印制電路板制造中磁力線熱熔工藝研究

茍 輝 汪忠林 李 冬

（中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西 西安 710068）

0 引言

隨著5G等相關(guān)先進(jìn)電子技術(shù)的不斷提出以及電子行業(yè)日新月異的發(fā)展，為應(yīng)對(duì)解決印制電路板（PCB）生產(chǎn)所面臨的各種挑戰(zhàn)，我司新引進(jìn)一項(xiàng)磁力線熱熔技術(shù)，以提升多層印制板的層壓質(zhì)量與效率。為使該項(xiàng)工藝能夠完美適用于我司印制板的生產(chǎn)，本文從熱熔工藝原理入手并結(jié)合相關(guān)實(shí)驗(yàn)，對(duì)影響熱熔效果的各因素進(jìn)行分析研究，以期獲取最適合的熱熔參數(shù)，用于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中。

1 熱熔塊的設(shè)計(jì)

熱熔塊作為熱熔過(guò)程的直接參與者，其設(shè)計(jì)的合理與否對(duì)最終熱熔的效果有著較大的影響。磁力線熱熔原理是在高頻磁力線的作用下，熱熔區(qū)域的含銅部分就會(huì)產(chǎn)生熱量從而使得半固化片從B狀態(tài)轉(zhuǎn)固化為C狀態(tài)，從而起到黏合各層單片的效果，無(wú)銅區(qū)域就不會(huì)受到高頻磁力線的影響。在熱熔過(guò)程中半固化片由于先得融化再而固化，其必然會(huì)向外溢流，于是在熱熔塊周圍添加阻流塊能夠較好地阻止融化狀態(tài)的半固化片流動(dòng)至圖形區(qū)域內(nèi)。雖然很多板廠直接控制熱熔塊和印制板圖形區(qū)域的距離來(lái)解決該問(wèn)題。但阻流塊的存在可以進(jìn)一步避免熱熔頭與單片位置匹配不理想，過(guò)于靠近圖形區(qū)域內(nèi)、熱熔溫度設(shè)置錯(cuò)誤、熱熔頭溫度異常、熱熔擴(kuò)散區(qū)域集中單向性等不確定因素的影響。阻流塊中的銅的尺寸不能過(guò)大，過(guò)大會(huì)有該處含銅部分發(fā)熱融化半固化片的隱患。

由于熱熔塊主體的尺寸是由設(shè)備廠家規(guī)定，本文對(duì)熱熔塊距板邊距離、阻流塊大小和數(shù)量進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)位置如圖1所示，具體數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

由表1可知在距離熱熔塊12 mm時(shí)，基本熱熔的蔓延影響已經(jīng)比較小了，而當(dāng)距離熱熔塊15 mm時(shí)，熱熔則完全沒有蔓延至此。于是無(wú)其他輔助下，想要避免熱熔對(duì)圖形區(qū)域的影響，圖形區(qū)域至少離熱熔塊為12～15 mm。

表1 熱熔塊距離非熱熔區(qū)域距離的試驗(yàn)結(jié)果（無(wú)添加阻流塊）

表2的試驗(yàn)是在熱熔塊距離非熱熔區(qū)域（板邊和阻流塊）3 mm的條件下進(jìn)行試驗(yàn)的，因?yàn)閷?shí)際熱熔時(shí)是不能保證熱熔頭加熱區(qū)域與熱熔塊區(qū)域完全吻合的，得留一定的余量，該3 mm是給實(shí)際操作時(shí)留有的余量。由表2可知，阻流塊的尺寸對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量影響既無(wú)趨小性也無(wú)趨大性。阻流塊尺寸過(guò)大就會(huì)導(dǎo)致阻流塊的銅塊也會(huì)受熱，過(guò)小則會(huì)對(duì)于半固化片的阻流作用不良，起不到阻流的作用。由試驗(yàn)結(jié)果可知，在增加了阻流塊之后一定程度解決了熱熔區(qū)域擴(kuò)散的無(wú)規(guī)律性和集中單向性的問(wèn)題。配置阻流塊后熱熔擴(kuò)散區(qū)域相較無(wú)阻流塊更加均勻，呈現(xiàn)向四周擴(kuò)散的趨勢(shì)。阻流塊層數(shù)越多效果越好，但層數(shù)增多會(huì)占用圖形區(qū)域，考慮生產(chǎn)成本。綜合考慮，本文最終確定阻流塊位尺寸1 mm，間距3 mm兩層的設(shè)計(jì)。該情況距離熱熔塊的距離為7 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于不加阻流塊的12～15 mm，并且可對(duì)熱熔擴(kuò)散區(qū)域引導(dǎo)均勻擴(kuò)散的效果。

表2 熱熔塊尺寸和層數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果（距離非熱熔區(qū)域3mm）

2 熱熔溫度和時(shí)間的設(shè)計(jì)

熱熔過(guò)程中最為重要的就是熱熔溫度和時(shí)間，其直接決定熱熔的最終效果。不同于以往的電加熱方式，磁力線可以較為容易穿透印制板各層銅層，于是磁力線熱熔溫度一般僅在90～120 ℃之間。熱熔加工中考慮經(jīng)濟(jì)效益就需要高溫度、短時(shí)間的熱熔條件，考慮熱熔穩(wěn)定性就需要低溫度、長(zhǎng)時(shí)間的熱熔條件。下面從溫度和時(shí)間的配比上進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證出最佳的熱熔條件（見表3所示）。

表3 熱熔溫度時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果

3 防爆處理

熱熔工藝因其熱熔塊是預(yù)先固化的，該區(qū)域在印制板正式壓合過(guò)程中，會(huì)造成內(nèi)應(yīng)力，往往在熱風(fēng)整平工序易出現(xiàn)爆板的情況。在試生產(chǎn)的3個(gè)批次45塊印制板中，爆板分層的數(shù)量為12塊，缺陷比例達(dá)到27%。因此在壓合后需對(duì)印制板進(jìn)行防爆板處理。比較常見的處理方式是熱熔區(qū)域在鉆孔時(shí)鉆上防爆孔，以卸去該區(qū)域的內(nèi)應(yīng)力。本司是在熱熔塊上下方各添加2組孔徑1.5 mm，孔間距為3 mm的防爆孔（見圖2所示）；增加防爆孔后統(tǒng)計(jì)的12個(gè)批次印制板爆板分層的比例下降到0.65%，可見防爆孔有比較明顯的成效。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文依托于磁力線熱熔工藝技術(shù)并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)熱熔區(qū)域阻流塊、熱熔溫度與時(shí)間、防爆孔的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析研究，通

由表3可知，熱熔溫度過(guò)高熱熔區(qū)域會(huì)呈現(xiàn)發(fā)黑和熱熔擴(kuò)散區(qū)域不均勻的現(xiàn)象，并且因?yàn)楦邷囟榷虝r(shí)間的熱熔（125 ℃、70 s）其最終的熱熔固定程度也比較差，層壓后同心圓偏離基本上大于60 μm，最大甚至可達(dá)110 μm，該層壓后重合度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到我司關(guān)于內(nèi)層重合度的要求。溫度過(guò)低一方面會(huì)帶來(lái)生產(chǎn)效率的下降，并且也會(huì)造成熱熔固定程度較差。對(duì)于本司16×18 in尺寸的模板，4～18層的印制板進(jìn)行熱熔，通過(guò)試驗(yàn)得到的最佳熱熔條件為105 ℃、110 s。此條件下熱熔區(qū)域無(wú)發(fā)黑現(xiàn)象，熱熔擴(kuò)散區(qū)域均勻，并且層壓后層偏在40～50 μm之內(nèi)，符合我司關(guān)于內(nèi)層重合度的要求。過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出在熱熔區(qū)域合理增加阻流塊，能夠在熱熔過(guò)程中對(duì)半固化片進(jìn)行阻流，并一定程度上引導(dǎo)其向四周均勻擴(kuò)散。熱熔溫度與時(shí)間直接影響熱熔效果，溫度過(guò)高會(huì)使熱熔擴(kuò)散區(qū)域不均且發(fā)黑；溫度過(guò)低會(huì)降低生產(chǎn)效率，固化程度差；通過(guò)熱熔溫度與時(shí)間的組合實(shí)驗(yàn)得出最適合我司的熱熔條件（105 ℃、110 s），熱熔區(qū)域無(wú)發(fā)黑現(xiàn)象，且擴(kuò)散均勻，層壓后層偏差在50 μm之內(nèi)，符合我司關(guān)于內(nèi)層重合度的要求。熱熔工藝在熱風(fēng)整平工序極易出現(xiàn)爆板的情況，我司通過(guò)在熱熔塊區(qū)域添加2組孔徑1.5 mm，孔間距為3 mm的防爆孔，有效降低了印制板爆板的概率。根據(jù)本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)論可有效對(duì)熱熔工藝進(jìn)行一定程度的改善，以此提升印制板生產(chǎn)的質(zhì)量與效率，對(duì)印制板生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。