多层板层压过程中的尺寸收缩分析

摘要 在多层板制造过程中,内层芯板的收缩极大地影响了产品的质量。本文通过对多层板
 
制作过程中的尺寸变形的分析,指出导致内层芯板变形的主要因素为材料热胀系数不 匹配。通过对半固化片状态变化过程的分析,建立了层压过程各个阶段的数学模型。 通过解析计算,得到结构为铜面/半固化片/铜面的一种高Tg芯板纬向菲林补楼系数为 1.24668,与实际实验中得到的补楼系数比较接近。
 
关键词多层板;层压;热胀系数;半固化片;补偿系数
 
随着印制电路板技术的不断发展,其线路及焊盘密度不断提高,层数、拼板面积增加、结构复杂化(埋、 盲、通孔结构共存)等,使得多层板层间对位精度的要求越来越高。而在多层板制造过程中,层压过程中内层 芯板的收缩极大地影响了产品的质量。
 
目前主要采用照相底板补偿来解决这一问题,而照相底板补偿系数的获得,主要依靠经验值和反复试验的 方法。这种方法既费时又费钱,不能适应当前电子产品更新速度快、竞争日益激烈的需求,因此,通过深入分 析层压过程,建立有效的数学模型对芯板的照相底板补偿系数进行估算是很有意义的。本文将分析一种结构的 六层PCB板层压过程中内层的变形,并初步确定芯板的补偿系数。
 
2内层尺寸变形的主要原因
 
导致内层变形原因主要有芯板中存在内应力和压合过程材料热膨胀系数的差异。
 
2.1芯板中的内应力
 
芯板是多层PCB板的重要组成部分,芯板中的内应力是导致多层PCB板内层收缩的重要原因之一。实际生产 过程中,通常采用烤板尽可能减小芯板的内应力,从而保证芯板尺寸的稳定性,表1为芯板预烘对一种8层PCB板 尺寸稳定性的影响,其中用于实验的芯板厚度为0.18 mm,底铜厚为loz。
'表1预烘对PCB板尺寸稳定性的影响(单位:1/10000)
A未烘板 A烘板
经向收缩 4. 67 3. 67
,纬向收缩' 3.80 3.19 ,
 
从表1可以看出,烘板之后的收缩较小,未烘板收缩较大。主要是烘烤过的芯板,其应力得到一定的释放, 前期释放出一定量的收缩变形,减小了多层板层压过程的收缩程度。
 
另外,芯板的刻蚀也对内应力的释放有一定影响,局部Cu的刻蚀,打破了刻蚀前芯板中的应力平衡。蚀刻 之前,芯板中存在内应力,其主要表现为芯板内层的PP片受拉应力,芯板表层铜箔受压应力。刻蚀后,其内应 力部分释放,芯板收缩,在层压过程中,芯板表面铜被刻蚀的部分由于没有Cu的制约,将进一步收缩,导致残 铜率低的芯板制作PCB板后出现更大的收缩。收缩量与底铜和芯板的厚度有关。表2为残铜率对PCB板尺寸稳定 性的影响,其中实验用芯板厚度为0.15mm,底铜厚为Hoz。
表2蚀刻对材料尺寸稳定性的影响(单位:1/10000)
芯板厚度 残铜量/% 经向收缩 纬向收缩』
0.15 15 4.79 3.68
[0.15 50 4.3 3.19 1
 
2.2 PCB各层材料热膨胀系数不匹配
 
铜箔、半固化片和芯板的热涨系数存在差异,是导致PCB过程尺寸变化的主要原因,主要表现为半固化片 的热涨系数大于铜箔的热胀系数。对半固化片而言,由于采用玻璃纤维编织并涂覆半固化状态的树脂制成,半 固化片的经纬向的纱数一般也不相同,因此还导致层压过程中经纬向收缩不一致。
 
除上述因素外,制作工艺和材料的几何尺寸、叠层方式及层数等都会影响PCB板的变形。
 
因此在PCB制作过程中,通常采用内层图形放大,以补偿内层的收缩,从而保证各层电路图形的对准,使 PCB板的质量得以保证。
 
3建模依据
 
(1) PCB板层压前,芯板层中存在残余应力,残余应力的存在将影响后续工艺中PCB板的变形。为了增加芯 板尺寸的稳定性,通常需对芯板进行烘烤,以使芯板内应力得到一定程度的释放。为简化计算,本文假定烤板 结束时芯板中的内应力已经完全释放:
 
(2)为简化分析,假设在半固化片进入到液态熔胶状态后至固化前,半固化片与铜箔(半固化片/芯板)之 间的粘结作用力很小,以至于可以忽略,固化之后,半固化片/铜箔(半固化片/芯板)之间完全结合;
 
(3)本文的计算仅针对芯板的纬向变形,认为温度变化在这一过程中起主导作用,不考虑层压压力的影响。
 
(4)在多层PCB板中,起绝缘和粘结作用的半固化片主要有以下几种状态:
 
A阶段:在室温F能够完全流动的液态树脂,这是玻纤布浸胶时状态。
 
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