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五.压合5.1.制程目的:将铜箔(CopperFoil),胶片(Prepreg)与氧化处理(Oxidation)后的内层线路板,压合成多层基板.本章仍介绍氧化处理,但未来因成本及缩短流程考量,取代制程会逐渐普遍.5.2.压合流程,如下图5.1:5.3.各制程说明5.3.1内层氧化处理(Black/BrownOxideTreatment)5.3.1.1氧化反应A.增加与树脂接触的表面积,加强二者之间的附着力(Adhesion).B.增加铜面对流动树脂之润湿性,使树脂能流入各死角而在硬化后有更强的抓地力。C.在裸铜表面产生一层致密的钝化层(Passivation)以阻绝高温下液态树脂中胺类(Amine)对铜面的影响。5.3.1.2.还原反应目的在增加气化层之抗酸性，并剪短绒毛高度至恰当水准以使树脂易于填充并能减少粉红圈(pinkring)的发生。5.3.1.3.黑化及棕化标准配方:表一般配方及其操作条件上表中之亚氯酸钠为主要氧化剂,其余二者为安定剂,其氧化反应式。此三式是金属铜与亚氯酸钠所释放出的初生态氧先生成中间体氧化亚铜,2Cu+[O]→Cu2O,再继续反应成为氧化铜CuO,若反应能彻底到达二价铜的境界,则呈现黑巧克力色之棕氧化层,若层膜中尚含有部份一价亚铜时则呈现无光泽的墨黑色的黑氧化层。5.3.1.4.制程操作条件(一般代表),典型氧化流程及条件。5.3.1.5棕化与黑化的比较A.黑化层因液中存有高碱度而杂有Cu2O,此物容易形成长针状或羽毛状结晶。此种亚铜之长针在高温下容易折断而大大影响铜与树脂间的附着力,并随流胶而使黑点流散在板中形成电性问题,而且也容易出现水份而形成高热后局部的分层爆板。棕化层则呈碎石状瘤状结晶贴铜面,其结构紧密无疏孔,与胶片间附着力远超过黑化层,不受高温高压的影响,成为聚亚酰胺多层板必须的制程。B.黑化层较厚,经PTH后常会发生粉红圈(Pinkring),这是因PTH中的微蚀或活化或速化液攻入黑化层而将之还原露出原铜色之故。棕化层则因厚度很薄.较不会生成粉红圈。内层基板铜箔毛面经锌化处理与底材抓的很牢,但光面的黑化层却容易受酸液之侧攻而现出铜之原色,见图5.2.C.黑化因结晶较长厚度较厚故其覆盖性比棕化要好,一般铜面的瑕疪较容易盖过去而能得到色泽均匀的外表。棕化则常因铜面前处理不够完美而出现斑驳不齐的外观,常不为品管人员所认同。不过处理时间长或温度高一些会比较均匀。事实上此种外观之不均匀并不会影响其优良之剥离强度(PeelStrength).一般商品常加有厚度仰制剂(Self-Limiting)及防止红圈之封护剂(Sealer)使能耐酸等,则棕化之性能会更形突出。表5.4显示同样时间及温度下,不同浓度氧化槽液,其氧化层颜色,颗粒大小及厚度变化5.3.1.6制程说明内层板完成蚀刻后需用碱液除去干膜或油墨阻剂,经烘干后要做检修,测试,之后才进入氧化制程。此制程主要有碱洗、酸浸,微蚀、预浸、氧化,还原,抗氧化及后清洗吹干等步骤,现分述于后:A.碱性清洗-也有使用酸洗.市售有多种专业的化药,能清除手指纹、油脂,scum或有机物。B.酸浸-调整板面PH,若之前为酸洗,则可跳过此步骤.C.微蚀-微蚀主要目的是蚀出铜箔之柱状结晶组织(grainstructure)来增加表面积,增加氧化后对胶片的抓地力。通常此一微蚀深度以50-70微英吋为宜。微蚀对棕化层的颜色均匀上非常重要,D.预浸中和-板子经彻底水洗后,在进入高温强碱之氧化处理前宜先做板面调整,使新鲜的铜面生成-暗红色的预处理,并能检查到是否仍有残膜未除尽的亮点存在。E.氧化处理-市售的商品多分为两液,其一为氧化剂常含以亚氯酸钠为主,另一为氢氧化钠及添加物,使用时按比例调配加水加温即可。通常氢氧化钠在高温及搅动下容易与空气中的二氧化碳形成碳酸钠而显现出消耗很多的情况,因碱度的降低常使棕化的颜色变浅或不均匀,宜分析及补充其不足。温度的均匀性也是影响颜色原因之一,加热器不能用石英,因高温强碱会使硅化物溶解。操作时最好让槽液能合理的流动及交换。F.还原－此步骤的应用影响后面压合成败甚巨.G.抗氧化－此步骤能让板子的信赖度更好,但视产品层次,不一定都有此步骤.H.后清洗及干燥-要将完成处理的板子立即浸入热水清洗,以防止残留药液在空气中干涸在板面上而不易洗掉,经热水彻底洗净后,才真正完工。5.3.1.7设备氧化处理并非制程中最大的瓶颈,大部分仍用传统的浸槽式独臂或龙门吊车的输送。所建立的槽液无需太大量,以便于更换或补充,建槽材料以CPVC或PP都可以。水平连续自动输送的处理方式,对于薄板很适合,可解决RACK及板弯翘的情形.水平方式可分为喷液法(Spray)及溢流法(Flood),前者的设备昂贵,温度控制不易,又因大量与空气混合造成更容易沉淀的现象,为缩短板子在喷室停留的时间,氧化液中多加有加速剂(Accelerator)使得槽液不够稳定.溢流法使用者较多.5.3.1.8氧化线生产品质控制重点A.检测方法及管制范围a.氧化量(o/w)之测定〔管制范围：0.3±0.07（mg/cm2）〕(1)取一试片9cm×10cm1oz规格厚度之铜片，随流程做氧化处理。(2)将氧化处理后之试片置于130℃之烤箱中烘烤10min.去除水分，置于密闭容器冷却至室温，称重得重量－w1(g)。(3)试片置于20%H2SO4中约10min去除氧化表层，重复上一步骤，称重得重量－w2(g)(4)计算公式：O/W=（W1-W2／9×10×2）×1000又称weightgain,一般在In-processQC会用此法b.剥离强度(PeelStrength)之测定（管制范围：4~8lb/in）(1)取一试片1oz规格厚度之铜箔基板，做氧化处理后图-做迭板(layup)后做压合处理。(2)取一1cm宽之试片，做剥离拉力测试，得出剥离强度(依使用设备计算).c.蚀刻铜量(EtchAmount)之测定（管制范围：70±30uin）(1)取一试片9cm×10cm1oz规格厚度之铜片，置于130℃之烤箱中烘烤10min去除水份，置于密闭容器中冷却至室温，称重量得－w1(g)(2)将试片置于微蚀槽中约2'18(依各厂实际作业时间)，做水洗处理后，重复上一个步骤，称得重量－w2(g)。(3)计算公式：d.氧化后抽检板子以无亮点为判断标准5.3.2迭板进压合机之前,需将各多层板使用原料准备好,以便迭板(Lay-up)作业.除已氧化处理之内层外,尚需胶片(Prepreg),铜箔(Copperfoil),以下就叙述其规格种类及作业:5.3.2.1P/P(Prepreg)之规格P/P的选用要考虑下列事项:－绝缘层厚度－内层铜厚－树脂含量－内层各层残留铜面积－对称最重要还是要替客户节省成本P/P主要的三种性质为胶流量(ResinFlow)、胶化时间(Geltime)及胶含量(ResinContent)其进料测试方式及其他特性介绍如下所述:A.胶流量(ResinFlow)1,流量试验法Flowtest-与经纬斜切截取4吋见方的胶片四张精称后再按原经向对经向或纬对纬的上下迭在一起,在已预热到170°±2.8°之压床用200±25PSI去压10分钟,待其熔合及冷却后,在其中央部份冲出直径3.192吋的圆片来,精称此圆片重量,然后计算胶流之百分流量为:式中分子相减之差即表示流出去的胶量,因原面积为16m2,而压后所冲之圆片面积为(3.196÷2)2×3.14×2=16.045m2,故可以解释为压后圆片以外的东西是流出去的。2,比例流量Scaledflowtest-是指面积大时用大的压力强度,面积小时用小的压力强度其作法是正切胶片成7in×5.5in之样片并使7in长向与原卷之经向平行,薄胶片(104,106,108)者要18-20张,中度者(12.113.116)切10张,比116更厚者就不太准了。热板先预热到150°±20℃并加上脱膜纸,将胶放上以31PSI或840磅±5%在8吋见方的压床上压10±1分钟,冷却后对角切开,并以测微卡尺量对角线的厚度,其计算如下:ho=[Wo/n(5.54×10-2)-Wg]×21.2×10-2ho-每张胶片原应有的厚度,Wo-原样片的总重,Wg-单位面积上之玻璃布重(g/in2),n-张数。B.胶化时间(GeltimeorTackTime)胶片中的树脂为半硬化的B-Stage材料,在受到高温后即会软化及流动,经过一段软化而流动的时间后,又逐渐吸收能量而发生聚合反应使得粘度增大再真正的硬化成为C-Stage材料。上述在压力下可以流动的时间,或称为可以做赶气及填隙之工作时间,称为胶化时间或可流胶时间。当此时段太长时会造成板中应有的胶流出太多,不但厚度变薄浪费成本而且造成铜箔直接压到玻璃上使结构强度及抗化性不良。但此时间太短时则又无法在赶完板藏气之前因粘度太大无法流动而形成气泡(airbubble)现象。C.胶含量(ResinContent)是指胶片中除了玻璃布以外之胶所占之重量比。可以用以下两种方法测量之c-1烧完法(BurnOut)c-2处理重量法(TreatedWeight)其他尚有注意事项如下D.用偏光镜(PolarizingFilter)检查胶片中的硬化剂dicy是否大量的集中,以防其发生再结晶现象,因再结晶后会吸水则会有爆板的危险。将胶片在光源经两片互相垂直的偏光镜而可以看到胶片中的dicy的集中再结晶现象。E.检查胶片中的玻璃纱束数目是否正确,可将胶片放在焚炉中在540℃下烧15分钟除去树脂露出玻璃布,在20X显微镜下计数每吋中的经纬纱束是否合乎规范。F.挥发成份(Volatile),在胶片卷上斜切下4吋×4吋的样片4片,在天平上精称到1mg,然后置入163°±2.8℃通风良好的烤箱中烤15±1分钟,再取出放入密闭的干燥皿中冷到室温,再迅速重称烤后重量。其失重与原重之比值以百分法表示之即为挥发成份含量。5.3.2.2.P/P的切割,见图5.3机械方向就是经向,可要求厂商于不同Prepreg胶卷侧边上不同颜色做为辨识5.3.2.3铜箔规格详细铜箔资料请见'基板'章节，常见铜箔厚度及其重要规格表。5.3.2.4迭板作业压板方式一般区分两种:一是Cap-lamination,一是Foil-lamination，本节仅讨论Foil-lamination.A.组合的原则组合的方法依客户之规格要求有多种选择,考量对称,铜厚,树脂含量,流量等以最低成本达品质要求:(a)其基本原则是两铜箔或导体层间的绝缘介质层至少要两张胶片所组成,而且其压合后之厚度不得低于3.5mil(已有更尖端板的要求更薄于此),以防铜箔直接压在玻璃布上形成介电常数太大之绝缘不良情形,而且附着力也不好。(b)为使流胶能够填满板内的空隙,又不要因胶量太多造成偏滑或以后Z方向的过度膨胀,与铜面接触的胶片,其原始厚度至少要铜厚的两倍以上才行。最外层与次外层至少要有5mil以保证绝缘的良好。(c)薄基板及胶片的经纬方向不可混错,必须经对经,纬对纬,以免造成后来的板翘板扭无法补救的结果。胶片的张数一定要上下对称,以平衡所产生的应力。少用已经硬化C-Stage的材料来垫补厚度,此点尤其对厚多层板最为要紧,以防界面处受热后分离。在不得及使用时要注意其水份的烘烤及表面的粗化以增附着力。(d)要求阻抗(Impedance)控制的特殊板,应改用低棱线(LowProfile)的铜箔,使其毛面(Matteside)之峰谷间垂直相差在6微米以下,传统铜皮之差距则达12微米。使用薄铜箔时与其接壤的胶片流量不可太大,以防无梢大面积压板后可能发常生的皱折(Wrinkle)。铜箔迭上后要用除尘布在光面上轻轻均匀的擦动,一则赶走空间气减少皱折,二则消除铜面的杂质外物减少后来板面上的凹陷。但务必注意不可触及毛面以免附着力不良。(e)选择好组合方式,6层板以上内层及胶片先以铆钉固定以防压合时shift.此处要考虑的是卯钉的选择(长度,深度材质),以及铆钉机的操作(固定的紧密程度)等.C.迭板环境及人员迭板现场温度要控制在20°±2℃,相对湿度应在50%±5%