压合教程

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1、壓合 Lamination,元豐電子 研發處 葉文魁,講授大綱,壓合目的 壓合流程簡介 壓合機種類 疊合/內層對位方式 膠片材料之管理 壓合緩衝墊材,影響壓合條件的變數 壓合原理 壓合品質測試 壓合常見問題點 總結,壓合目的,將內層雙面板以半固化膠片(Prepreg)做為接著的介電絕緣層,經由高溫高壓後形成多層板型態 保證樹脂能夠完全固化使層與層間結合力變強,確保多層板的電氣性能和機械性能 使層壓板內部線路區域不致缺膠,也避免發生空洞或氣泡,Mass Lam 壓合流程簡介,黑/棕化,內層板,銅箔裁切,P/P裁切,鉚合,預疊合,疊板,壓合,拆板,點靶,銑靶,鑽靶,X-Ray 鑽靶,成型,下流程,

2、六層板以上,四層板,壓合機之種類,傳統液壓式熱壓機(Hydraulic) 液壓真空袋式壓合機(Hydraulic Turkey Bag) 液壓真空輔助式壓合機(Hydraulic Vacuum) 真空艙壓式壓合機(Vacuum Autoclave) 銅箔直接加熱式壓合機(ADARA),傳統液壓式熱壓機,熱盤,活塞徑,液壓真空袋式壓合機(Hydraulic Turkey Bag),熱盤,活塞徑,真空袋,液壓真空輔助式壓合機(Hydraulic Vacuum),抽氣,真空艙壓式壓合機(Vacuum Autoclave),抽氣出口,真空薄膜及不織布,鋁載盤,增壓熱氣入口,熱空氣,艙体,銅箔直接加熱式

3、壓合機(ADARA),DC電源,P = I2*R*t,優點: 熱損失小/加熱均勻/快速加熱,縮短時間/維護簡單,缺點: 浪費銅箔/鏡板規格較多,銅箔P/P 內層板 P/P 銅箔,不同種類壓合機的比較,疊合/內層對位方式,疊合(Booking)方式 Mass Lamination Pin Lamination 內層對位方式 鉚釘 (Rivet/Eyelet)定位 Pin Lamination 膠帶定位 熱熔膠定位,Mass Lam疊合方式,牛皮紙,Tray,鏡板,Pin Lam疊合方式,牛皮紙,Tray,鏡板,膠片(PREPREG)材料之管理,適當之儲存條件: 25以下,50 % RH以下 儲存

4、條件之影響 *高溫之影響-PREPREG之硬化時間變短,樹脂流量降低壓合時易發生氣泡或白點 *高溼之影響-PREPREG揮發份增加壓合時PREPREG樹脂量增加壓合時易發生氣泡或白點壓合時影響硬化時間,可能造成層間分離或鼓起現象 *灰塵之影響-造成銅面不潔,Pits &Dents (PND)等問題造成內層板與PREPREG間接著劣化或殘留異物,STORAGE TEMP. v.s. GEL TIME,0,7,14,21,TIME,day,10,30,50,70,90,110,130,GEL TIME, sec,25,50,MOISTURE INFLUENCE ON CURING TIME,0,1

5、5,30,45,60,50,100,High moisture content高含水率,Low moisture content低含水率,Cure Temp. 170,Conversion % 反應程度,Curing Time (min),PREPREG MOISTURE ABSORPTION,0,2,4,6,8,10,12,14,Time (Hrs),0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,100 % rh,70 % rh,50 % rh,Water uptake,w%/resin basis,壓合緩衝墊材,1.功能:阻熱&散壓作用 2.常用材料:2-1.UBKP (Kraf

6、t paper)基重(140250 g/M2)使用次數使用張數2-2.TOP BOARD溫昇速率管理壓合次數管理工作尺寸管理(分佈,壓力均一性)2-3.SILICON RUBBER壓合次數管理,緩衝材料(Cushion Material)之影響,緩衝墊材厚度與溫昇速率關係,Steam heated press,cold start,100,175,150,Minutes,5,10,0,0.25,0.50,0.75,1.0 mm,影響壓合條件的變數,加熱速度 最高加熱溫度 壓合時壓力與時間配合 材料硬化時間 PREPREG的特性(樹脂含量、樹脂流量、膠化時間) 多層板的規格(內層銅箔厚度、內層回

7、路殘銅率、導線間距、絕緣層厚度等),加熱速度對黏度之影響,快溫昇,慢溫昇,時間,壓合中樹脂黏度變化,低,高,變成固体,黏度太高己不適合流膠,有效之工作黏度範圍,黏度太低而水化,加熱速度對製程品質之影響,溫昇的影響,5,10,Minutes,Cold start steam heated,Pre-heated electric,Cold start electric,100,150,175,Hot and cold start heat-up,壓合原理,目的: 使各層間完全密合無空洞發生,且無分離現象 主宰壓合成敗之三大要素: 上壓時機 壓力管理 溫度管理 影響基板特性項目: 剝離強度 電氣特性

8、 板厚/厚度 板彎/板翹 基板外觀冄,膠片樹脂的硬化程度(樹脂三態變化),樹脂變硬或達到好的附著力 反應基本結束 結構形成一個很好的電路基礎 結構能夠承受電路板加工過程中的耐熱性及抗化性,WET CLOTH,FINISHED PREPREG,CURED LAMINATE,加熱時間,樹脂特性,+,+,當樹脂在壓合機內硬化,樹脂結構便完全建立,Tg,A-STAGE,B- STAGE,C- STAGE,膠片的樹脂流變行為(黏度變化),流變行為:樹脂在壓合期間之特有性質溶融 流動/變形 膠化 典型樹脂溶融黏度圖,Gelation,Max viscosity,Flow time,Flow start,M

9、in viscosity,232,696,1160,1624,Temp. Time,75,80,85,90,95,100,110,120,130,140,150,壓力管理,目的: 產生流動 驅趕氣泡 受壓力影響之品質項目: 基材外觀(白角/織紋顯露/皺折/滑板) 介電層厚度均勻性 樹脂間結合力 尺寸安定性 壓力設定考慮因素: Prepreg黏度特性 昇溫速度 壓合方式 一段壓/多段壓 非真空式/真空式 板面面積大小/形狀,壓力計算原理,Fx,Fy,-F,P =,F,A,=,待壓面積X排版數X單位壓力,活塞(Piston)截面積,壓合的CYCLE,(A)冷壓(COLD START) (B)熱壓(

10、HOT START),30 60 90 Time(min),Temp.(),200,185,100,140,5 Kg/cm2,25-35Kg/cm2,壓力,溫度,25-35Kg/cm2,5 Kg/cm2,壓力,30 60 90 Time(min),Temp.(),200,185,溫度管理,目的: 提供樹脂流動及聚合反應所需的能量 受溫度影響之品質項目: 耐熱性(Tg) 基材外觀(白角/DRY/皺折/滑板/板彎板翹) 介電層厚度均勻性 樹脂/玻璃纖維/銅箔間的結合力 尺寸安定性 溫度設定考慮因素: 加熱速度-壓合方式/加熱方式/壓合厚度/銅皮厚度/緩衝材料 硬化溫度-硬化程度 硬化時間-壓合時程

11、,HEATING RATE(溫昇速率),0,60,120,minutes,50,100,150,180,Lamination window,80,130,10 MLB per daylight temperature rise 801301.52.0/min,Press platen,MLB NR-1,MLB NR-3,MLB NR-5,壓合條件設定,壓合成型條件: Press 壓合條件溫度與壓力參數會隨疊板張數不同,設定不同最適化溫度壓力參數設定方法,需要採溫度素線(Thermal couple)測試溫昇速率與壓合後流膠狀況來調整 溫度設定 壓力設定 真空設定,典型壓合條件示意圖,0,20,

12、40,60,80,100,120,140,160,180,200,220,20,40,60,80,100,120,140,160,180,200,Time (min),0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,Temp.,Pressure,Kg/cm2,Platen Temperature,25-35 kg/cm2,Laminate Pressure,5 kg/cm2,Temp.165,Time50min,壓合品質測試,拉力測試:測試銅箔與樹脂間的附著力 漂錫測試:錫爐溫度288/浸泡10sec 5回 Time to delamination:錫爐溫度288/浸泡 5

13、min或TMA(260) 10 min以上 板厚測定 PCT(121/2 atm/168 hrs)Thermal shock(-65 155/1000 cycle)For BGA,壓合常見問題點,板厚不均 拉力不足 板彎/板翹(WARP/TWIST) 層間分離(DELAMINATION) 粉紅圈(PINK RING) 層間對準不良,白角/白邊(WAC/WAE) 織紋顯露(Weave exposure) 微氣泡(Microblisters) 壓合氣泡(Blisters) 白點(Measling),板厚不均/拉力不足,壓合時壓力不均 組合疊置偏移 壓力不足、黑化不良、壓力溫度不夠,板彎/板翹(WA

14、RP/TWIST),內層板 & PREPREG機械應力方向管理 製前設計組合結構不當 機械應力(裁切、沖、剪、刷磨) 製程熱應力殘留 Baking(下料、B/O、壓合後、Drill後、L/Q S/M、HAL、成品) 壓合工程(壓力、FLOW) 應力消除 & 矯正,層間分離(DELAMINATION),材料吸濕(內層材/ B/O /成品板Baking) 儲存不當(儲存條件505 %RH、222) 異物污染 SMT/IR作業條件異常 PRE-HEAT太短 溫度分佈不均 溫昇太快 基材硬化不足(UNDER CURING),粉紅圈(PINK RING),DRILL(孔壁粗糙度、釘頭) 壓合基材 Under curing不足現象 PTH&電鍍 Desmear & 1st Cu B/O 黑化線追加還原(Post dip)製程,