(工艺技术)棕化、层压工艺规范

1、目的：规范层压工序制程能力的管控。

2、范围：适用于层压工序制程能力的管控。

3、职责：
3.1层压工序工艺工程师按规范要求管控该工序制程能力；
3.2技术中心负责该规范的编制与更新。

5、制程目标
5.1产品能力：详见附件三《层压工序产品能力参数表》
5.2设备能力：详见附件二《层压工序设备能力参数表》
5.3制程能力：详见附件四《层压工序制程能力参数表》
6、工序资源
6.1设备资源：详见附件六《层压工序设备列表》
6.2物料资源：详见附件五《层压工序物料列表》
7、基本原理
7.1棕化
内层芯板经过棕化处理后，在铜面形成一层均匀的棕色有机金属膜，可增强铜面与半固化片的结合力，同时在高温压合过程中，阻止铜与半固化片的氨基发生反应。

产品实现的基本原理有药水作用原理、设备作用原理等。

7.1.1棕化反应机理
7.1.1.1酸洗
酸洗的主要作用是去除铜表面氧化物，中和残余退膜液，粗化铜面，保证稳定的微蚀、成膜及着色。

酸洗段的主要成分为过硫酸钠（NaPS）、H2SO4。

其反应机理如下：
Cu+CuO+H2SO4+Na2S2O8→2CuSO4+Na2SO4+H2O
影响酸洗效果的因素及影响趋势如下：
7.1.1.2碱洗
碱洗的主要作用是去除铜表面的油污、手指印、轻微氧化物及抗蚀剂残渣。

碱式除油剂主要成分为NaOH和H2O。

其反应过程是利用热碱溶液对油脂的皂化作用和乳化作用来进行除油。

7.1.1.3水洗
棕化线在酸洗、碱洗、棕化之后均有水洗段，主要目的是去除酸洗、碱洗、棕化缸在板面残留的药水，避免污染下一道工序。

7.1.1.4预浸
预浸的主要作用是活化铜表面以利于棕化处理快速均匀，增强结合力。

预浸段的主要成分为活化剂（成分为苯并三唑，乙二醇单异丙基醚和水）。

1 活化剂浓度活化剂浓度是影响预浸段的主要影响因素，浓度过低，活化效果不佳会影响后续棕化效果。

2 温度根据阿伦尼乌斯方程：lnk=lnA-Ea/RT。

其中k为速率常数，Ea为实验活化能，A为指数因子。

当温度越高，速率常数越大，反应速率越大。

但温度过高，又不利于药水控制与维护。

3 时间预浸活化需要一定的作用时间，预浸时间不够，活化效果不佳会影响后续棕化效果。

7.1.1.5棕化
棕化的主要作用是粗化铜面并在铜表面形成一层均匀的棕色有机金属转化膜以增强多层板内层结合力。

棕化的主要成分为苯并三唑、硫酸和水。

其反应机理如下：
2Cu+H2SO4+H2O2+nA+nB→CuSO4+2H2O+Cu[A+B]n
有机物A为：乙二醇单异丙基醚；
其作用机理：1、参与半固化片环氧树脂聚合；2、与含N的杂环化合物B和金属铜形成化学键。

杂环化合物B为：苯并三唑
其作用机理：1、与基体铜结合；2、通过有机物A的桥键与环氧树脂结合；3、化合物B分子之间通过Cu2+以配位键形式连接，增加了棕化层的厚度和平整性。

序号影响因素具体影响
1 H2SO4浓度H2SO4浓度影响微蚀速率和棕化剥离强度，随着H2SO4浓度的增大，微蚀速率增大，H2SO4浓度过低，微蚀速率低，微观粗糙度小，剥离强度低，H2SO4浓度过高，溶液PH值高，不利于棕化膜在铜面沉积。

2 H2O2浓度H2O2浓度是影响影响微蚀速率、棕化剥离强度的关键因素，随着H2O2浓度的增大，微蚀速率增大，H2O2浓度过低，微蚀速率低，微观粗糙度小，剥离强度低，H2O2浓度过高，蚀铜量大，不利于内层铜厚和线宽控制，棕化膜发红，耐化学性下降。

3 棕化剂浓度棕化剂浓度影响棕化膜的质量、棕化剥离强度，随着棕化剂浓度的增大，剥离强度增大，棕化剂浓度过低，棕化膜在铜面覆盖率低，剥离强度低，棕化剂浓度过高，剥离强度不再增大，药水成本增加。

序号影响因素具体影响
4 Cu2+浓度Cu2+浓度影响影响棕化膜的质量、棕化剥离强度，Cu2+浓度过低，不利于棕化膜在铜面沉积，所以新开缸时需保留部分原液，保持一定的Cu2+浓度；Cu2+浓度过过高，缸底或缸壁析出黑色结晶, 药水消耗量大，成本增加，且剥离强度下降。

5 温度温度影响微蚀速率，根据阿伦尼乌斯方程：lnk=lnA-Ea/RT。

其中k为速率常数，Ea为实验活化能，A为指数因子。

当温度越高，速率常数越大，微蚀速率越大。

温度过低，微蚀速率低，微观粗糙度小，剥离强度低；温度过高不利于药水控制与维护。

7.2烘板
烘板的作用主要体现在以下两个方面：对于内层经过电镀的板棕化前烘板的主要作用为去除水分，此阶段的温度和时间可以按参数上限设置。

对于棕化后烘板的主要作用为①去除水分，防止后续层压板因内层芯板吸潮引
7.3叠合（含预叠）
棕化后需要对内层芯板进行预叠和叠合，预叠是通过邦定或铆合等定位方式把内层芯板、半固化片按ERP 的叠层结构指示信息固定起来，防止后续压合过程滑动出现层间偏位。

铆合方式是通过铆钉将内层芯板、半固化片固定起来，而邦定方式则通过高频电磁波穿透内层铜网，加以邦定头施加的热量将半固化片熔合，在一定的压力下将内层芯板与半固化片固定在一起，其中邦定方式的定位作用强于铆钉铆合方式。

对内层芯板比较薄，对位精度要求高的板进行预叠时，优先采用邦定+铆合方式生产，而对超出邦定能力范围的、对位精度要求不高的板则可采用铆合方式生产。

叠合是以钢质载板为底盘，放入一定数量的缓冲材料，中间一层分离钢板一层预叠板，预叠板与预叠板、钢板与钢板之间上下左右需对准，再放入牛皮纸及盖板即完成一个开口的组合。

叠合产品实现的控制点为层间对位、板面清洁，基本原理有物料作用原理、设备作用原理等。

7.3.1物料作用原理
7.3.1.1铆钉
铆钉的主要作用是完成内层芯板与半固化片的固定，防止压合过程出现滑动。

影响该作用的因素及趋势如下：
7.3.1.2钢板
7.3.1.3缓冲材料
缓冲材料的主要作用在于均热均压、防滑。

一般的缓冲材料为牛皮纸。

特殊的缓冲材料有如：硅胶片（主要用于冷板压合，其可压缩性、均衡压力、温度的性能均优于牛皮纸）、pacopad（用于铝板厚度较大、形状较为复杂的冷板压合，可防止局部溢胶过多，其导热性及可压缩性均优于硅胶片）。

影响缓冲材料作用（主要为牛皮纸）
7.3.1.4蜡布
蜡布的主要作用在于清洁铜箔和钢板，避免出现层压杂物和铜箔起皱缺陷。

蜡布质量不佳，掉蜡在铜箔上，引入新的杂物，多次使用后蜡布变脏会影响清洁效果，需及时更换。

大，会导致钢板划伤及钢板的厚度变薄、平整度变差。

红外线定位系统保证叠合时每层板均处于相同的位置，保证压合
时压力、温度的均匀性，避免压合时滑板。

无影响因素。

7.4压合
压合是在高温高压条件下利用树脂（半固化阶段）的流变行为，完成对内层线路空隙的填充，使各线路层粘结在一起，获得多层印制电路板。

产品的控制为层压板外观、厚度、内层对位精度、热性能、翘曲度，基本原理有物料作用原理、设备作用原理、产品设计影响。

7.4.1物料作用原理
7.4.1.1半固化片
半固化片作用是粘结各层线路层，并起绝缘层的作用。

其主要成分是树脂、填充物和玻璃纤维布。

（1）树脂是热固性材料，应用到PCB主要有酚醛树脂、环氧树脂、聚四氟乙烯等，目前常用的是环氧树脂。

环氧树脂是泛指分子中有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，其环氧基团可以位于分子链的末端、中间或呈环状结构。

由于活泼环氧基团的存在，环氧树脂与固化剂在一定的条件下发生固化反应，生成立体网状结构的产物，从而显现出各种优良的性能。

最常用的环氧树脂是由溴化的丙二酚制成的耐燃性环氧树脂，称为FR-4环氧树脂。

其各组分的作用：
①单体：常见的有双酚A、环氧氯丙烷等，与固化剂发生交联反应，成为固体聚合物。

如双酚A型单体结构如下：
②固化剂：双氰胺、PN等固化剂，在有促进剂下和树脂发生固化反应。

常见的固化反应机理如下：
双氰胺作为固化剂时：
PN作为固化剂时：
③促进剂：2-甲基咪唑等，加快单体与固化剂的交联反应
④溶剂：二甲基甲酰胺、丙酮等.
（2）填充物：碳酸钙、氢氧化铝等，其主要作用是增加阻燃效果、调整Tg和CTE值。

（3）玻璃纤维布：一种无机物经过高温融合后冷却成一种坚硬的非晶态物，然后由经纬纱纵横交织的补强材料。

一般采用的玻璃纤维布均是采用平纹布。

相比其它布（如斜纱、锻纹等组织）具有断裂强度大，尺寸稳定性好，不易变形，重量厚度均匀的优点。

玻璃纤维布的基本性能有：经纬纱种类、织布密度、厚度、单位面积重量及断裂强度等。

半固化片在压合过程中，存在三个阶段：
整个压制升温过程，是B-stage树脂从难以流动的粘弹态逐渐变为胶凝状的变化过程。

在这个过程中，树脂于高温下进行熔融和流动，并同时完成对玻璃纤维空隙的进一步浸润且赶出气泡。

树脂的流动性逐渐增加，随着分子链的不断增长，随即发生交联作用，而随着交联程度的不断增加，它的流动性又成指数规律下降，最后达到不再流动的固化态。

多层板生产中，半固化片必须满足填隙充分，排除空气及挥发物，保留一定的介质层厚度，主要的影响因素序号影响因素具体影响
1 树脂含量树脂含量直接决定填隙填胶效果的可实现性和压板后的介电层厚度，树脂含量低，容易导致缺胶、分层、白斑；树脂含量高，流动度大，填充性能好，但容易造成压合过程中层间滑移。

2 树脂流动度树脂流动度直接决定树脂能否流动到需要填胶的区域，树脂流动度低，容易导致板内留有气泡、分层；树脂流动度高，容易造成压合过程滑板、白边白角、翘曲及铜箔起皱。

3 凝胶时间凝胶时间反映树脂的固化速度，凝胶时间短，容易导致板内留有气泡、分层。

4 挥发物含量挥发物含量偏高，容易导致板内留有气泡、空洞。

5 存储环境存储环境主要影响着半固化片的性能。

温度低，湿度高容易使半固化片吸潮，从而引起分层；较长时间高温放置，凝胶时间降低，导致板内留有气泡、分层。

6 加压时机加压时机一般参考树脂在热压中的熔融粘度，理想的加压点一般为熔融粘度的最低点，其作用如下：
1、树脂与铜面之间充分接触与结合；
2、提高树脂流动速度，尽快均匀地填充导线间的空隙；
3、将树脂反应产生的气泡挤到板边。

加压过早，将导致过多的低粘度树脂被挤出，板厚偏薄甚至缺胶，在后续工艺流程中产生分层；加压过晚，将会出现空洞缺陷。

7 加压大小压力小，树脂不能填充满导线间隙，不利于层压板品质；压力大，流胶过多，板内应力大，且容易滑板，影响层压板板厚及品质。

8 加压方式真空层压机一般均使用多段加压。

各段的作用机理如下：
初压：把板料压实，提高传热速率，驱赶层间夹杂空气。

初压不可太大，树脂尚未流动，压力太大，玻璃纤维布将承受大的剪切应力，变形严重；
中压：将熔融的流动树脂顺利填充并赶走胶内气体，防止一次压力过高带来的铜箔起皱、空气通道封锁等；
高压：完成最后的填隙、赶气，使树脂与铜箔牢固结合。

9 升温速率升温速率影响树脂粘度变化和凝胶时间，进而影响层压板板厚均匀性、填充性能及排气效果。

升温速率慢，树脂黏度大，流动性差，易产生空洞、白斑缺陷，压合时间长导致生产效率降低；升温速率快，流动窗口小，树脂来不及填充导线间隙，不易掌握加压时机，易出现滑板、起泡、分层、空洞缺陷。

7.4.1.2铜箔
铜箔是生产多层印制线路板不可缺少的原材料，是外层图形制作的基础。

按制造方法分为压延铜箔与电解铜箔。

由于电解铜箔对基材的附着力较强，故刚性板一般使用电解铜箔。

7.4.1.3离型膜
离型膜是具有不粘性能和高温蠕动形变性能的塑料薄膜，其在压合过程中的主要作用是防粘、阻胶。

一般用于盲孔板、局部混压板及一些散热冷板的压合。

特殊离型膜如pacovia则用于局部混压，其阻胶性能优于一般的
7.4.2设备作用原理
压机大多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。

如下图所示：
序号设备系统作用及影响
1 机体系统机体系统是压合的场所，影响压机机体系统对压合作用的因素是热盘平整度，其直
接影响压合板的厚度均匀性及翘曲度。

2 加热系统
加热系统主要提供压机压板时所需要的热能，要求其满足材料固化反应的温度条件。

热煤油加热工作原理是在热盘中加设油管，先将热煤油在机外的加热交换器内进行加热，然后将热油通入热盘内。

电加热的原理是直接通过电加热管对热盘进行加热。

加热系统对压合作用的影响因素为热盘温度均匀性，温度均匀性差会导致传热不均，从而影响局部树脂流动均匀性差异和固化效果。

序号设备系统作用及影响
3 冷却系统
热压后的板降温须均匀，各层同步降温，以免造成局部冷却太快产生板翘。

按冷压设备，可以分为冷热同台和单独冷压机，具体工作原理如下：
冷热同台：热压成型菜单运行到降温段时，冷却塔提供的冷却水通过一热交换器带走热煤油的热量，使各热板降温。

其温度变化连续均匀，不会翘曲，尺寸稳定性好，但降温时间长，生产效率低；
单独冷压：单独冷压是由封闭循环的软水完成，由冷却塔提供的冷却水通过一热交换器不断带走软水的热量，从而达到冷却产品的目的。

单独冷压能提高生产效率，但从热压机中出炉后温度差异大，易板翘，内应力大，尺寸稳定性差。

4 抽真空系统
采用真空方式，可降低层压压力，减少内应力与尺寸变形。

采用真空方式后，把叠层间的空气、湿气、挥发物抽走，多层板内不易出现气泡、空洞、分层、白斑、白边角等缺陷。

抽真空系统对压合作用的影响因素及影响趋势如下：
1）真空度：真空度的设置偏低，易出现气泡、空洞、分层、白斑等缺陷；
2）抽真空时间：抽真空需要一定的时间完成，时间不够，真空度不够，易出现气泡、空洞、分层、白斑等缺陷。

5 回流线
回流线是连接层压内围排板台、压机、层压外围卸板台的重要设备。

回流线的运行速度、运行精度、运行平稳度等都会影响压合过程的生产效率。

7.4.3产品设计影响
项目影响
图形区域图形区域局部有大的无铜区，容易引起铜箔起皱，尤其是封闭的无铜区，容易引起分层起泡。

叠层设计叠层结构设计不对称的电路板层压后会形成翘曲。

这里所说的不对称，主要是指板材类型、芯板厚度
和半固化片结构，这些因素共同影响着层间应力分布。

应力与翘曲的关系如图所示，受力分析时用等效切向力S来代替层间应力积分，S产生的力矩为M。

假设翘曲形状为圆弧，翘曲角为θ。

在压合过程中，等效力S破坏了芯板的力学平衡，在力矩M的作用下开始弯曲，芯板两侧形变产生了抵抗弯曲的内应力，形成“抵抗”力矩，两个方向的力矩最终达到平衡，弯曲过程停止。

根据几何关系可得：曲率K=12M/E*a*h3，a、h、E分别为芯板的宽度、厚度和弹性模量。

具体参考《翘曲度分析研究》。

叠层设计半固化片选用多张料时，容易引起压合时滑移，从而影响对位精度。

板边设计板边设计不同图形时，对涨缩及板厚平整度均有一定的影响。

具体参考《内层板边图形设计对涨缩的影响分析》。

项目影响
内层芯板选取内层芯板选择较薄芯板时，容易导致预叠时芯板被打爆，引起压合过程的滑移，从而影响对位精度。

内层芯板采取厚铜芯板时，一般选取多张料的叠层设计，其容易引起压合滑移，影响对位精度。

内层芯板选取的厚芯板当不能采用PE冲孔时，当其和较薄芯板进行铆合时，由于压合前涨缩不一致，有时会引起铆合不上或铆合不良，从而引起偏位。

7.5钻靶、铣边
钻靶、铣边的作用是利用基材和铜透光性能差异及X-Ray的穿透性原理（P3为CCD抓靶）进行钻靶，进而通过机械加工获得标准尺寸的层压板。

为了满足钻靶、铣边的不同要求和得到尺寸精度良好的层压板，必须选择合适的钻
设备名称作用原理影响因素
钻靶机利用基材和铜透光性能差异及X-Ray的穿透性原
理（P3为CCD抓靶）进行钻靶，为铣边、钻孔
提供定位孔。

光学靶标如图：
1、钻靶精度，其影响定位孔精度。

定位孔精度不好，
后续钻孔精度无法保证。

2、测量精度，其影响涨缩测试的准确性。

涨缩测试不
准确，钻带准确性差，易致整板孔偏。

铣边机利用钻靶机钻的三个定位孔通过机械加工得到
标准尺寸的层压板。

铣边转速、行速是影响铣边效果的主要因素。

铣边转
速及行速控制不佳时，铣边精度差，铣边时容易滑板，
导致铣边进图形，同时毛刺多，严重时引起沉铜孔内
铜瘤。

8、工艺原则
8.1.参数设定原则（具体参数见附件一《层压工序生产参数表》）
参数类别项目设定原则
设备参数酸洗压力用棕化线最大制作尺寸的板，按正常参数过一遍，要求板面无氧化物。

碱洗压力用棕化线最大制作尺寸的板，按正常参数过一遍，要求板面无手指印等油迹。

水洗压力通过实验室对棕化线离子污染度测试结果设定，保证棕化后离子污染度合格。

8.2生产控制原则8.2.1棕化
②药水控制
③操作控制原则
8.2.2烘板
8.2.3叠合（含预叠）
8.2.4压合
8.2.5 钻靶
8.3特殊产品原则
对于层压来说，特殊产品原则主要体现在压合参数的不同，其参数是根据特殊结构板制作方法及特殊结构基
8.4前后工序关联
②对后续流程影响
9、工艺维护
9.1工艺工程师根据生产线特点制定工艺维护计划和工艺控制表，交付审批实施；
9.2工序员工执行工艺维护计划和工艺控制表规定的维护项目，工艺工程师需监控各项维护内容得到切实的执行。

9.3 对于工序关键维护保养项目，由工艺工程师执行或主导进行维护保养，维护情况记录在《层压工序制程状态监控表》。

9.5关键维护说明
10、制程监控
制程状态监控：制程工艺工程师需每天对工序的设备状态、药水状态、环境状态、维护保养情况、生产参数、产品品质状况进行检查，以确保制程处于受控状态，能够生产出满足质量标准的产品。

工艺工程师需将每周制程
注：选用2.0mm与0.5mm的覆铜板各一张，将2.0mm的覆铜板铣通
槽
②将感温线的工作端用红胶带固定在两块覆铜板之间
③在埋好感温线的覆铜板上下各加一张离型膜，与生产板一起排板
叠层，进入压机后，将感温线探头插入压机内测装置中
3.统计同一时间的各点极差最大值
序号测试项目测试频率测试方法测试标准
5 温度均匀
性（P3）
3月/次
1.测试物料：
热电偶式温度测试仪、2-4m长的耐高温测试线
2.测试方法：
①现取同钢板等大的牛皮纸，分别在纸上选取A、B、C、D、E
共五个温度测量点，其中E在中心位置，其它点距钢板边缘
2-3inch。

将感温线的工作端放置于开口的5个位置，具体分布
见下图：
②将感温线上下各放25张牛皮纸（依据规范正常牛皮纸要求10
新+15旧），选择需要测试的温度程序，按正常生产流程开机，
从E点的温度升到70℃时开始记录，每隔5min测量上述各开口
1点的温度并记录，当E点温度达140℃时停止记录。

③统计同一时间段的温度极差（取90-100℃左右的一组即可）
极差≤15℃
不合格时应通知
设备部进行检查
6 升温速率
每月
（RO4350B
频率为3
月/次）
1.测试物料:同“温度均匀性测试”（含S1141、IT180A、N4000-13、
R04350B）
2.测试方法:同“温度均匀性测试”
3.升温速率计算以E点为准，计算80-140℃的升温速率，即升
温速率=（140℃-80℃）/升温时间（P3为70-140℃）
4.计算料温最高温度在150℃或180℃以上保持时间
5.RO4350B材料的升温速率计算以107-121℃、121-177℃两段
计算
S1141:升温速率
1.5-
2.5℃/min
（P3为1-3℃
/min），150度以
上时间40-60min
IT180A：升温速率
1.5-
2.5℃/min
（P3为1-3℃
/min），180度以
上时间60-80min
11 制程改善
11.1 影响工序产品实现的工艺问题，工艺工程师需综合考虑严重性、紧迫性、连续性，确定改善的重点事项及优先顺
序；
11.2 较为紧迫的改善项，在专项分析改善前需有临时性的处置措施，以将产品损失降到最小。

专项分析改善，需对现场进行充分调查分析，确定合理可行对策措施并进行验证。

11.3 工序进行专项改善后，明确的、可重复检验且有效的工艺措施，需及时整合到作业指导书中，并对员工进行培训，以提升制程的稳定性和员工的操作技能；
11.4 经工艺负责人确认，工艺工程师通过专项分析和改善，确缺乏能力解决的共性复杂技术问题，按照《技术需求管理规范》要求，填写《技术攻关申请表》，经工厂负责人、系统负责人、总工程师审核批准后，由技术中心项目管理部组织立项列入年度规划项目攻关研究。

11.5 技术转化工作：该工序工艺工程师需配合技术中心研发工程师进行涉及该工序的技术转化工作，以提升该工序的制程能力、产品质量等。

12 偏差处理
12.1 作业指导书：工艺工程师识别的作业指导书与生产操作的偏差，需及时组织改进，以确保作业指导书对生产操作的有效指导；
12.2 工艺规范：工艺工程师若发现本工艺规范与工序实际有偏差，按照《技术需求管理规范》要求向技术中心提出更新申请。

13、参考文件
13.1《内层板边图形设计对涨缩的影响分析》
13.2《翘曲度分析研究》
14、相关文件
14.1《技术需求管理规范》
14.2《化学分析技术手册》
15、相关记录
15.1《层压工序制程状态监控表》
15.8附件一《层压工序生产参数表》
15.6附件二《层压工序设备能力参数表》
15.7附件三《层压工序产品能力参数表》
15.4附件四《层压工序制程能力参数表》
15.3附件五《层压工序物料列表》
15.5附件六《层压工序设备列表》
15.2附件七《层压工序棕化线开缸原则》
16、引用记录
16.1《技术攻关申请表》
16-2《生产流程卡》
16-3《药液分析报告单》
附件一
层压工序生产参数表
附件二
层压工序设备能力参数表
附件三
层压工序产品能力参数表
附件四
层压工序制程能力参数表
附件五
附件六
附件七。