圖1：可提供多層疊層對準(zhǔn)和疊層感應(yīng)粘合的3家供應(yīng)商：a）DIS Technologies；b）Indu-Bond；c）CEDAL（來源 ：產(chǎn)品手冊）

銷釘治具板自20世紀(jì)60年代問世以來一直用于層壓。1972年，為了適應(yīng)計(jì)算機(jī)業(yè)務(wù)的增長，我被分配負(fù)責(zé)提升多層輸出產(chǎn)能，那是我第一次接觸多層疊層技術(shù)。1973年HP-35計(jì)算器訂單爆炸性增長，要求我們尋找能夠生產(chǎn)6層邏輯板的制造商。

1974年惠普公司從在銷釘層壓中使用4個(gè)小孔演變?yōu)槭褂梦g刻后沖孔的4槽中心線銷釘。在我撰寫的《工程師25項(xiàng)必備技能》第3章DOE中，重點(diǎn)介紹了這一轉(zhuǎn)變的對準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)。

銷釘層壓

盡管有許多方案可供使用，但最流行的是4槽中心線銷釘。此處使用帶有機(jī)械銷釘?shù)母呔芏榷ㄎ荒０暹M(jìn)行疊層和對準(zhǔn)。內(nèi)層必須首先準(zhǔn)備好相應(yīng)的對準(zhǔn)孔，通常在蝕刻后鉆或沖壓這些孔。半固化片也必須有用于銷釘?shù)目住＿@些孔不必精密，孔徑比內(nèi)層孔大1~ 2mm。在疊層組（book）之間使用不銹鋼墊板。對于傳統(tǒng)的真空加熱液壓多層壓合設(shè)備，各種公差會(huì)導(dǎo)致許多內(nèi)層錯(cuò)位。圖2展示了Anthony Faraci發(fā)表的優(yōu)秀論文中所記錄的6個(gè)公差。

圖2：與銷釘定位系統(tǒng)相關(guān)的公差

無銷釘堆疊

大約在1999年，F(xiàn)araci開始研究光學(xué)對準(zhǔn)，那時(shí)他在多層PCB定位研究領(lǐng)域近15年了。他需要一種多層固定的方法，因此研究了鉚眼（鉚釘）、熱頭、超聲波和感應(yīng)。經(jīng)過數(shù)月的開發(fā)，他決定采用感應(yīng)技術(shù)，并提出了將內(nèi)層“焊接”而不是使用普通鉚釘或銷釘?shù)姆桨浮Ｔ撗芯恳呀?jīng)發(fā)展到可以將焊接點(diǎn)定位到I/L芯上的內(nèi)部點(diǎn)上，可用于內(nèi)層焊接的無銷釘系統(tǒng)也可應(yīng)用于傳統(tǒng)銷釘疊層。

操作流程

使用光學(xué)對準(zhǔn)的過程類似于手動(dòng)疊層，只是更準(zhǔn)確、更快，必須通過檢查確保材料順序和朝向。流程如下：

1.將下層壓鋼板放置在疊層臺(tái)上，并像通常一樣開始疊層，直到放置第一塊分隔板。

2.將第一塊分隔板放置到位后，放置未定位的銅箔（該箔將在n層外）。

3.接下來放置未定位的半固化片（為n-2層和n-1層之間的所有半固化片）。

4.沿兩條垂直激光疊層線放置半固化片（圖3）。

圖3：通過焊接面板、箔和激光線為導(dǎo)向的疊層板

5.將材料放置到第1層（芯）和第2層，然后啟動(dòng)焊接頭。

6.將焊接好的疊層沿兩條垂直的激光線放置。焊接好的疊層由第 2 層到第n-1層組成，所有相關(guān)的半固化片都焊接定位于所有層之間。

7.放置未定位的半固化片（為第1層和第2層之間的所有半固化片）。

8.放置未定位的銅箔（此箔為第1層）。

9.放置下一個(gè)分隔板，對整個(gè)疊層重復(fù)該過程。

內(nèi)層必須首先在頂部和底部準(zhǔn)備相應(yīng)的基準(zhǔn)目標(biāo)，以進(jìn)行光學(xué)對準(zhǔn)（圖3）。半固化片不需要任何孔、沖孔。內(nèi)層必須在頂部和底部兩側(cè)的保留區(qū)域有蝕刻的焊接附連片（圖3），可以放置在層壓板邊緣或圖像區(qū)域內(nèi)的任何位置。使用蝕刻在層中的基準(zhǔn)目標(biāo)通過CCD攝像機(jī)的圖像處理進(jìn)行對準(zhǔn)是關(guān)鍵的對準(zhǔn)步驟。由于在層壓工藝中消除了銷釘、襯套和定位分隔板，因此該工藝降低了制造和維護(hù)成本。

目前，銷釘層壓技術(shù)可保證約75 μm的層間對準(zhǔn)，而光學(xué)對準(zhǔn)測量每一層以獲得前后圖像對準(zhǔn)以及每個(gè)芯材的幾何形狀，并可以將內(nèi)層對準(zhǔn)的公差控制在±15μm（使用直接數(shù)字成像）。這是可能的，因?yàn)榭梢詥为?dú)檢測每個(gè)芯材，如超出公差規(guī)范，可因質(zhì)量控制拒收。這種新一代感應(yīng)粘合設(shè)備能夠在多層疊層任一位置放置多個(gè)粘合點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)最佳對準(zhǔn)。

這些粘合點(diǎn)如PCB周圍的多個(gè)定位銷釘，類似虛擬銷釘以幫助約束比例。在CAD設(shè)計(jì)中，粘合點(diǎn)可以放置于任何位置，機(jī)器能夠讀取和解碼CAD文件，并自動(dòng)確定面板每個(gè)粘合位置的坐標(biāo)。

4個(gè)粘合頭在X軸和Y軸上獨(dú)立移動(dòng)，允許每個(gè)粘合頭移動(dòng)到任何位置，可快速處理需要多個(gè)粘合位置以實(shí)現(xiàn)最佳對準(zhǔn)和多層處理的復(fù)雜面板。由于銅芯材薄至25~50μm，分層壓很常見，焊接工藝可以適應(yīng)這些變化。可以在卸載工作臺(tái)自動(dòng)卸載對準(zhǔn)和粘合的多層板，此功能為可選項(xiàng)，此外還可以在每個(gè)面板之間自動(dòng)插入塑料保護(hù)板。焊接附連板粘合工藝如圖4所示。

焊接后的疊層可以承受熱壓合周期的膨脹和收縮，在多層疊層中提供所有層的最佳線性運(yùn)動(dòng)，減少導(dǎo)致翹曲和變形的內(nèi)部應(yīng)力。

圖4：感應(yīng)焊接工藝（耦合感應(yīng)焊接頭）和焊接附連片的溫度曲線（來源 ：DIS Technologies）

可以對焊接的疊層進(jìn)行X射線檢查，以在層壓前后進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整。

技術(shù)要求

這一富有想象力工藝的關(guān)鍵構(gòu)成是感應(yīng)焊接頭。圖5顯示了此類感應(yīng)加熱系統(tǒng)的3種不同設(shè)計(jì)。隨著材料和結(jié)構(gòu)的變化，改變附連板上的能量和壓力的能力很重要。隨著剛性、撓性和剛撓結(jié)合多層變得更加復(fù)雜，這些焊接頭也可能會(huì)發(fā)生變化。

圖5：各種感應(yīng)焊接頭（來源：DIS、InduBond和CEDAL產(chǎn)品手冊）

焊接附連片

內(nèi)層芯材周圍的焊接附連片取代了舊的沖孔或鉆孔。附連片有多種，但通常為寬度6~10 mm、長度15~40 mm的銅和建議的銅間隙。如圖6所示，所有附連片都有實(shí)心銅壓花。

圖6：各種焊接附連片（來源：DIS、InduBond和CEDAL產(chǎn)品手冊）

每家設(shè)備供應(yīng)商都有多年來積累的更具體的供應(yīng)系統(tǒng)詳細(xì)信息。

結(jié)論

復(fù)雜的32層板(見圖7），可將所有芯材焊接在一起的光學(xué)對準(zhǔn)工藝，改善了多層層壓的對準(zhǔn)。再加之疊層和清理銷釘板周圍環(huán)氧樹脂節(jié)省的時(shí)間，無銷釘層壓可以極大地提高產(chǎn)量和提升質(zhì)量。自2000年以來已售出250多套系統(tǒng)足以證明這一點(diǎn)。光學(xué)和銷釘對準(zhǔn)系統(tǒng)及其感應(yīng)芯材焊接已應(yīng)用于撓性和剛撓結(jié)合疊層。無銷釘系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

圖7：左圖：具有不同銅重、芯材厚度和分層壓的復(fù)雜32層多層PCB剖面；右圖：粘合頭和內(nèi)層芯焊附連片特寫。

· 提高層與層對準(zhǔn)精度

·提高工藝的可預(yù)測性和對準(zhǔn)數(shù)據(jù)

·可表征層壓壓合工藝的能力

·能夠精確、一致地對準(zhǔn)薄芯材

·可靈活利用層壓鋼板

·鋼板不需要定位孔；同一鋼板可用于多種面板尺寸，因此只需要更少的層壓鋼板

·分隔板也不需要定位孔；同一分隔板能夠用于多種面板尺寸，因此需要更少的分隔板

·沒有樹脂填充定位孔，更容易清潔鋼板

·銅箔與定位銷釘之間避免沖孔，防止銷釘上放置疊層時(shí)損壞銅箔

·半固化片與定位銷釘之間避免沖孔，可最大限度地減少半固化片的粉塵污染

·不受銷釘限制，面板尺寸可更加靈活

·無需使用層壓銷釘和襯套，從而消除了消耗品

·不需要拆除銷釘

審核編輯：劉清