层压叠板平整性研究

幸锐敏 林 叶 崔怀磊

（深南电路科技有限公司，广东 深圳 518000）

1 前言

在高多层线路板中影响内层对位精度的因子很多，如：芯板间的涨缩差异，内层图形的对位精度，内层冲槽的对位精度，层压的对位精度等。对于0.1 mm的BGA孔线间距，孔位精度偏差需预留0.038 mm，芯板间涨缩偏差很小可忽略，内层图形使用LDI可以控制在0.025 mm内，那么留给层压（包括内层冲槽）的对位精度控制就只有0.038 mm内，这对于目前层压0.075 mm的对位精度控制来说是一种挑战。

高多层板芯板间PP一般只有1或2张，如此我们不必担心因树脂含量过多而滑板；目前研究表明：升温速率控制在2 ℃/min ～ 4 ℃/min，牛皮纸数量在16张～24张，均未对层压对位精度有明显影响。

业界对层压对位精度从0.075 mm提升至0.038 mm主要集中于两方面，一是层压定位孔的对位精度，二是层压的叠层操作。

层压定位孔坐标的准确度要求冲孔精度控制在0.025 mm内。这里的精度包括2个方面：一是冲孔冲出来的位置坐标与CAM值的偏差，这个坐标包括X方向与Y方向，一般要求偏差在±0.025 mm内；二是重复对位精度，即每次冲出来的孔之间的相对坐标的差异，偏差控制在0.02 mm。实际上，重复对位精度是最重要的，因为芯板整体往同一个方向偏移抵消了芯板本身的偏移差异。

层压前的叠层操作是最容易忽略的问题，本文通过研究芯板叠层平整性与其受力情况，说明芯板叠层平整与板面均匀受力对解决层压高对位精度的重要性。

2 实验设计

2.1 板件信息

板件拼板尺寸：406 mm×457 mm；层压板厚3.3 mm，层数：34层，最小孔0.15 mm；

层压定位方式：接合+销钉；其中板四周设计同心圆，同心圆间距为0.0625 mm。

2.2 实验流程

下料→内层图形→内层蚀刻→内层检验→内层冲孔→棕化→叠板→层压→铣边→钻孔→烘板→去钻污→沉铜→电镀→树脂塞孔→铲平刷板→微蚀→铲平刷板→沉铜→电镀→外层图形→电镀硬金→外层碱蚀→外层检验→阻焊→字符→外形→电测→成品检验→包装

2.3 叠层设计

芯板介质层厚度80μm，铜箔厚度17.1μm，中间均使用2113的半固化片。

3 实验结果与分析

我们首先实验了一批板件，验证生产中叠层操作容易出现的2种操作异常，如下分析：

3.1 叠层倾斜

如图1所示为邦定操作中容易出现的问题：芯板一边先套入PIN定位孔，另一边后套入。

图1 叠层倾斜示意图

芯板上层压定位孔中心距离是固定的，“邦定”工具板尺寸也是按此调节，由于定位孔开大0.025 mm ～ 0.05 mm，当芯板水平放入时，可以较为轻松的套入PIN钉内，也不会引起定位孔破损。

实际操作中，由于PIN孔对位好需要花费一些时间，员工为提高效率，往往出现芯板一侧已经插入，另一侧敲挤进去的情况，特别是大尺寸板件，如此芯板放入PIN都会有一定角度的倾斜， 如表1所示芯板放置偏离角度引起的水平距离偏差。

表1

我们看到，当芯板倾斜角度偏差达到2°，水平方向距离达到36.45μm的偏差，即使定位孔开大0.025 mm，已经不可避免对定位孔造成一定伤害；达到3°，偏差太大中不可避免出现大力挤压芯板落入PIN钉内，由于芯板水平距离不够，自然地，PIN钉往外挤压定位孔，如此，套入的这张芯板层压后必然出现错位，实验测试切片分析，首张芯板偏移近0.1 mm，而其余芯板间偏移不到0.025 mm。

3.2 叠层弓曲

如图2所示为邦定叠层操作中另一种常见情况，PIN工具尺寸调节过小（尺寸过大时芯板完全套不进去），叠层出现局部轻微弓曲。

图2 叠层弓曲示意图

邦定叠层操作中可能出现2种情况，一是偏小过多，如偏差值大于0.1 mm，往PIN钉套芯板时已经严重损伤层压定位孔；另一种是偏小不大，如0.05 mm ～0.075 mm，定位孔暂时无大碍，但叠层局部出现弓曲，邦定好的板件套入压机PIN定位孔时，由于压机PIN位置是固定的，那么不可避免的，我们需要用较大外力把叠层板件套入，不可避免的，定位孔再度损伤。层压后芯板间仍旧不同位置芯板的错位，芯板间最大偏移接近0.075 mm。

多层板的压机多数都采用液压系统提供各开口的闭合与加压。即：压机顶部的热盘固定于压机的主体结构上，其它各开口的热盘由液压系统推动闭合与加压，如图3所示；常见的PIN压合工具板，常用于高多层板的压合，PIN可以确保芯板在层压过程中不易滑动。在压合受热过程中，B-阶半固化片受高温后软化粘度降低，然后流动，芯板被压在一起，叠层中弓曲的情况也不复存在，代价就是部分层压定位孔将被挤坏从而使压合叠层区域平整。在PP树脂含量较少的情况下，流动的PP树脂在均匀重压下短时间内难以带动芯板移动，PP经过一段时间因吸收热量而发生聚合反应，粘度逐渐增大，逐渐固化成C-阶树脂，芯板已经不能移动，错位形成。即定位时错位的情况就是压合板件的情况。当然，PP数量较多时由于树脂间摩擦系数较小，升温较快时容易在受力不均时促进芯板的移动。

3.3 叠层平整

基于前面的实验结果，我们在邦定叠层操作时确保了叠层的平整性，绑定后检查同心圆效果。

板件在上机时，确认了PIN钉的垂直性，牛皮纸的平整性及叠层上机的平整性，切片值显示对位精度值达到了0.025 mm。

4 应用推广

叠层的平整性及受力的均匀性这一理念不仅仅应用于“接合+销钉”，对于其它压合方式同样适用，如单独使用“销钉”定位压合，此样品为二次压合的44层板件（20层子板+2张芯板+20层子板，子板压合使用PIN定位压合），拼板板件尺寸500 mm×600 mm。板厚6.2 mm，任意层偏位显示为0.1 mm，而生产中的常见值是大于0.2 mm。

混合定位，如“圆销+BGA局部定位”，拼板板件尺寸600 mm×660 mm，一次压合，22层，板厚4.8 mm，如切片所示BGA区域任意层偏位也只有0.05 mm。

铆合具有低成本的优势，但这里有两个问题，一是铆钉预定位大尺寸板件很难保证芯板都处于平整；二是由于铆合相对于芯板来说是个受力过程，受力的不均匀，使得芯板一端力过大从而造成定位孔芯板偏移。目前很多公司制定的措施就是围绕如何平整性与降低受力不均，如邦定+铆合”，压合使用MASS LAM方式，这或许是不错的选择，因为接合的预固定一定程度上减弱了铆合受力不均引起的偏移，垂直铆合受力不至于使芯板的定位孔偏移，但邦定往往在板厚，尺寸大小有限制，而操作很难保证预叠的板件能垂直受力，因此对于高多层板件来说，铆合并不是一个好的选择。

5 结论

在层压对位精度控制中，除了一直关注的冲孔设备精度、定位方式、定位工具板精度，升温速率等因子外，不可忽视芯板叠层平整性及板件的均匀受力，而这一理念是可以用最低成本实现层压高对位精度要求的路径，措施如下：（1）首先确认设备、定位工具是合格的，如确认PIN钉是否垂直或已经受损；（2）叠层平整性方面：不论是压机PIN工具板、圆销工具板或者接合工具板，都要确保叠层时芯板需要水平放入或者倾斜角度在2度内，确保层压定位孔无损伤；上压机的牛皮纸、隔离钢板等也必须是水平的，不要有凸出物影响压合平面的平整性。（3）受力均匀：必须使用铆合方式时，采取合理措施使一角的受力不至于过大导致芯板移动，如使用“接合+铆合”等。