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多基板的制造过程

来源:PCB资源网 作者:PCB资源网 发布时间:2008-10-05 发表评论

多基板的生产是通过使用预浸材料把内基板和外基板粘接在一起的。作为早期的解释,预浸材料是用部分硬树脂注入的玻璃纤维织布。把独立的层排列在压力设备中并进行粘接,以防止各层对不准。


粘接之后,被粘接的层还要进一步生产为双面镀通孔电路板。钻孔期间,由于环氧树脂在钻孔处留有污点,在通孔电镀之前,需要清洗通孔壁。


在多基板中,外层可能由铜箱和预浸材料组成,或由单面或双面覆铜基板组成。内层是由经过双面覆铜、刻蚀(制作设计好的导线)和镀通的基板材料组成的。


内层的蚀刻是用标准的印制电路技术制作的。粘接之前,为了预防想要的孔被遮蔽,对每一层进行非常仔细的布局设计是很重要的。B 阶段的每层和基板需要有不同的孔排列。为了防止树脂流入排列插脚,在预浸材料上加工和校正的孔径必须比导体焊盘的直径大1. 25mm 。另一方面基板上的孔径必须比放置在它们之上的焊盘小1. 25mm 。


下面以四基板结构为例来说明这一过程。在图11 -4中显示了这个过程的步骤。它们主要由两个单面基板和一个有两层预浸材料薄片的双面基板组成。这个过程的开始要制作所有需要的板的夹层结构,然后按照从底到顶的次序堆叠。
1 )绝热材料( a) 控制温度上升率;
2) 底部基板设备或后部板(b) ;
3) 释放材料薄片(c) ,例如聚四氟乙烯玻璃纤维织布;
4) 底层电路板(d) ;
5) 预浸材料(e) ;
6) 内层电路板(f) ;

 

7) 预浸材料(g) ;
8) 顶层电路板(与d 一样的h) ;
9) 释放材料薄片;
10 )顶部成层设备;
11 )绝热材料。

2 成层
在层压压力机中进行的粘接与覆铜基板的制造类似,排列完不同的层以后,各压层之间构成三明治结构。根据预浸材料的性能,成层需要详细而精确的时间/温度/压力周期。


在成层期间,当加压时,树脂由于高温而变软;它在板之间流动填满所有的空白之处。同时,由于发生聚合反应,材料硬化,这样两个内层铜层就很好
地嵌入在树脂中,形成了单一的、结实的板面。


粘接压力是150 -300N/cm2 。根据使用的预浸材料的类型、层数和压力堆的厚度选定处理温度和时间。


在超压力舱(高压釜)中,使用气体或油类来传送压缩力,并加热压力堆。压力堆以层叠的状态被放置在平台上,平台上有一个真空设备接头、密闭的真空温度和抗压筒。一旦压力舱被填满,它就被关闭,并且注入惰性气体和油类。均衡的粘接压力(在所有的方向压力应尽量均匀)是80 - 200N/cm 2 。图11-5 所示为多基板原型设计的典型成层压力。

 


与水压相比,在压力舱中不同压力大小可能同时粘接。这种粘接方法的优点是提高了热传递,并具有更好的热时间梯度。压力的全面应用对多层堆有特别积极的影响。它防止树脂流动,在玻璃纤维织布中,树脂流动是压力的主要原因。如果没有这种自然的压力,空间稳定性、扭曲/翘曲和厚度公差都会得到极大的提高。而且,在板中将不产生树脂短缺。对于真空粘接(压力室压力、真空结构或真空高压釜)需要较低的粘接力。在有较低粘接力的多基板中,产生的压力较少,这使得内层空间具幸有相当好的稳定性,改善了厚度公差,并减少了内层的对准偏差。因为,在真空室中熔点降低了,这样就可以制成挥发性元器件,包括实现了无孔的多基板。


在粘接期间,为了使多基板的不同覆铜层按照布局设计达到一个精确的排列,需要一个定位系统,这个定位系统可通过在产品板中或在个别层中钻一些定位孔来完成。惟一例外的是在四层多基板中使用浮动粘接。这包括内层预浸材料和铜箔的粘接,对外层也使用同样的方法。在多基板的定位孔中,内层的孔位(定位标记)可通过镜和钻完成。每一个生产步骤都影响着多层印制电路板的内层定位。随和层数增加和焊盘尺寸减小,错误定位的概率响应增加。Hinton (1992) 阐述了在多基板中解决内层定位问题的多种方法。

粘接多基板时,温度的冷却率必须要尽可能地小。因为当在压力堆中,太大的温度梯度会引起最外层和最里层之间产生不同的收缩率,从而引起了多基板的变形。在极端情况下,可以关闭压力冷却系统,使多基板的冷却时间达到2h 或更多。

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3 成层后期处理
从模具中取出之后,要按照设计需求对基板进行绝缘性检查。板也可能通过X 射线进行检测。然后,裁齐多余的材料和钻孔,调整钻孔的供电和速度,使得毛刺和环氧污点达到最少。


在多基板的钻孔进行电镀之前,孔壁必须很好地清理。这是因为钻孔时可能会使树脂温度上升到玻璃转换温度以上,变软的树脂由于钻的冲击会涂污内层铜的末端表面。一定去除涂污层,在孔壁表面仅有铜层出现,从而更好地完成内层间的互连,不使任何一条连接受阻。涂污层的厚度一般是2 - 6μm ,但是,如果钻孔的参数选择不恰当,涂污层的厚度可能会达到12μm 。孔壁清洗可以使用化学方法或等离子体去污来完成。在各种可用的化学方法中,高锰酸钾的三步清洗法是最适合的,也是应用最普遍的方法。


在多层通孔中,使用直接电镀法对不同导线层之间进行电气连接是一种对环境无危害的方法。一旦孔被清洗之后,使用碳粉或钯(对环境没有影响)镀
膜,应用电流使金属铜从硫酸铜溶液中沉积在孔上。该铜层在不同的导线层之间起到连接器作用,并加固外部导线。对于基底而言,通孔电镀属于微波工程,可以通过使用标准的直接电镀的方法完成。一些基底需要额外的蚀刻过程,作为标准的直接电镀过程的一部分。使用类似的方法,可以制造出有许多内层的多基板。然而,对于层数较多的情况,生产场地和价格成为了主要的限制因素。


4 多层打孔
用自动设备对双面板和多层印制电路板的覆铜层的打孔技术是一样的,如果多基板设计包括埋孔或盲孔,还需要更多的打孔步骤。


5 多基板层叠规则
按照表11-1 中规则进行多基板的层叠设计(经印制电路板股份有限公司允许)。

 

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