減少覆銅板皺紋的研究

王 鵬 張 華

（廣東生益科技股份有限公司，廣東 東莞 523000）

1 前言

銅箔皺紋是覆銅板生產(chǎn)過程中常見的表觀缺陷之一，其一般呈溝壑狀分布在板材表面，造成板材的平整度不好。蝕刻表面銅箔后，可看見基材表面有明顯的溝狀凹痕。因此在PCB圖形貼膜時(shí)，由于壓力滾輪不能將干膜貼合到褶皺產(chǎn)生的溝壑內(nèi)，在顯影后蝕刻時(shí)，蝕刻液就會(huì)進(jìn)入溝壑內(nèi)造成開路的缺陷。而對于非線路處和無銅區(qū)域，阻焊油墨覆蓋后會(huì)看到皺紋處聚集的油墨較多，導(dǎo)致顏色較深從而影響產(chǎn)品外觀[2]。所以皺紋缺陷一般不會(huì)被接受，一旦產(chǎn)生只能降級(jí)或報(bào)廢處理。

2 皺紋產(chǎn)生的機(jī)理分析

皺紋一般產(chǎn)生在多張料配本的1 oz及以下厚度的銅箔中，銅箔越薄越容易出現(xiàn)，主要原因是薄銅箔剛性不足導(dǎo)致起皺。根據(jù)皺紋的形狀，皺紋主要分為兩大類：單向皺和多向皺。

單向皺出現(xiàn)時(shí)數(shù)量較少，整幅內(nèi)一般1～5條，都呈一個(gè)方向延展，分布在板材中間的居多。多向皺則為一小塊區(qū)域密集出現(xiàn)很多條褶皺，方向無規(guī)律。兩種皺紋形成的機(jī)理各不一樣。

2.1 單向皺產(chǎn)生原因

單向皺主要跟半固化片的流動(dòng)度（RF）有關(guān)[2]，壓合時(shí)流膠偏大容易造成單向皺。而流動(dòng)度又主要取決于半固化片的樹脂含量（RC）、凝膠化時(shí)間（GT），尤其是樹脂含量影響較大。在壓合時(shí)，板材各點(diǎn)由于存在受熱不均和樹脂分布不均的情況，因此各點(diǎn)流動(dòng)能力存在差異。而樹脂含量較高時(shí)又容易發(fā)生板材滑動(dòng)，當(dāng)滑動(dòng)方向是易流動(dòng)點(diǎn)朝不易流動(dòng)點(diǎn)時(shí)，就會(huì)存在類試地殼運(yùn)動(dòng)的擠壓并產(chǎn)生褶皺，同時(shí)，由于板材上下均有壓力，因此褶皺只能往板材內(nèi)部擠壓，最終形成單向皺。

另外板邊銅箔鋪不平整時(shí)，容易被夾子夾出皺褶，形態(tài)也類似單向皺，該類皺紋主要出現(xiàn)在板邊，屬操作類缺陷。

2.2 多向皺的產(chǎn)生原因

多向皺主要出現(xiàn)在厚17.1 μm及以下的銅箔厚度中，其產(chǎn)生機(jī)理分析如下：銅箔從一個(gè)平臺(tái)搬運(yùn)到另一平臺(tái)時(shí)，由于空氣阻力及滲透，整個(gè)面不能全部平整的舒展在新的平臺(tái)上，而是在銅箔和平面之間存在明顯的空氣囊，其示意圖1如下。

圖1 銅箔和平臺(tái)之間形成的氣囊

由于銅箔和平臺(tái)之間還存在間隙，理論上氣囊中的這部分空氣大部分可靠銅箔自生的重力排除，但需要一定時(shí)間,銅箔越薄需要的時(shí)間越多，同時(shí)也存在排不干凈的情況。而如果氣囊中的空氣沒有排走，此時(shí)有力快速施加于氣囊之上，則銅箔會(huì)產(chǎn)生如下型變，且支撐點(diǎn)受力也會(huì)變化，如圖2和圖3所示。

圖2 氣囊在沒有外力時(shí)的力學(xué)分析

圖3 外力施加在氣囊上時(shí)的力學(xué)分析

由于力F靠銅箔的表面強(qiáng)度支撐，因此0≤F≤F銅箔強(qiáng)度，且當(dāng)

F重+F外力≤F銅箔強(qiáng)度，F(xiàn)=（ F重+F外力）/cosα

F重+F外力＞F銅箔強(qiáng)度，F(xiàn)=F銅箔強(qiáng)度。由于一般F外力遠(yuǎn)大于F銅箔強(qiáng)度，因此當(dāng)有外力時(shí)，一般情況都是F=F銅箔強(qiáng)度。同時(shí)根據(jù)力學(xué)原理：

當(dāng)F*sinα＞（F* cosα+F周圍銅箔重力）*μ時(shí)（即舒展力大于動(dòng)摩擦阻力），銅箔能夠正常張開；反之，則銅箔不能張開并起褶皺。由于氣囊一般較大，因此造成大面積無規(guī)則皺紋。

3 減少皺紋的改善方法研究

根據(jù)皺紋產(chǎn)生的機(jī)理分析，可從以下方法對皺紋缺陷進(jìn)行改善。

3.1 單向皺改善研究

單向皺主要跟壓合時(shí)的流膠有關(guān)，因此可通過調(diào)節(jié)半固化片的凝膠化時(shí)間、壓合時(shí)的升溫速率、加壓時(shí)間、加壓大小等進(jìn)行調(diào)整。其中慢的升溫速率可使半固化片的受熱差異減少，能有效減少皺紋的產(chǎn)生。而樹脂含量高導(dǎo)致的流膠大則可以采用高的玻璃布單重以及調(diào)整配本結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善，如將低RC的半固化片放在表面或調(diào)低封面半固化片的RC，同時(shí)提高中間半固化片的RC。

3.2 多向皺的改善研究

在多向皺機(jī)理研究中我們得知，當(dāng)F*sinα＞（F*cosα+F周圍銅箔重力）*μ時(shí)（即舒展力大于動(dòng)摩擦阻力），銅箔能夠正常張開；反之，則銅箔不能張開并起褶皺。由于銅箔重量一定，因此我們可從改善α角和μ（摩擦因素）兩個(gè)方面來減少皺紋的產(chǎn)生。

3.2.1 改善有外力時(shí)α角快速變小的問題

施加外力本身是為了舒展更好、更快。在快速的生產(chǎn)節(jié)拍下，厚17.1 μm及以上的銅箔一般不會(huì)有問題，但相對于厚12 μm銅箔的強(qiáng)度，外力加力速度相對過快并導(dǎo)致了α角急劇上升，從而引起皺紋。但如果放慢施加壓力的速度，則可在保證不起皺紋的基礎(chǔ)上，α角彈性增大。

目前可通過減慢設(shè)備的運(yùn)行，延長銅箔自身的舒展時(shí)間，從而更加有力于多向皺的控制。

3.2.2 降低摩擦系數(shù)

銅箔和平臺(tái)之間的摩擦因子很大時(shí)，摩擦力相應(yīng)增大，當(dāng)摩擦力大于F銅箔強(qiáng)度時(shí)就會(huì)出現(xiàn)多向皺紋。反之，減少摩擦系數(shù)就能減少多向皺紋。而疊BOOK過程中銅箔與平臺(tái)之間的摩擦系數(shù)在沒有外物的情況基本時(shí)一定的，但在出現(xiàn)異物時(shí)會(huì)有變大的情況，如鋼板上有水膜時(shí)就會(huì)導(dǎo)致銅箔舒展不開。而目前CCL行業(yè)普遍使用洗板機(jī)對鋼板進(jìn)行在線清洗，故往往存在鋼板經(jīng)過洗板機(jī)后有水跡不干的情況[3]。

因此可在洗板機(jī)的暫存段加裝風(fēng)刀和配套風(fēng)機(jī)風(fēng)管，加強(qiáng)對鋼板的干燥能力，從而可有效減少水膜的存在，降低銅箔和鋼板之間的摩擦系數(shù)。

4 結(jié)語

在覆銅板（CCL）生產(chǎn)中，皺紋的產(chǎn)生因素很多，形態(tài)也各有差異，背后的機(jī)理也不盡相同。目前比較常見的為單向皺紋和多向皺紋。其中單向皺紋主要是壓合時(shí)的參數(shù)，可從升溫速率、配本結(jié)構(gòu)等制成工藝上進(jìn)行改善。而多向皺則主要出現(xiàn)在疊BOOK過程中，尤其是薄銅容易出現(xiàn)，通過減少氣囊的產(chǎn)生可有效減少多向皺的問題。

[1]祝小勇. PCB層壓銅箔褶皺產(chǎn)生原理與改善[J].電子電路與貼裝, 2011,Nol：31.

[2]李姝瑾. FR-4基材板缺點(diǎn)分析及對策[J]. 電子電路與貼裝, 2010,Nol：37-38.

[3]辜信實(shí). 印制電路用覆銅箔層壓板第二版[M]. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社, 2013.