Прессование мпп.
Основной отличительной технологической операцией изготовления МПП от ДПП является операция склеивания отдельных слоев прессования.
Склеивание отдельных слоев в монолитную структуру является наиболее ответственным моментом в процессе изготовления многослойных плат. Качество выполнения этой операции определяет как механические характеристики МПП, так и ее функциональную надежность при последующей эксплуатации.
В процесс склеивания слоев входят основные операции:
подготовка слоев перед склеиванием;
формование пакета, т.е. сборка слоев по чертежу с определенным количеством листов препрега;
склеивание.
Последовательность прессования представлена на рис.6. Рассмотрим более подробно весь процесс и исходные компоненты, а также факторы, влияющие на качество склеивания.
Для склеивания отдельных слоев применяется прокладочная стеклоткань - препрег: стеклянная ткань, пропитанная связующим, состоящим из эпоксидной смолы и отвердителя.
Потребители получают полуполимеризованную стеклоткань в стадии «В», т.е. подсушенную до отлипа, но сохраняющую свою склеивающую способность.
Смола, пропитывающая стеклоткань, при нагревании разжижается, превращается в гель, а затем наступает полимеризация, после которой смолу уже невозможно расплавить нагреванием.
Препрег, поступающий с заводов-изготовителей, имеет ряд технических характеристик: содержание летучих, нанос смолы, текучесть, но в настоящее время практически нет показателя времени гелеобразования - важнейшего фактора выбора режима прессования.
Время гелеобразования - это время перехода смолы, расплавленной из жидкого состояния в твердое, т.е. начало образования химических связей смолы и отвердителя.
В зависимости от задач технологии, оборудования, можно проводить «горячее» или «холодное» прессование, т.е. помещать прессформы с пакетами МПП в горячие или холодные плиты пресса.
Время геля при анализе препрега определяют по выбранному методу прессования. Соответственно выбирается режим прессования. Момент приложения второго давления является определяющим для качества изоляции
МПП. Необходимо производить приложение второго давления в момент перехода смолы в состояние геля.
Если приложить давление, когда смола находится в жидком состоянии, то значительное количество смолы будет выдавлено и прокладочная стеклоткань будет обессмолена, что не обеспечит качественной склейки МПП. Если приложить второе давление после геля, то будет много пустот от неушедших летучих и плохая связь между слоями.
На прессах типа Burkleс автоматическим поиском точки текучести можно проверять совпадение времени геля по анализу и реальное течение процесса в пакете МПП при прессовании.
Температура прессования выбирается в зависимости от скорости отверждения и колеблется от 165°С до 185°С.
Увеличение времени выдержки прессования до 2-х часов, поднимает температуру стеклования диэлектрика на 10-15°С, дальнейшее увеличение времени прессования улучшения качества изоляции не дает.
Недостаточная продолжительность прессования ведет к увеличению брака - готовые изделия обладают способностью к вздутию, короблению, пониженной влагостойкости и наволакиванию смолы в отверстиях на медные торцы при сверлении.
Прокладочная стеклоткань, применяющаяся для склеивания МПП, должна храниться в холодильнике или камере с температурой 10-12°С и влажностью -25%. Принято хранящуюся в холодильнике стеклоткань перед прессованием выдерживать на воздухе (~2 часа) при относительной влажности 50%, но этим не достигается полное удаление влаги.
Остатки влаги внутри склеивающих прокладок являются причиной относительно частых расслоений МПП, кроме того, влага вскипает во время прессования и выталкивает размягченную смолу в облой. Таким образом, одной из причин увеличенного и вспененного облоя (помимо раннего времени подачи 2 давления) является повышенная увлажненность препрега и диэлектрика. Для сушки прокладываемой стеклоткани нельзя применять нагрев, т.к. он изменяет технологические свойства связующего - текучесть и время геля. Можно использовать лишь способы сублимации: выдержка в сухих камерах и вакуумирование.
Наилучший вариант - после нарезки и пробивки базовых отверстий поместить препрег в камеру и изымать непосредственно перед сборкой МПП, т.к. ресорбция влаги препрегом и внутренними слоями МПП происходит очень быстро, -30 минут.
Слои для МПП представляют собой обычные печатные платы, выполненные на тонких ф/диэлектриках с 1 или 2-х сторонним расположением проводников. МПП состоят из экранных слоев (слоев питания) и слоев сигнальных с переходными соединениями или без них.
Подготовка слоев перед склеиванием обычно состоит из очистки поверхности от возможных органических и неорганических загрязнений путем обработок в декапирующих и моющих растворах или растворителях с тщательной последующей промывкой в дистиллированной или деионизованной воде и термообработки с максимально возможной температурой для данного диэлектрика.
После подготовки слои подвергаются обязательной сушке в сушильном шкафу при t- 90°С в течение 2-х час.
Для повышения прочности сцепления слоев с препрегом производится дополнительная обработка слоев.
Для односторонних слоев - обработка пемзой для создания шероховатой поверхности со стороны диэлектрика, т.к. односторонний диэлектрик с полимерной стороны имеет глянцевую поверхность, которая имеет тенденцию к отслоению при изготовлении МПП на последующих операциях.
На слоях, имеющих большую поверхность меди, проводится оксидирование, повышающее адгезионные свойства медной фольги.
После проведения всех операций идет выборочный контроль чистоты отмывки - на сопротивление изоляции.
Окончательная сушка слоев проводится непосредственно перед прессованием, особенно во влажные дни.
Нарезка вспомогательных материалов - кабельной бумаги и триацетатной пленки может производиться заблаговременно. Кабельная бумага режется в габарит прессформы, а триацетатная пленка на 3-4 см больше с каждой стороны для предотвращения затеков смолы на прессформу и плит пресса при растекании смолы.
Базовые отверстия в бумаге пробиваются заранее, а в триацетатной пленке незадолго до прессования, т.к. она усаживается и при посадке на штыри базовые отверстия подрываются и на поверхности МПП получаются деформированные базовые отверстия, которые препятствуют получению качественного рисунка наружного слоя.
Точность пробивки базовых отверстий в пленке, бумаге и стеклоткани различна.
Для триацетатной пленки требуется большая точность, т.к. они деформируют качество базовых отверстий. А стеклоткань формирует отверстие в соответствии с имеющейся оснасткой - точностью посадки прокладочных листов на фиксирующие штыри.
Прессформы и прокладочные листы должны быть очищены от натеков смолы в отверстиях и по поверхности, что гарантирует от наличия неплоскостности (клина) при прессовании. Данные операции должны проводиться после каждой запрессовки.
Формирование пакета, состоящего из слоев, листов прокладочной стеклоткани, формирующей изоляцию межслойную, и вспомогательных деталей, обеспечивающих условия нормального склеивания, производится с учетом требуемой толщины будущей МПП.
Расчет толщины МПП обычно выполняют предварительно замерив:
толщины слоев ф/диэлектрика, т.к.он имеет разброс по номинальной толщине в соответствии с ТУ до ±30%;
толщины основы прокладочной стеклоткани;
определив число листов прокладочной стеклоткани.
При этом соблюдается следующее правило: для формирования межслойной изоляции следует использовать, как минимум, два листа прокладочной стеклоткани. Толщина листов прокладочной стеклоткани, толщина слоев и число листов прокладочной стеклоткани между слоями должны быть указаны в чертеже МПП.
При сборке пакета необходимо выполнить следующие переходы:
на нижнюю плиту со штифтами установить съемную плиту, для предупреждения прилипания смолы к штифтам необходимо смазать их противоадгезионным составом, например раствором ЕКГ;
на поверхность съемной плиты уложить триацетатную пленку; пакет кабельной бумаги - служит «подушкой», выравнивающей давление при склеивании;
триацетатная пленка;
полированную плиту из нержавеющей стали - служит основой, формирующей поверхности, изъяны которой воспроизводятся на поверхности наружных слоев МПП, поэтому контроль чистоты ее поверхности должен производиться особенно тщательно;
триацетатная пленка;
пакет МПП, собранный по структуре с учетом толщин слоев;
триацетатная пленка;
полированная плита;
триацетатная пленка - кабельная бумага – триацетатная пленка;
съемная плита.
В зависимости от толщины МПП в одну прессформу можно поместить до 2-х МПП, если позволяет высота штырей, но больше нежелательно, т.к. будет неравномерный прогрев пакетов МПП и особенно при горячем прессовании, средний пакет МПП прогреется несколько позже и приложение второго давления произойдет при различных состояниях расплавленной смолы в пакетах.
Все вспомогательные материалы, слои, прокладочную стеклоткань надевают фиксирующими отверстиями на штыри прессформы. Необходимо следить, чтобы прокладочная стеклоткань, листы триацетатной пленки и слои одевались на штыри с небольшим натягом и ни в коем случае не изгибались. Допускается подрезка отверстий на листах кабельной бумаги и прокладочной стеклоткани с целью устранения гофра.
После сборки пакета в прессформу идет загрузка в пресс.
Для получения качественно спрессованных МПП необходимы пресса:
с высокой точностью поддержания температуры плит пресса;
с высокой точностью поддержания давления в процессе прессования;
с возможностью автоматического многоступенчатого поднятия давления.
Более качественно осуществляется прессование на вакуумных прессах.
К преимуществам вакуумного прессования относятся:
удаление воздуха, содержащегося между слоями и препрегом;
более полное удаление летучих при более низкой температуре, что дает возможность удалить их до начала загустевания смолы (при вакууме снижается точка кипения растворителей);
снижение удельного давления на 20% (увеличивается % содержания смолы в спрессованном препреге).
В качестве общих положений процесса склеивания можно отметить следующие:
Равномерность нагрева пакета, более высокая при его загрузке в холодные плиты, т.к. прогрев происходит по мере повышения температуры на обогревных плитах и неравномерность температуры плит пресса сглаживается теплопроводностью плит и приспособления для склеивания. Но производительность процесса склеивания снижается.
Во время прогрева пакета не следует допускать максимального давления, т.к. при достижении температуры начала текучести смолы ее течение (под высоким давлением) может вызвать сдвиг проводников. Правильнее, если на период прогрева пакета до температуры на 10-15°С выше начала размягчения смолы плиты пресса просто сомкнуть на прессформах или дать минимальное давление.
Верхний предел температуры нагрева пакета определяет скорость реакции полимеризации. Он должен быть ниже температуры деструкции полимера не менее чем на 10-20°С. С увеличением верхнего предела температуры возрастает скорость отверждения и получается более рыхлая структура.
Величина давления, прикладываемого к пакету, определяет течение смолы и равномерность заполнения ею пустот между проводниками слоев. Излишне высокое давление вызывает слишком большое выдавливание смолы при достижении ею максимума текучести, на недостаточном давлении не обеспечивается равномерность заполнения пустот рельефа. Оптимальным считается давление, при котором в процессе прессования величина облоя 5-10 мм.
Суммарное время склеивания определяется временем достижения максимальной температуры склеивания, временем выдержки при максимальной температуре и скоростью охлаждения пакета. Время выдержки при максимальной температуре зависит от скорости полимеризации смолы.
Охлаждение склеенного пакета рекомендуется выполнять, не снимая давления (даже на короткое время). Скорость охлаждения выбирается производителем. Температура, при которой производится разъем прессформ должна быть не выше 40°С.
Для снятия напряжений в МПП после прессования используется либо дополнительное термокондиционирование, либо проводится длительное охлаждение в прессе и разъем прессформ через 12 часов после съема с пресса.
Обрезка облоя производится по шаблону, для сохранения постоянных размеров спрессованной МПП, что необходимо участкам сверления и гальваники.
Контроль качества спрессованных МПП невозможен без разрушения пакета, в связи с чем большое значение приобретает контроль и соблюдение режима склеивания, т.е. технологическая дисциплина. В качестве косвенного контроля рекомендуется контроль величины облоя и замеры толщины спрессованной МПП, которые должны соответствовать расчетной.