棕化、层压工艺规范

1、目的：规范层压工序制程能力的管控。

2、范围：适用于层压工序制程能力的管控。

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的编制与更新。

5、制程目标5.1产品能力：详见附件三《层压工序产品能力参数表》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》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、基本原理7.1棕化内层芯板经过棕化处理后，在铜面形成一层均匀的棕色有机金属膜，可增强铜面与半固化片的结合力，同时在高温压合过程中，阻止铜与半固化片的氨基发生反应。

产品实现的基本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酸洗酸洗的主要作用是去除铜表面氧化物，中和残余退膜液，粗化铜面，保证稳定的微蚀、成膜及着色。

酸洗段的主要成分为过硫酸钠（NaPS）、H2SO4。

其反应机理如下：Cu+CuO+H2SO4+Na2S2O8→2CuSO4+Na2SO4+H2O影响酸洗效果的因素及影响趋势如下：7.1.1.2碱洗碱洗的主要作用是去除铜表面的油污、手指印、轻微氧化物及抗蚀剂残渣。

碱式除油剂主要成分为NaOH和H2O。

其反应过程是利用热碱溶液对油脂的皂化作用和乳化作用来进行除油。

7.1.1.3水洗棕化线在酸洗、碱洗、棕化之后均有水洗段，主要目的是去除酸洗、碱洗、棕化缸在板面残留的药水，避免污染下一道工序。

7.1.1.4预浸预浸的主要作用是活化铜表面以利于棕化处理快速均匀，增强结合力。

预浸段的主要成分为活化剂（成分为苯并三唑，乙二醇单异丙基醚和水）。

1活化剂浓度活化剂浓度是影响预浸段的主要影响因素，浓度过低，活化效果不佳会影响后续棕化效果。

2温度根据阿伦尼乌斯方程：lnk=lnA-Ea/RT。

其中k为速率常数，Ea为实验活化能，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，又不利于药水控制与维护。

3时间预浸活化需要一定的作用时间，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棕化棕化的主要作用是粗化铜面并在铜表面形成一层均匀的棕色有机金属转化膜以增强多层板内层结合力。

棕化的主要成分为苯并三唑、硫酸和水。

其反应机理如下：2Cu+H2SO4+H2O2+nA+nB→CuSO4+2H2O+Cu[A+B]n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、与含N的杂环化合物B和金属铜形成化学键。

杂环化合物B为：苯并三唑其作用机理：1、与基体铜结合；2、通过有机物A的桥键与环氧树脂结合；3、化合物B分子之间通过Cu2+以配位键形式连接，增加了棕化层的厚度和平整性。

序号影响因素具体影响1H2SO4浓度H2SO4浓度影响微蚀速率和棕化剥离强度，随着H2SO4浓度的增大，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、棕化剥离强度的关键因素，随着H2O2浓度的增大，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的质量、棕化剥离强度，随着棕化剂浓度的增大，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。

序号影响因素具体影响4Cu2+浓度Cu2+浓度影响影响棕化膜的质量、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，保持一定的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，根据阿伦尼乌斯方程：lnk=lnA-Ea/RT。

其中k为速率常数，Ea为实验活化能，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与维护。

7.2烘板烘板的作用主要体现在以下两个方面：对于内层经过电镀的板棕化前烘板的主要作用为去除水分，此阶段的温度和时间可以按参数上限设置。

对于棕化后烘板的主要作用为①去除水分，防止后续层压板因内层芯板吸潮引7.3叠合（含预叠）棕化后需要对内层芯板进行预叠和叠合，预叠是通过邦定或铆合等定位方式把内层芯板、半固化片按ERP 的叠层结构指示信息固定起来，防止后续压合过程滑动出现层间偏位。

铆合方式是通过铆钉将内层芯板、半固化片固定起来，而邦定方式则通过高频电磁波穿透内层铜网，加以邦定头施加的热量将半固化片熔合，在一定的压力下将内层芯板与半固化片固定在一起，其中邦定方式的定位作用强于铆钉铆合方式。

对内层芯板比较薄，对位精度要求高的板进行预叠时，优先采用邦定+铆合方式生产，而对超出邦定能力范围的、对位精度要求不高的板则可采用铆合方式生产。

叠合是以钢质载板为底盘，放入一定数量的缓冲材料，中间一层分离钢板一层预叠板，预叠板与预叠板、钢板与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的组合。

叠合产品实现的控制点为层间对位、板面清洁，基本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铆钉铆钉的主要作用是完成内层芯板与半固化片的固定，防止压合过程出现滑动。

影响该作用的因素及趋势如下：7.3.1.2钢板7.3.1.3缓冲材料缓冲材料的主要作用在于均热均压、防滑。

一般的缓冲材料为牛皮纸。

特殊的缓冲材料有如：硅胶片（主要用于冷板压合，其可压缩性、均衡压力、温度的性能均优于牛皮纸）、pacopad （用于铝板厚度较大、形状较为复杂的冷板压合，可防止局部溢胶过多，其导热性及可压缩性均优于硅胶片）。

影响缓冲材料作用（主要为牛皮纸）7.3.1.4蜡布蜡布的主要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陷。

蜡布质量不佳，掉蜡在铜箔上，引入新的杂物，多次使用后蜡布变脏会影响清洁效果，需及时更换。

大，会导致钢板划伤及钢板的厚度变薄、平整度变差。

红外线定位系统保证叠合时每层板均处于相同的位置，保证压合时压力、温度的均匀性，避免压合时滑板。

无影响因素。

7.4压合压合是在高温高压条件下利用树脂（半固化阶段）的流变行为，完成对内层线路空隙的填充，使各线路层粘结在一起，获得多层印制电路板。

产品的控制为层压板外观、厚度、内层对位精度、热性能、翘曲度，基本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，并起绝缘层的作用。

其主要成分是树脂、填充物和玻璃纤维布。

（1）树脂是热固性材料，应用到PCB主要有酚醛树脂、环氧树脂、聚四氟乙烯等，目前常用的是环氧树脂。

环氧树脂是泛指分子中有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，其环氧基团可以位于分子链的末端、中间或呈环状结构。

由于活泼环氧基团的存在，环氧树脂与固化剂在一定的条件下发生固化反应，生成立体网状结构的产物，从而显现出各种优良的性能。

最常用的环氧树脂是由溴化的丙二酚制成的耐燃性环氧树脂，称为FR-4环氧树脂。

其各组分的作用：①单体：常见的有双酚A、环氧氯丙烷等，与固化剂发生交联反应，成为固体聚合物。

如双酚A型单体结构如下：②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。

常见的固化反应机理如下：双氰胺作为固化剂时：PN作为固化剂时：③促进剂：2-甲基咪唑等，加快单体与固化剂的交联反应④溶剂：二甲基甲酰胺、丙酮等.（2）填充物：碳酸钙、氢氧化铝等，其主要作用是增加阻燃效果、调整Tg和CTE值。

（3）玻璃纤维布：一种无机物经过高温融合后冷却成一种坚硬的非晶态物，然后由经纬纱纵横交织的补强材料。

一般采用的玻璃纤维布均是采用平纹布。

相比其它布（如斜纱、锻纹等组织）具有断裂强度大，尺寸稳定性好，不易变形，重量厚度均匀的优点。

玻璃纤维布的基本性能有：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树脂从难以流动的粘弹态逐渐变为胶凝状的变化过程。

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的进一步浸润且赶出气泡。

树脂的流动性逐渐增加，随着分子链的不断增长，随即发生交联作用，而随着交联程度的不断增加，它的流动性又成指数规律下降，最后达到不再流动的固化态。

多层板生产中，半固化片必须满足填隙充分，排除空气及挥发物，保留一定的介质层厚度，主要的影响因素序号影响因素具体影响1树脂含量树脂含量直接决定填隙填胶效果的可实现性和压板后的介电层厚度，树脂含量低，容易导致缺胶、分层、白斑；树脂含量高，流动度大，填充性能好，但容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的区域，树脂流动度低，容易导致板内留有气泡、分层；树脂流动度高，容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映树脂的固化速度，凝胶时间短，容易导致板内留有气泡、分层。

4挥发物含量挥发物含量偏高，容易导致板内留有气泡、空洞。

5存储环境存储环境主要影响着半固化片的性能。

温度低，湿度高容易使半固化片吸潮，从而引起分层；较长时间高温放置，凝胶时间降低，导致板内留有气泡、分层。

6加压时机加压时机一般参考树脂在热压中的熔融粘度，理想的加压点一般为熔融粘度的最低点，其作用如下：1、树脂与铜面之间充分接触与结合；2、提高树脂流动速度，尽快均匀地填充导线间的空隙；3、将树脂反应产生的气泡挤到板边。

加压过早，将导致过多的低粘度树脂被挤出，板厚偏薄甚至缺胶，在后续工艺流程中产生分层；加压过晚，将会出现空洞缺陷。

7加压大小压力小，树脂不能填充满导线间隙，不利于层压板品质；压力大，流胶过多，板内应力大，且容易滑板，影响层压板板厚及品质。

8加压方式真空层压机一般均使用多段加压。

各段的作用机理如下：初压：把板料压实，提高传热速率，驱赶层间夹杂空气。

初压不可太大，树脂尚未流动，压力太大，玻璃纤维布将承受大的剪切应力，变形严重；中压：将熔融的流动树脂顺利填充并赶走胶内气体，防止一次压力过高带来的铜箔起皱、空气通道封锁等；高压：完成最后的填隙、赶气，使树脂与铜箔牢固结合。

9升温速率升温速率影响树脂粘度变化和凝胶时间，进而影响层压板板厚均匀性、填充性能及排气效果。

升温速率慢，树脂黏度大，流动性差，易产生空洞、白斑缺陷，压合时间长导致生产效率降低；升温速率快，流动窗口小，树脂来不及填充导线间隙，不易掌握加压时机，易出现滑板、起泡、分层、空洞缺陷。