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        印制電路板制造中磁力線熱熔工藝研究

        2022-09-21 05:59:26汪忠林
        印制電路信息 2022年8期
        關(guān)鍵詞:磁力線我司層壓

        茍 輝 汪忠林 李 冬

        (中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所,陜西 西安 710068)

        0 引言

        隨著5G等相關(guān)先進(jìn)電子技術(shù)的不斷提出以及電子行業(yè)日新月異的發(fā)展,為應(yīng)對(duì)解決印制電路板(PCB)生產(chǎn)所面臨的各種挑戰(zhàn),我司新引進(jìn)一項(xiàng)磁力線熱熔技術(shù),以提升多層印制板的層壓質(zhì)量與效率。為使該項(xiàng)工藝能夠完美適用于我司印制板的生產(chǎn),本文從熱熔工藝原理入手并結(jié)合相關(guān)實(shí)驗(yàn),對(duì)影響熱熔效果的各因素進(jìn)行分析研究,以期獲取最適合的熱熔參數(shù),用于實(shí)際生產(chǎn)過程中。

        1 熱熔塊的設(shè)計(jì)

        熱熔塊作為熱熔過程的直接參與者,其設(shè)計(jì)的合理與否對(duì)最終熱熔的效果有著較大的影響。磁力線熱熔原理是在高頻磁力線的作用下,熱熔區(qū)域的含銅部分就會(huì)產(chǎn)生熱量從而使得半固化片從B狀態(tài)轉(zhuǎn)固化為C狀態(tài),從而起到黏合各層單片的效果,無銅區(qū)域就不會(huì)受到高頻磁力線的影響。在熱熔過程中半固化片由于先得融化再而固化,其必然會(huì)向外溢流,于是在熱熔塊周圍添加阻流塊能夠較好地阻止融化狀態(tài)的半固化片流動(dòng)至圖形區(qū)域內(nèi)。雖然很多板廠直接控制熱熔塊和印制板圖形區(qū)域的距離來解決該問題。但阻流塊的存在可以進(jìn)一步避免熱熔頭與單片位置匹配不理想,過于靠近圖形區(qū)域內(nèi)、熱熔溫度設(shè)置錯(cuò)誤、熱熔頭溫度異常、熱熔擴(kuò)散區(qū)域集中單向性等不確定因素的影響。阻流塊中的銅的尺寸不能過大,過大會(huì)有該處含銅部分發(fā)熱融化半固化片的隱患。

        由于熱熔塊主體的尺寸是由設(shè)備廠家規(guī)定,本文對(duì)熱熔塊距板邊距離、阻流塊大小和數(shù)量進(jìn)行研究,設(shè)計(jì)位置如圖1所示,具體數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

        由表1可知在距離熱熔塊12 mm時(shí),基本熱熔的蔓延影響已經(jīng)比較小了,而當(dāng)距離熱熔塊15 mm時(shí),熱熔則完全沒有蔓延至此。于是無其他輔助下,想要避免熱熔對(duì)圖形區(qū)域的影響,圖形區(qū)域至少離熱熔塊為12~15 mm。

        表1 熱熔塊距離非熱熔區(qū)域距離的試驗(yàn)結(jié)果(無添加阻流塊)

        表2的試驗(yàn)是在熱熔塊距離非熱熔區(qū)域(板邊和阻流塊)3 mm的條件下進(jìn)行試驗(yàn)的,因?yàn)閷?shí)際熱熔時(shí)是不能保證熱熔頭加熱區(qū)域與熱熔塊區(qū)域完全吻合的,得留一定的余量,該3 mm是給實(shí)際操作時(shí)留有的余量。由表2可知,阻流塊的尺寸對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量影響既無趨小性也無趨大性。阻流塊尺寸過大就會(huì)導(dǎo)致阻流塊的銅塊也會(huì)受熱,過小則會(huì)對(duì)于半固化片的阻流作用不良,起不到阻流的作用。由試驗(yàn)結(jié)果可知,在增加了阻流塊之后一定程度解決了熱熔區(qū)域擴(kuò)散的無規(guī)律性和集中單向性的問題。配置阻流塊后熱熔擴(kuò)散區(qū)域相較無阻流塊更加均勻,呈現(xiàn)向四周擴(kuò)散的趨勢(shì)。阻流塊層數(shù)越多效果越好,但層數(shù)增多會(huì)占用圖形區(qū)域,考慮生產(chǎn)成本。綜合考慮,本文最終確定阻流塊位尺寸1 mm,間距3 mm兩層的設(shè)計(jì)。該情況距離熱熔塊的距離為7 mm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于不加阻流塊的12~15 mm,并且可對(duì)熱熔擴(kuò)散區(qū)域引導(dǎo)均勻擴(kuò)散的效果。

        表2 熱熔塊尺寸和層數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果(距離非熱熔區(qū)域3mm)

        2 熱熔溫度和時(shí)間的設(shè)計(jì)

        熱熔過程中最為重要的就是熱熔溫度和時(shí)間,其直接決定熱熔的最終效果。不同于以往的電加熱方式,磁力線可以較為容易穿透印制板各層銅層,于是磁力線熱熔溫度一般僅在90~120 ℃之間。熱熔加工中考慮經(jīng)濟(jì)效益就需要高溫度、短時(shí)間的熱熔條件,考慮熱熔穩(wěn)定性就需要低溫度、長時(shí)間的熱熔條件。下面從溫度和時(shí)間的配比上進(jìn)行試驗(yàn),驗(yàn)證出最佳的熱熔條件(見表3所示)。

        表3 熱熔溫度時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果

        3 防爆處理

        熱熔工藝因其熱熔塊是預(yù)先固化的,該區(qū)域在印制板正式壓合過程中,會(huì)造成內(nèi)應(yīng)力,往往在熱風(fēng)整平工序易出現(xiàn)爆板的情況。在試生產(chǎn)的3個(gè)批次45塊印制板中,爆板分層的數(shù)量為12塊,缺陷比例達(dá)到27%。因此在壓合后需對(duì)印制板進(jìn)行防爆板處理。比較常見的處理方式是熱熔區(qū)域在鉆孔時(shí)鉆上防爆孔,以卸去該區(qū)域的內(nèi)應(yīng)力。本司是在熱熔塊上下方各添加2組孔徑1.5 mm,孔間距為3 mm的防爆孔(見圖2所示);增加防爆孔后統(tǒng)計(jì)的12個(gè)批次印制板爆板分層的比例下降到0.65%,可見防爆孔有比較明顯的成效。

        4 結(jié)束語

        本文依托于磁力線熱熔工藝技術(shù)并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題,對(duì)熱熔區(qū)域阻流塊、熱熔溫度與時(shí)間、防爆孔的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析研究,通

        由表3可知,熱熔溫度過高熱熔區(qū)域會(huì)呈現(xiàn)發(fā)黑和熱熔擴(kuò)散區(qū)域不均勻的現(xiàn)象,并且因?yàn)楦邷囟榷虝r(shí)間的熱熔(125 ℃、70 s)其最終的熱熔固定程度也比較差,層壓后同心圓偏離基本上大于60 μm,最大甚至可達(dá)110 μm,該層壓后重合度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到我司關(guān)于內(nèi)層重合度的要求。溫度過低一方面會(huì)帶來生產(chǎn)效率的下降,并且也會(huì)造成熱熔固定程度較差。對(duì)于本司16×18 in尺寸的模板,4~18層的印制板進(jìn)行熱熔,通過試驗(yàn)得到的最佳熱熔條件為105 ℃、110 s。此條件下熱熔區(qū)域無發(fā)黑現(xiàn)象,熱熔擴(kuò)散區(qū)域均勻,并且層壓后層偏在40~50 μm之內(nèi),符合我司關(guān)于內(nèi)層重合度的要求。過實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出在熱熔區(qū)域合理增加阻流塊,能夠在熱熔過程中對(duì)半固化片進(jìn)行阻流,并一定程度上引導(dǎo)其向四周均勻擴(kuò)散。熱熔溫度與時(shí)間直接影響熱熔效果,溫度過高會(huì)使熱熔擴(kuò)散區(qū)域不均且發(fā)黑;溫度過低會(huì)降低生產(chǎn)效率,固化程度差;通過熱熔溫度與時(shí)間的組合實(shí)驗(yàn)得出最適合我司的熱熔條件(105 ℃、110 s),熱熔區(qū)域無發(fā)黑現(xiàn)象,且擴(kuò)散均勻,層壓后層偏差在50 μm之內(nèi),符合我司關(guān)于內(nèi)層重合度的要求。熱熔工藝在熱風(fēng)整平工序極易出現(xiàn)爆板的情況,我司通過在熱熔塊區(qū)域添加2組孔徑1.5 mm,孔間距為3 mm的防爆孔,有效降低了印制板爆板的概率。根據(jù)本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)論可有效對(duì)熱熔工藝進(jìn)行一定程度的改善,以此提升印制板生產(chǎn)的質(zhì)量與效率,對(duì)印制板生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。

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