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多層印制電路,現(xiàn)代印制電路原理和工藝,1,多層印制電路,,2,1 概述,多層印制電路是指由三層以上的導電圖形層與其間以絕緣材料層相隔，經(jīng)層壓、粘合而成的印制板，其層間的導電圖形按要求互連。多層印制板具有以下的特點： （1）多層板以三維空間互連，單位面積的布線密度與組裝密度高 （2）多層板可供布線的層數(shù)多，導線布通率高；兩點之間互連可以減少繞彎，實現(xiàn)最短走線，減少多層板在高頻傳輸時的延遲和衰減,3,（3）多層板導電層數(shù)多，可以把信號線之間的導電層做成地網(wǎng)，起到屏蔽作用，減少信號串擾；也可以將多層板表面導電層做成散熱圖形，用于高密度組裝件的均勻散熱； （4）多層板的信號線與地網(wǎng)層的結合，可做成具有一定特性阻抗值的微帶線或帶狀線； （5）多層板在設計過程中盡可能實現(xiàn)標準化、網(wǎng)格化，并由電子計算機進行輔助設計來提高自動化程度、圖形精密和布線密度。,4,圖10-1貫通孔金屬化法制造多層板工藝流程,5,2 多層印制板的設計,多層印制板散熱較差，設計時應考慮散熱。內層地網(wǎng)、電源網(wǎng)上的壓降，更應該考慮它的特性阻抗、信號傳輸?shù)难舆t及線間串擾。 （1）導體的電阻 （2）導體的載流量 （3）導線間距與耐壓,6,微帶線特性阻抗的計算可采用經(jīng)驗公式 Z0─微帶線的特性阻抗（Ω）； w─印制導線寬度（mm）； t─印制導線厚度（mm）； h─電介質厚度（mm）； εr─印制電路板電介質的相對介電常數(shù)。,,7,,圖10-2 多層板的微帶線與帶狀線的結構,8,帶狀線的特性阻抗可由經(jīng)驗公式 b─接地層之間的距離（電介質厚度） 當w/(b-t)0.35和t/b0.25時，上式計算的結果很準確。,,9,（5）微帶線和帶狀線的傳輸延遲 傳輸延遲主要取決于印制電路板的介電常數(shù)εr。微帶線的傳輸延遲時間可用： （ns/m） 帶狀線的傳輸延遲時間可用： （ns/m）,,,10,3多層印制電路板專用材料,3.1 薄覆銅箔層壓板 薄覆銅箔層壓板主要是指用于制作多層印制板的環(huán)氧玻璃布基覆銅箔層壓板。特別要求： 1. 厚度公差更嚴 基材厚度及單點偏差應符合GB/T12630-90中的規(guī)定 2. 尺寸穩(wěn)定性要求更嚴、更高 3. 薄覆銅箔層壓板的強度 4 .多層板的吸潮,11,3.2 多層板用浸漬材料（半固化片或粘結片） 半固化片是由樹脂和載體構成的一種片狀材料。其中的樹脂是處于B—階段，在溫度和壓力作用下，具有流動性并能迅速地固化和完成粘結過程，并與載體一起構成絕緣層。 1.為確保多層板的層壓質量，半固化片應有： 2.均勻的樹脂含量。 3.非常低的揮發(fā)物含量。 4.能控制的樹脂流動性。 5.均勻、適宜的樹脂流動性。 6.符合規(guī)定的凝膠時間。,12,表10-3 半固化片的特性及分類,13,用于多層印制板層壓的半固化片，要確保粘結性能好，能充分填滿內層導體的凹陷空隙，并注意排除層間空氣和揮發(fā)物。 足夠的樹脂含量、合適的流動性和低的揮發(fā)成分是對半固化片的三項基本要求。 從成型性能上講，選擇中流動型、凝膠時間為151～200秒（D級）的半固化片最好。,14,所謂流動固化性能，是指加熱之后樹脂熔融、膠化、硬化的情況。根據(jù)熔融粘度的高低，分為低流動型、中流動型和高流動型三種。 低流動型的半固化片，幾乎是在樹脂不流動的狀態(tài)下成型的，因此尺寸穩(wěn)定性最好；但排除氣泡和揮發(fā)成分困難，容易出現(xiàn)殘留氣泡。 高流動型半固化片是在樹脂流動很大的狀態(tài)下成型的，容易排除氣泡，但尺寸變化誤差大，掌握不好會使固化樹脂損失過多而含量不足，影響成型性能。所以，中流動型半固化片彌補了兩者的缺點，容易操作，有較好的成型性能，一般實際使用采用較多,15,2. 半固化片特性的檢測 半固化片的樹脂含量、流動性、揮發(fā)物含量和凝膠時間直接影響多層印制板的層壓過程和層壓后多層印制板的質量。 因此，對尚未使用或存放時間較長的半固化片必須進行檢測。,,圖10-8 取樣方式示意圖,16,4 多層板的定位系統(tǒng),電路圖形的定位系統(tǒng)是貫穿多層底片制作、圖形轉移、層壓和鉆孔等工藝步驟的一個共性問題，這對高層數(shù)、高密度、大板面的多層板顯得尤為重要。 影響多層板層間定位精度的因素很多，主要有： 底片尺寸的穩(wěn)定性 基材尺寸的穩(wěn)定性 定位系統(tǒng)的精度 加工設備精度 操作條件 電路設計結構布局的合理性 層壓模板與基材的熱性能匹配性,17,,,,,兩孔定位 一孔一槽定位,三孔定位 四孔定位,銷釘定位法,18,在多層板照相底片的圖形外設置三個定位標靶并用數(shù)字化編程編入鉆孔程序數(shù)據(jù)內（底片準備）→底片沖定位孔→ 制底片書夾,4.2 無銷釘定位工作過程簡述,,,,,,內層無銷釘圖像轉移,,蝕刻,,黑化,以銅箔作外層內置預先疊放好的半固化片和黑化內層,,無銷釘層壓,,裁毛邊,,銑露出定位標靶后用投影鉆定位孔,,定位鉆孔（數(shù)據(jù)鉆床）,轉后續(xù)工序,19,5 多層印制板的層壓,將已完成內層圖形加工的半成品，放在有定位銷釘?shù)膲耗０迳?，層間用半固化片隔離，然后在層壓機上、下壓板之間加熱、加壓，半固化片的樹脂發(fā)生熔融、流動并固化，從而把各層粘結在一起，形成具有內層圖形的半成品多層板。 層壓質量可用厚度允許偏差和層間孔相對位置的標準性、經(jīng)受熱沖擊和高低溫循環(huán)實驗等項測試結果來衡量 優(yōu)劣與使用的層壓機、定位系統(tǒng)、半固化片和內層表面處理、層壓工藝等因素直接有關。,20,5.1 層壓設備及工裝用具 1. 層壓機 2. 層壓模板 3. 定位銷釘 4. 緩沖材料 5. 離型紙和離型劑,21,1. 選定半固化片 半固化片的選定要點為： ①選擇玻璃布的類型； ②決定樹脂體系； ③確定半固化片的樹脂含量、流動性、揮發(fā)成分含量及凝膠時間，并對選用的材料進行驗收。,5.2 層壓前的準備,22,2. 內層板的準備 內層板在與半固化片組裝前，必須經(jīng)浸稀酸、刷輥刷洗、粗化、氧化和干燥等項表面處理。經(jīng)過這些處理，可以改變內層板的表面狀態(tài)。 其中，化學粗化和氧化可以增加內層銅導體的表面積和極性，充分改善粘結界面的結合力。,23,5.3 層壓前的疊層 1. 對疊層操作間的環(huán)境要求 ①操作間要有空調和濾塵裝置，溫度為22±2℃，相對濕度50％，潔凈等級10000級； ②應隨時清理操作間，操作者要穿戴潔凈工作衣帽和手套； ③定位模具進入層壓操作間前，應在潔凈室中先完成定位孔內脫模劑的預涂工作。,24,,圖10-10 疊層的結構 1 層壓機熱壓模；2 層壓定位模板；3 定位銷釘； 4 內層；5 半固化片；6 墊紙(厚約0.5mm)； 7 脫模紙； 8 外層單面覆箔板,25,相鄰內層板間的最低張數(shù)（n），由相鄰內層各自面上的銅導體的厚度（a＋b）及每張粘結片的玻璃布厚度（δ）決定， n ≥（a＋b）/δ 當多層板厚度規(guī)定在某值時，總張數(shù)N可用下式估算： N ＝（D －d）/δ D－規(guī)定的多層板厚度（mm）； d－薄板總厚度（mm）； δ－每張粘結片的玻璃布厚度（mm）。,26,5.4 層壓 1. 層壓質量基本要求 ①粘結層不分層、不起泡； ②層壓后不應顯布紋、露纖維和起白斑； ③受熱沖擊后不應氣泡、分層； ④內層圖形相對位置和各層連接盤的同心度必須符合原設計要求； ⑤粘結層內不應夾雜塵埃等粒狀物。,27,層壓周期的三階段 a.預壓（預固化）它是層壓周期中最重要的一環(huán)。通過預壓，實現(xiàn)層間驅趕氣泡和空隙填滿樹脂并提高樹脂的動態(tài)粘度，為加全壓創(chuàng)造必要條件； b.全壓（全固化）在加全壓過程中，徹底完成層間驅趕氣泡和空隙充填樹脂并保證厚度和最佳樹脂含量，徹底完成樹脂的固化反應。 c.冷卻 保持接觸壓力防止出現(xiàn)弓曲、扭曲等變形。,28,③ 選擇適宜層壓周期的因素 a.半固化片的樹脂流動特性 b.層壓機的加熱方式 C.VR 樹脂的操作粘度范圍,29,,圖10-11 高流動型粘結片的粘度曲線 VR 樹脂的操作粘度范圍,30,④一級加壓周期 一級加壓周期的控制較簡單，以高溫或低溫作為預壓周期的出發(fā)點均可。 ⑤二級加壓周期 二級加壓周期分低壓（預壓）和高壓（全壓）兩階段。低壓期間熔融成低粘度的樹脂，潤濕全部粘結面并充填間隙，逐出氣泡，為第二階段加壓創(chuàng)造條件。高壓階段可稱為全固化階段。正確把握加壓變化十分重要；可采用以下幾種方法來判斷加高壓的正確時機。,31,,,圖10-15 電熱式二級加壓周期 圖10-16 蒸汽加熱式二級加壓周期 L 加熱低壓段；H 高溫高壓段；C 高壓冷卻段 L 加熱低壓段；H 高溫高壓段；C 高壓冷卻段,32,6 多層印制板的可靠性檢測,多層印制板制造工序完成后，須對成品作多方面的檢測。 外觀檢查 可靠性的測試 導體電阻 金屬化孔金屬、內層短路與開路 同層內和層間線路之間的絕緣電阻 鍍層結合強度、粘結強度 可焊性、耐熱沖擊 耐機械振動以及特性阻抗等方面,33,檢測程序通常應包括工藝過程中的控制和檢查，這是保證多層印制板質量的前提。 對每道工序進行仔細的目測檢查，發(fā)現(xiàn)缺陷必須及時修正或決定報廢。計算機控制地自動化電性能測試，可以更快地對同層內和各層電路之間的電性能作全面檢測。只有通過工藝過程的全面控制與檢查，以及成品電性能檢測，才能保證多層印制板成品的可靠性。,34,Thank you!,35,