多層板(Multi-Layer Boards) 為了增加可以布線的面積,多層板用上了更多單或雙面的布線板。用一塊雙面作內層、二塊單面作外層或二塊雙面作內層、二塊單面作外層的印刷線路板,通過定位系統及絕緣粘結材料交替在一起且導電圖形按設計要求進行互連的印刷線路板就成為四層、六層印刷電路板了,也稱為多層印刷線路板。板子的層數并不代表有幾層獨立的布線層,在特殊情況下會加入空層來控制板厚,通常層數都是偶數,并且包含最外側的兩層。大部分的主機板都是4到8層的結構,不過技術上理論可以做到近100層的PCB板。大型的超級計算機大多使用相當多層的主機板,不過因為這類計算機已經可以用許多普通計算機的集群代替,超多層板已經漸漸不被使用了。因為PCB中的各層都緊密的結合,一般不太容易看出實際數目,不過如果仔細觀察主機板,還是可以看出來。
下面就是生產多層板的工序了,其中主要是對外層的處理。
1. 棕化:對做好了的內層進行棕化。棕化是為了讓有銅的表面更加粗糙,使其可以在壓合過程與PP有更好的結合力。無銅的地方由于之前被蝕刻掉了,露出了基材的地方表面就已經比較粗糙了。我們廠的棕化線不僅對內層進行了表面粗化處理,還對內層進行了表面去污和清洗的處理。
2. 壓合:壓合需要的材料有銅箔,PP(prepreg)和內層線路板。以一個四層板為例,壓合是用兩片PP分別放在內層的上面和下面,然后再分別在它們的上面和下面放置銅箔。銅箔充當了多層板的外層。在真空壓合機的高溫和壓力的作用下,PP將會成為一種熔融狀態而充當了內層與銅箔的粘合劑,同時又充當內層與銅箔的絕緣體。冷卻后,PP將凝固并牢牢的將銅箔和內層結合在一起。這樣一塊四層板就做好了。
壓合之前要進行疊板。疊板的過程一定要在一個清潔的房間進行,且房間內的溫度和濕度要相應的加以控制。目的是盡量避免在壓合過程中出現起泡,開層或板曲的缺陷。為控制板內的水分含量,必要時要對板進行烤板。疊好板后應盡快進行壓合以防止預處理好的板重新吸入過多的空氣中的水分及內層板銅面被氧化。
在疊板時會使用到牛皮紙。牛皮紙的作用是為了使在壓合時壓力能均勻地被運用在各疊層,同時也起到了一個溫度升高的緩沖的作用。最后,牛皮紙也有增加疊層之間的摩擦的作用,從而防止在壓合過程時疊層之間打滑。在壓合時要充分考慮到B-stage的Tg值。具有不同的Tg值的B-stage要用相應的溫度和時間對其進行加溫,從而使其充分地與銅箔和內層板粘合在一起,防止出現空隙。同時也要考慮到B-stage被過分的融化使內層板與銅箔間的B-stage過薄或缺失,從而造成絕緣不良及其他引起報廢的缺陷。壓合完后就是冷卻過程。在冷卻過程要注意避免出現壓合好的板內有內應力。可以在壓合后對板進行焗板,釋放可能存在的板內應力,防止在后續處理時板出現開層或板曲等不良現象。
3. 鉆孔:初始鉆孔。大部分孔會在初鉆時會被在壓合好的板上鉆出來,包括NPTH和PTH孔。鉆PTH孔時要對孔的直徑在客戶要求的原始大小下進行補償,考慮到在沉銅和電鍍時孔徑會縮小。對于孔徑較大的鉆孔,應該先鉆卸力孔。如果孔間距太小或孔與線路間距太小,應考慮采取二鉆的方式。
孔的作用主要有兩個:一是連接不同層的線路;二是方便元件插入和用于定位。不同的基材對鉆孔會有不同的影響。其中主要是基材中的玻璃纖維。玻璃纖維越粗,孔會更容易被鉆偏,且鉆出來的孔的孔壁越容易變粗糙。不同Tg值的基材對鉆孔也會有不同的影響。高Tg值的板鉆孔時孔壁更不容易出現膠渣。但是高Tg值的板更加堅硬和粗糙,鉆孔時容易造成鉆刀的磨損及孔壁粗糙。
鉆孔要用到鉆刀。鉆刀是一種鎢碳化物,具有硬脆和相對經濟的特點。鉆刀的質量直接會影響到鉆孔的質量,所以對鉆刀的檢查是非常重要的,特別是對重復利用的鉆刀的檢查。為了降低鉆孔的平均花費成本,鉆刀會在被使用后在顯微鏡下被檢查和打磨,以達到可以重復利用的狀態。對鉆刀的打磨只是在刀嘴上進行打磨,而鉆刀邊緣在前次使用后變得相對鈍,所以重復利用鉆刀的次數是有限的。一般來說,用于更小孔徑的鉆刀被重復利用的次數要小于用于大孔徑的鉆刀,主要原因是因為小孔徑的鉆刀在使用時更容易斷,不能被重復使用;其次是鉆小孔對鉆刀的要求更高,被重新修繕的鉆刀仍不能很好的達到鉆小孔鉆刀的要求。
由于鉆刀是螺紋狀的,這種設計其中的一個原因是為了鉆孔過程產生的碎屑能夠有足夠的空間被吸出去,從而減少鉆刀的摩擦。因此,鉆孔時疊板的厚度加上鋁片和墊板的總厚度不能超過鉆刀有螺紋區域的長度。
在鉆孔時,一般會將幾塊板疊好一起進行鉆孔。疊板的上面會鋪上一層鋁片。這片鋁片有很多的作用:1、使鉆刀居中,防止孔鉆偏;2、為鉆刀降溫,防止鉆刀斷裂;3、防止銅箔起毛刺;4、防止孔和鉆刀的污染;5、防止板面出現機器鉆孔由于壓力而留下的印記。同時在疊板是要在底部墊上一塊紙質的板,其作用是:1、給鉆刀在鉆完疊板后提供一個良好的鋪墊;2、防止出現銅箔起毛刺;3、防止孔及鉆刀受碎屑的污染;4、降低鉆孔時產生的溫度;5、提高鉆孔的質量。
在鉆孔的整個過程中,廠房的濕度、溫度及清潔度一定要很好的控制。
濕度和清潔度不僅會影響鉆孔的質量,而且會對鉆機造成很多負面影響。濕度較高的空氣會對腐蝕鉆機的原件,從而影響鉆機的工作效率和維修成本。空氣中的灰塵也會蝕刻鉆機的原件。
4. 去毛邊:機器鉆孔會在孔的邊緣留下毛邊,為了后面沉銅和貼干膜不受影響,這些毛邊必須清除掉。
5. 去污:由于內層的銅箔非常的薄,那么在鉆孔時,由上而下這些銅很容易被鉆刀攜帶的殘留物覆蓋。雖然這些殘留物非常的少,但對于本身很薄的銅箔來說,附著的殘留物會影響其與沉銅過程的銅的結合性,進而影響這些孔的導電性能。
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