) -> 鉚釘機3.自動疊合(automatic lay-up)將預疊合好之板材與上銅箔+鋼板及下銅箔+鋼板藉由自動吸取移載裝置疊合在一起.載盤+牛皮紙+鋼板+銅箔+預疊合板+銅箔+鋼板+……約十層4.自動迴流線(automatic circulation)將疊合好之板材依程式設定加上牛皮紙及上蓋板經入料段送入熱壓機熱壓並經冷壓後經出料段送至拆解段自動拆解鋼板及半成品.包含:傳輸段, 台車, 入出料段, 拆解段, 鋼板磨刷, 水洗, 烘乾黏塵段.5.熱壓(hot press)利用循環熱媒油提供熱能加上油壓缸piston提供之壓力在抽真空環境下加熱加壓, 組合好之板材, 使組合中之P.P由b-stage(半固化態)轉化至c-stage(固化態) 進而緊密結合各內層板之板材.6.冷壓(cold press)將已固化之多層板利用循環冷卻水降溫同時加壓防止多層板變形以利後續加工. 7.自動拆解(automatic break down)將半成品與壓合用之鋼板利用自動移載裝置分解.8.手動拆解(manual break down)利用美工刀將full sheet之半成品分解成下製程加工所需之working panel.9.X-RAY鑽靶(target drilling)利用x-ray找出內層定位孔並加以鑽孔以利後續製程之定位加工10.NC Router(contour routing)利用銑刀將板邊流膠部分去除.包含:固定板材之定位pin, 電木板, 下墊板等週邊.11.自動磨邊(automatic edge beveling)利用刀具將板邊修齊帄整.參、壓合概述傳統多層板系為配合眾零件之密集裝配,而在表層之外,向內部開闢更多的佈線空間,發揮眾多資料之迅速處理,因而才有多層板之發展.于是除了將原來雙面上必頇的:“接地”(Ground,Gnd)及:“電壓”(Power,Vcc)等導体面改置于內層外,其他(內層中)還另需布有配合外層零件,所用到的訊號線路層(Signel Layer),這就是傳統多層板原來設計的目的.但自從“美國聯邦通訊委員會”(FCC)宣布自1984年10月以后,所有在美國上市的電子電器品,若有涉及電傳通訊者,或有參與網路邊線者,皆必頇要做好“接地”的工作,以消除各種雜訊(Noise)干擾所帶來的影響.而一般電子裝備或電器品,為提高品質、減少干擾、及穩定電壓等措施起見,也需增加接地及電壓兩個層次.因而形成了四層板在短時間內的大量興起.嚴格說起來這種四面層板,其兩個大銅面內層上并無線路,只有多量蝕去銅后空圓地,以待壓合后制作PTH,提供各IC之腳孔與他零件孔,以及導電孔(Via Hole),以形成絕緣的空環(Clearance).除此之外,還有其他少數IC腳需接大地,基接電壓的“十字形邊接孔”.此種內層與真正內層線路,以帄環(Annular Ring)套接通孔孔壁之方式并不相同.也就是說原有的雙面板多數已升級成為層板,而原來的四層板則再升級為六層板.至于再往高多層次板發展時,則大部份都是一層線路配一層接地而組成的.由于層次增多及線路密集,促成了多層板壓合技術的改進,形成簡單四層板,與高難度高層板之兩極化趨勢.其間所需之各制程處理及机具設備,也逐漸有所不同.在此先就四層板大量興起后,為增加產量降低成本,而引起壓合技術之演變敘述于后:1.1一段壓力(Single Pressre)及多開口(Openning)式的壓床,及壓合法盛行,且壓力也漸提高很多,并實行冷熱分床加速流程.其間雖仍有兩段壓力法,但與早期兩段式壓力已有所不同.1.2部份取消對準固定(Pin),外層改用銅皮,代替原來的單面薄基板當成表層(Cap Sheet)去壓合,與基板(Laminates)之做法相似.1.3製程板面(Panel Size)實行多排版大型化,待完成壓合后,再切開分別進行后續流程,以增加壓合的產量,減少管理麻煩.1.4為應付四層板之廣大數量,其內層板有愈來愈厚的趨勢,以達節省成本及減少變形的目標.且膠片也要求減少流膠保持厚度,甚至邊膠流量之測量理論及方法也隨之革新.但最近由于IC卡的影響,小片薄型的四層板竟然做到20mil以下,可謂又走向另一極端.1.5為了有效抽走內層板中空陷處之空氣,并有效填膠起見,已發展出量產用的全真空二氧化碳壓媒式,進行低氣壓式的艙壓法(Autoclave),及抽空氣與原來油壓式合并的抽壓式(Hydralic Vacuum)壓板法等.1.6影像轉移之方式在綱印、干膜外更采用新式的電著光阻法(E.D.Photoresist).黑化法(Black Oxide)亦改進很多,并有內層蝕刻之自動化.1.7高層化對准系統(Registration)已大幅改進,而內層板亦采用自動光學檢驗(AOI),使8層以下的板子几乎都可使用Mass Lamination法進行量產.肆、流程概述一.水帄棕化：＜brown oxide＞水帄棕化的流程：入料段──化學清洗段──四道溢流水洗段──預浸段──棕化1──棕化2 ──四道溢流水洗段──純水洗段──熱風烘乾段──出料輸送段1化學清洗作用：鹼性清潔劑-R為去除光組殘渣之特效清潔劑，其可去除內層板上之銹斑，氧化物，指紋等異物，使處理後之表面潔淨，活化且易於清洗.操作條件：濃度10 ± 2 ﹪（體積比）溫度53 ± 2 ℃２四道溢流水洗段徹底洗去板面上殘留的藥液以防止污染後續之藥液.３預浸段防止前處理藥劑帶入棕化槽內及活化板面使棕化更容易進行.操作條件：濃度範圍最佳值濃度：100-B 2 ±0.2 ﹪ 2 ﹪100C-50 2 ±0.2 ﹪ 2 ﹪溫度：23℃±2℃４棕化1 & 棕化2提供多層線路板之內層結合，高度信賴性，獨特的有機金屬轉化層製程，其有機金屬轉化層具有良好的粗化表面，使其與環氧樹間具有良好的附著力，同時避免粉紅圈的發生.操作條件：濃度範圍最佳值濃度：100C-50 2.7-3.5 ﹪ 3 ﹪硫酸： 3.8-4.2 ﹪ 4 ﹪銅離子：30 g/l以下溫度：34 ± 2℃二.壓合：＜Mass Lamination＞壓合的流程：預疊合──自動疊合──熱壓──冷壓──自動拆解──半成品手動拆解──X-RAY──N.C. Router──自動磨邊１預疊合&自動疊合進壓合機之前,需將各多層板使用原料準備好,以便疊板(Lay-up)作業.除已氧化處理之內層外,尚需膠片(Prepreg),銅箔(Copper foil),以下就常用P/P敘述其規格種類及作業: 需注意不同供應商之規格不盡相同.P/P(Prepreg)之規格: R/C% R/F% GT sec7628HR 48±3 27±5 165 ±207628 43±3 20±5 165 ±202116 53±3 27±5 165 ±201080 61±3 35±5 165 ±20P/P的選用要考慮下列事項:－絕緣層厚度－內層銅厚－樹脂含量－內層各層殘留銅面積－對稱銅箔規格: 基重g/m^20.5oz(18um) 153±151.0oz(35um) 305±30組合的方法依客戶之規格要求有多種選擇,考量對稱,銅厚,樹脂含量,流量等以最低成本達品質要求:(a)其基本原則是兩銅箔或導體層間的絕緣介質層至少要兩張膠片所組成而且其壓合後之厚度不得低於3.5 mil(已有更尖端板的要求更薄於此)以防銅箔直接壓在玻璃布上形成介電常數太大之絕緣不良情形,而且附著力也不好。
压合制程目的:将铜箔(Copper Foil),胶片(Prepreg)与氧化处理(Oxidation)后的内层线路板,压合成多层基板.内层氧化处理(Black/Brown Oxide Treatment) 氧化反应A. 增加与树脂接触的表面积,加强二者之间的附着力(Adhesion).B. 增加铜面对流动树脂之润湿性,使树脂能流入各死角而在硬化后有更强的抓地力。
C. 在裸铜表面产生一层致密的钝化层(Passivation)以阻绝高温下液态树脂中胺类(Amine)对铜面的影响。
还原反应目的在增加氧化层之抗酸性，并剪短绒毛高度，至恰当水准以使树脂易于填充并能减少粉红圈( pink ring ) 的发生。
黑化及棕化标准配方:表一般配方及其操作条件上表中之亚氯酸钠为主要氧化剂,其余二者为安定剂,其氧化反应式。
此三式是金属铜与亚氯酸钠所释放出的初生态氧，先---生成中间体氧化亚铜----2Cu+[O] →Cu2O,再继续反应成为氧化铜CuO,若反应能彻底到达二价铜的境界,则呈现黑巧克力色之"棕氧化"层,若层膜中尚含有部份一价亚铜时，则呈现无光泽的墨黑色的"黑氧化"层。
制程操作条件( 一般代表),典型氧化流程及条件。
棕化与黑化的比较黑化层因液中存有高碱度而杂有Cu2O,此物容易形成长针状或羽毛状结晶。
此种亚铜之长针在高温下容易折断而大大影响铜与树脂间的附着力,并随流胶而使黑点流散在板中形成电性问题,而且也容易出现水份而形成高热后局部的分层爆板。
棕化层则呈碎石状瘤状结晶贴铜面,其结构紧密无疏孔,与胶片间附着力远超过黑化层,不受高温高压的影响,成为聚亚醯胺多层板必须的制程。
B. 黑化层较厚,经PTH后常会发生粉红圈(Pink ring),这是因PTH中的微蚀或活化或速化液攻入黑化层而将之还原露出原铜色之故。
棕化层则因厚度很薄.较不会生成粉红圈。
内层基板铜箔毛面经锌化处理与底材抓的很牢。
但光面的黑化层却容易受酸液之侧攻，而现出铜之原色,见图5.2.C. 黑化因结晶较长厚度较厚故其覆盖性比棕化要好,一般铜面的瑕疪较容易盖过去而能得到色泽均匀的外表。
棕化则常因铜面前处理不够完美而出现斑驳不齐的外观,常不为品管人员所认同。
不过处理时间长或温度高一些会比较均匀。
事实上此种外观之不均匀并不会影响其优良之剥离强度(Peel Strength).一般商品常加有厚度仰制剂(Self-Limiting)及防止红圈之封护剂(Sealer)使能耐酸等,则棕化之性能会更形突出。
制程说明内层板完成蚀刻后需用碱液除去干膜或油墨阻剂,经烘干后要做检修,测试,之后才进入氧化制程。
此制程主要有碱洗、酸浸,微蚀、预浸、氧化,还原,抗氧化及后清洗吹干等步骤,现分述于后:A. 碱性清洗- 也有使用酸洗.市售有多种专业的化药,能清除手指纹、油脂,或有机物。
B. 酸浸-调整板面PH,若之前为酸洗,则可跳过此步骤.C. 微蚀- 微蚀主要目的是蚀出铜箔之柱状结晶组织(grain structure)来增加表面积,增加氧化后对胶片的抓地力。
通常此一微蚀深度以50-70微英吋为宜。
微蚀对棕化层的颜色均匀上非常重要,D. 预浸中和- 板子经彻底水洗后,在进入高温强碱之氧化处理前宜先做板面调整,使新鲜的铜面生成- 暗红色的预处理,并能检查到是否仍有残膜未除尽的亮点存在。
E. 氧化处理-市售的商品多分为两液,其一为氧化剂常含以亚氯酸钠为主,另一为氢氧化钠及添加物,使用时按比例调配加水加温即可。
通常氢氧化钠在高温及搅动下容易与空气中的二氧化碳形成碳酸钠而显现出消耗很多的情况,因碱度的降低常使棕化的颜色变浅或不均匀,宜分析及补充其不足。
温度的均匀性也是影响颜色原因之一,加热器不能用石英,因高温强碱会使硅化物溶解。
操作时最好让槽液能合理的流动及交换。
F. 还原－此步骤的应用影响后面压合成败.G. 抗氧化－此步骤能让板子的信赖度更好,但视产品层次,不一定都有此步骤.H. 后清洗及干燥-要将完成处理的板子立即浸入热水清洗,以防止残留药液在空气中干涸在板面上而不易洗掉,经热水彻底洗净后,才真正完工。
设备氧化处理并非制程中最大的瓶颈,大部分仍用传统的浸槽式独臂或龙门吊车的输送。
所建立的槽液无需太大量,以便于更换或补充,建槽材料以CPVC或PP 都可以。
水平连续自动输送的处理方式,对于薄板很适合,可解决板弯翘的情形.水平方式可分为喷液法(Spray)及溢流法(Flood),前者的设备昂贵,温度控制不易,又因大量与空气混合造成更容易沉淀的现象,为缩短板子在喷室停留的时间,氧化液中多加有加速剂(Accelerator)使得槽液不够稳定.溢流法使用者较多.氧化线生产品质控制重点A.检测方法及管制范围a.氧化量(o/w)之测定〔管制范围：0.3±0.07（mg/cm2）〕(1) 取一试片9cm×10cm 1oz规格厚度之铜片，随流程做氧化处理。
(2) 将氧化处理后之试片置于130℃之烤箱中烘烤10min.去除水分，置于密闭容器冷却至室温，称重得重量－w1(g)。
(3) 试片置于20%H2SO4中约10min去除氧化表层，重复上一步骤，称重得重量－w2(g)(4) 计算公式：O/W = （W1-W2／9×10×2）×1000又称weight gain,一般在In-processQC会用此法b.剥离强度( Peel Strength )之测定（管制范围：4~8 lb/in）(1) 取一试片1oz规格厚度之铜箔基板，做氧化处理后图-做迭板( lay up )后做压合处理。
(2) 取一1cm宽之试片，做剥离拉力测试，得出剥离强度( 依使用设备计算).c.蚀刻铜量(Etch Amount) 之测定（管制范围：70±30u in）(1) 取一试片9cm×10cm 1oz规格厚度之铜片，置于130℃之烤箱中烘烤10min去除水份，置于密闭容器中冷却至室温，称重量得－w1(g)(2) 将试片置于微蚀槽中约2'18"(依各厂实际作业时间)，做水洗处理后，重复上一个步骤，称得重量－w2(g)。
(3) 计算公式：d.氧化后抽检板子以无亮点为判断标准预迭进压合机之前,需将各多层板使用原料准备好,以便迭板(Lay-up)作业.除已氧化处理之内层外,尚需胶片(Prepreg),铜箔(Copper foil),以下就叙述其规格种类及作业:P/P(Prepreg)之规格P/P的选用要考虑下列事项:－绝缘层厚度－内层铜厚－树脂含量－内层各层残留铜面积－对称P/P主要的三种性质为胶流量(Resin Flow)、胶化时间(Gel time)及胶含量(Resin Content)其进料测试方式及其它特性介绍如下所述:A. 胶流量(Resin Flow)1,流量试验法Flow test-与经纬斜切截取4吋见方的胶片四张精称后再按原经向对经向或纬对纬的上下迭在一起,在已预热到170°±2.8°之压床用200±25PSI去压10分钟,待其熔合及冷却后,在其中央部份冲出直径3.192吋的圆片来,精称此圆片重量,然后计算胶流之百分流量为:式中分子相减之差即表示流出去的胶量,因原面积为16m2,而压后所冲之圆片面积为(3.196÷2)2× 3.14×2=16.045m2, 故可以解释为压后圆片以外的东西是"流"出去的。
2,比例流量Scaled flow test-是指面积大时用大的压力强度,面积小时用小的压力强度其作法是正切胶片成7in×5.5in之样片并使7in长向与原卷之经向平行,薄胶片(104,106,108)者要18-20张,中度者(12.113.116)切10张,比116更厚者就不太准了。
热板先预热到150°±20 ℃并加上脱膜纸,将胶放上以31PSI或840磅±5%在8吋见方的压床上压10±1分钟,冷却后对角切开,并以测微卡尺量对角线的厚度,其计算如下:ho=[Wo/n(5.54×10-2)-Wg]×21.2×10-2ho-每张胶片原应有的厚度,Wo-原样片的总重,Wg-单位面积上之玻璃布重(g/in2),n-张数。
B. 胶化时间(Gel time or Tack Time)胶片中的树脂为半硬化的B-Stage 材料,在受到高温后即会软化及流动,经过一段软化而流动的时间后,又逐渐吸收能量而发生聚合反应使得黏度增大再真正的硬化成为C-Stage 材料。
上述在压力下可以流动的时间,或称为可以做赶气及填隙之工作时间,称为胶化时间或可流胶时间。
当此时段太长时会造成板中应有的胶流出太多, 不但厚度变薄浪费成本而且造成铜箔直接压到玻璃上使结构强度及抗化性不良。
但此时间太短时则又无法在赶完板藏气之前因黏度太大无法流动而形成气泡(air bubble) 现象。
C. 胶含量(Resin Content)是指胶片中除了玻璃布以外之胶所占之重量比。
可以用以下两种方法测量之c-1烧完法(Burn Out)c-2 处理重量法(Treated Weight)其它尚有注意事项如下D. 用偏光镜(Polarizing Filter) 检查胶片中的硬化剂dicy 是否大量的集中, 以防其发生再结晶现象, 因再结晶后会吸水则会有爆板的危险。
将胶片在光源经两片互相垂直的偏光镜而可以看到胶片中的dicy 的集中再结晶现象。
E. 检查胶片中的玻璃纱束数目是否正确, 可将胶片放在焚炉中在540℃下烧15分钟除去树脂露出玻璃布,在20X 显微镜下计数每吋中的经纬纱束是否合乎规范。
F. 挥发成份(Volatile), 在胶片卷上斜切下4 吋×4 吋的样片 4 片, 在天平上精称到1mg, 然后置入163 °±2.8℃通风良好的烤箱中烤15 ±1分钟, 再取出放入密闭的干燥皿中冷到室温,再迅速重称烤后重量。
其失重与原重之比值以百分法表示之即为挥发成份含量。
5.3.2.2. P/P的切割,见图5.3机械方向就是经向,可要求厂商于不同Prepreg胶卷侧边上不同颜色做为辨识铜箔规格详细铜箔资料请见'基板'章节，常见铜箔厚度及其重要规格表。
迭合作业A. 组合的原则组合的方法依客户之规格要求有多种选择,考量对称,铜厚,树脂含量,流量等以最低成本达品质要求:(a) 其基本原则是两铜箔或导体层间的绝缘介质层至少要两张胶片所组成,而且其压合后之厚度不得低于3.5 mil(已有更尖端板的要求更薄于此),以防铜箔直接压在玻璃布上形成介电常数太大之绝缘不良情形,而且附着力也不好。
