茍 輝 汪忠林 李 冬 于 梅 魯琨琨

（中國(guó)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

印制電路板（printed circuit board，PCB）是電子元器件的關(guān)鍵支撐物，承載著將各電子元器件連接導(dǎo)通的功能。近年來(lái)，隨著PCB 朝著高密度、微孔徑、細(xì)線路和高層數(shù)的方向發(fā)展，對(duì)其生產(chǎn)加工質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求。

層壓工序作為PCB 生產(chǎn)過(guò)程的特殊環(huán)節(jié)，對(duì)印制板的最終質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。但在多層板生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，壓銅箔工藝較容易出現(xiàn)銅箔起皺的缺陷。本文針對(duì)12 μm 薄銅箔在大面積空曠區(qū)域壓合中容易起皺的質(zhì)量問(wèn)題，通過(guò)分析和實(shí)驗(yàn)，得到最佳工藝調(diào)整路線，由其保證生產(chǎn)質(zhì)量。

1 原因分析

本批次印制板故障原因?yàn)閴汉虾蟊砻驺~皺缺陷嚴(yán)重，缺陷位置幾乎布滿整個(gè)圖形區(qū)域，如圖1所示。該種印制板基本參數(shù)為：10 層板，厚度2.0 mm；制板尺寸為406.4 mm×457.2 mm，6 拼板，外層銅箔厚12 μm，壓合層間半固化布為2116#（52%含膠量）2片結(jié)構(gòu)，第2層和第9層圖形為線路層，有大面積無(wú)銅區(qū)域。

圖1 銅箔起皺缺陷

針對(duì)該種印制板壓合工序后出現(xiàn)銅箔起皺的問(wèn)題，分析主要原因可能為：① 壓合過(guò)程中半固化片融化流動(dòng)，受壓力擠壓，向無(wú)銅區(qū)域流動(dòng)，半固化片樹脂不足以填充滿空曠區(qū)域位置時(shí)或半固化片未填充滿就固化，形成銅皺；② 壓合參數(shù)不匹配，最大壓力加壓點(diǎn)過(guò)早，半固化片還未完全融化填充至無(wú)銅區(qū)域；③ 銅箔厚度相較于半固化片疊層結(jié)構(gòu)偏薄，受半固化片流動(dòng)張力影響；④ 對(duì)于無(wú)銅區(qū)域疊加，拼板時(shí)未錯(cuò)開無(wú)銅區(qū)域位置。根據(jù)上述原因展開實(shí)驗(yàn)論證，改善并解決銅箔起皺問(wèn)題。

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 半固化片參數(shù)調(diào)整

為確保半固化片融化后能夠充分填充無(wú)銅區(qū)域，需增加含膠量和凝膠時(shí)間。樹脂比例更高，確保有足夠的量充分填充；延長(zhǎng)半固化片的流動(dòng)時(shí)間，確保其填充更充分。但參數(shù)的提高會(huì)增加流膠量，一方面在層壓工序中增加拆板和清理鋼板隔離片的難度，另一方面降低板厚會(huì)增加板厚超差的風(fēng)險(xiǎn)。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 半固化片參數(shù)調(diào)整實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表1可知，半固化性能參數(shù)調(diào)整對(duì)銅皺缺陷有一定程度的改善，但無(wú)法完全解決銅箔起皺問(wèn)題。且當(dāng)含膠量和凝膠時(shí)間增加至一定程度時(shí)，提升參數(shù)無(wú)法進(jìn)一步改善銅皺問(wèn)題，反而會(huì)增加壓合邊緣流膠的現(xiàn)象。由此可知，增加半固化片的含膠量和凝膠時(shí)間，對(duì)于12 μm 薄銅箔在大面積空曠區(qū)域的銅皺問(wèn)題，僅可起到輔助作用，無(wú)法作為主要措施解決銅皺缺陷。

2.2 壓合參數(shù)調(diào)整

對(duì)于有大面積空曠無(wú)銅區(qū)域的常規(guī)印制板，需要調(diào)整最大壓力上的壓合參數(shù)。適當(dāng)減小最大壓力，并延后最大壓力的打壓點(diǎn)，多設(shè)置幾段壓力，讓壓力平緩增加，減小銅箔變形的可能性。調(diào)整壓合參數(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可知，層壓壓合參數(shù)是影響銅箔起皺的關(guān)鍵因素，壓合參數(shù)的調(diào)整可有效改善銅箔起皺缺陷。在最大壓力下，將打壓時(shí)間延長(zhǎng)至27 min，分配4 段壓力、最大壓力330 psi（1 psi=6.895 kPa），32 塊印制板均無(wú)嚴(yán)重銅皺，僅有8 塊出現(xiàn)輕微銅皺。調(diào)整壓合參數(shù)后，無(wú)法根除銅箔起皺缺陷，需結(jié)合其他手段改善。

表2 壓合參數(shù)調(diào)整實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3 拼板調(diào)整

在拼板過(guò)程中避免無(wú)銅區(qū)域的疊加，旋轉(zhuǎn)多拼板，盡量平均分配各區(qū)域的殘銅率，并在原拼板中間和四周添加輔助銅塊和銅點(diǎn)，以增加局部的殘銅率，具體操作如圖2所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

圖2 拼板改善示意

表3 拼板調(diào)整實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，通過(guò)在拼板過(guò)程中錯(cuò)開無(wú)銅區(qū)域，以及在圖形外區(qū)域增加輔助銅塊和銅點(diǎn)，可在一定程度上改善銅箔起皺問(wèn)題。

2.4 銅箔調(diào)整

薄銅箔（銅箔厚度≤18 μm）容易出現(xiàn)銅箔起皺，可以在層壓過(guò)程中使用18 μm或者35 μm的銅箔，在層壓完畢后采用減銅工藝對(duì)表面銅箔減銅，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 銅箔調(diào)整實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，通過(guò)增加銅箔厚度可以明顯改善壓合后銅箔起皺問(wèn)題，但該方法存在增加成本、延長(zhǎng)流程等問(wèn)題，一般在其他手段無(wú)法解決時(shí)才會(huì)使用。

3 結(jié)論

本文針對(duì)改善印制板拼板大面積空曠區(qū)域銅箔起皺缺陷展開研究，可知調(diào)整層壓參數(shù)和增加銅箔厚度有明顯的改善作用，在拼板過(guò)程中錯(cuò)開無(wú)銅區(qū)域、增加輔助銅和調(diào)整半固化片參數(shù)可作為輔助措施。實(shí)驗(yàn)結(jié)論如下。

（1）調(diào)整層壓參數(shù)：最大壓力打壓時(shí)間延后至27 min，將原有三段壓力調(diào)整為四段壓力（80、150、220和330 psi）。

（2）分別將半固化片含膠量和凝膠時(shí)間增加至54%和110 s。

（3）在拼板過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)拼板錯(cuò)開無(wú)銅區(qū)域并在圖形外鋪設(shè)輔助銅。

調(diào)整后生產(chǎn)的4 個(gè)批次、180 塊印制板，僅有1塊出現(xiàn)較為輕微的銅箔起皺問(wèn)題。由此可知，上述工藝的改善效果明顯，且缺陷率在可接受范圍內(nèi)，無(wú)需增加銅箔厚度。如后續(xù)其他設(shè)計(jì)的印制板在使用上述3 個(gè)方法后仍無(wú)法解決缺陷，再考慮使用厚銅箔壓合減銅的方式。