增強(qiáng)彈性緩沖材料在CCL層壓制程中的應(yīng)用

周久紅　溫振雄　楊 鑫　翟俊威（廣東生益科技股份有限公司，廣東 東莞 523808）

增強(qiáng)彈性緩沖材料在CCL層壓制程中的應(yīng)用

周久紅溫振雄楊 鑫翟俊威
（廣東生益科技股份有限公司，廣東 東莞 523808）

隨著PCB朝薄型化和線路精密化發(fā)展，基板要求越來(lái)越薄，同時(shí)基板可靠性要求越來(lái)越高，牛皮紙等傳統(tǒng)緩沖材料已經(jīng)無(wú)法完全滿足其層壓制程中對(duì)壓力緩沖性的要求，文章主要研究在CCL層壓制程中搭配使用增強(qiáng)彈性緩沖材料，以降低薄芯層壓板缺陷率。

薄芯層壓板；增強(qiáng)彈性緩沖材料；熱塑性薄膜；纖維增強(qiáng)硅膠

1　前言

覆銅板（CCL）的生產(chǎn)通常采用傳統(tǒng)的平面熱壓成型工藝，制程中將銅箔與配好的半固化片疊合成一張板料，每張板料之間用鏡面不銹鋼板隔離，每十幾張到二十幾張板料和間隔的鏡面鋼板組合成一個(gè)BOOK，一個(gè)BOOK上下的最外鋼板用牛皮紙等緩沖材料加以緩沖，整個(gè)BOOK放置在一張承托板上，推入平面熱壓機(jī)中進(jìn)行加熱加壓，最終將板料固化成型。這其中緩沖材料是必不可少的，而且至關(guān)重要，緩沖材料不僅要有適宜的導(dǎo)熱性，而且要有良好的壓力緩沖性。目前覆銅板（CCL）熱壓用緩沖材料通常采用牛皮紙（未漂白的木槳紙），它起的作用一是緩沖層壓壓力，二是緩沖溫度，使溫度和壓力更均勻地傳遞到預(yù)壓板料的表面，保證板料整個(gè)幅面受熱受壓均勻。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程驗(yàn)證和文獻(xiàn)資料［1］顯示：緩沖材料的好壞對(duì)壓板CCL厚度精度、板材基材內(nèi)部質(zhì)量（板邊白邊白角、基材織紋顯露、基材空洞、基材板面色差不均）等質(zhì)量有著直接影響。

2　CCL層壓制程對(duì)緩沖材料新的要求

隨著PCB朝薄型化和線路精密化發(fā)展，線路板基板要求越來(lái)越薄，同時(shí)基板可靠性要求也越來(lái)越高，牛皮紙等傳統(tǒng)緩沖材料已經(jīng)無(wú)法完全滿足其層壓制程中對(duì)溫度和壓力緩沖性的要求［2］。同時(shí)出于材料成本、考慮，覆銅板企業(yè)相繼報(bào)道在CCL層壓制程中引入墊氈或墊板代替牛皮紙作為熱壓用緩沖材料，如:ICHIKAWA公司的全芳香型聚酰胺耐熱墊氈［3］，ACE BOARD墊板［4］，Yamauchi墊板，墊氈或墊板具有優(yōu)異的耐熱性和其它物理及化學(xué)方面的性能，因而賦予此種材料優(yōu)異的耐久性和可重復(fù)使用特性，可以取代牛皮紙作為CCL熱壓時(shí)的緩沖材料。

而實(shí)際使用發(fā)現(xiàn)墊氈或墊板作為CCL熱壓用緩沖材料目前表現(xiàn)不足之處在于使用初期通常滿足使用要求，但隨著使用次數(shù)增加，對(duì)壓力和溫度緩沖性降低，則壓板出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的機(jī)會(huì)逐漸增大，可能出現(xiàn)壓板板材厚度精度降低，無(wú)法滿足公差要求，壓板板材基材內(nèi)部缺陷幾率（板邊白邊白角、基材織紋顯露、基材空洞、基材板面色差不均）增加。且墊氈或墊板在使用中比較難掌握極限次數(shù)，由于其緩沖性的變化是一漸變的過(guò)程，外觀上無(wú)法判斷是否已失效［3］。同時(shí)為了增加墊板重復(fù)使用次數(shù)，便于搬運(yùn)，墊板通常為纖維、橡膠、樹脂等材料層疊體片狀結(jié)構(gòu)，實(shí)際使用中顯示，其對(duì)壓力的緩沖性依舊有限，有時(shí)甚至不及牛皮紙組合搭配，墊板對(duì)層壓過(guò)程中對(duì)層壓工裝平整性要求更高，隨著使用次數(shù)增加，緩沖性不足問(wèn)題更加突出。基于如上現(xiàn)狀，CCL行業(yè)中牛皮紙依舊作為主要緩沖材料在覆銅板熱層壓制程中廣泛應(yīng)用。

3　增強(qiáng)緩沖性在CCL薄板制程中應(yīng)用對(duì)比研究

為了達(dá)到增強(qiáng)緩沖材料對(duì)壓力和溫度緩沖性，以完全滿足目前層壓CCL薄芯板制程中對(duì)溫度和壓力緩沖性的更高要求，目前途徑有兩個(gè)，一是調(diào)整緩沖材料搭配，二是更換或添加緩沖材質(zhì)。

在調(diào)整緩沖材料搭配方面，本文主要研究通過(guò)調(diào)整牛皮紙搭配，評(píng)估層壓CCL薄板過(guò)程板料傳溫速率變化以及對(duì)層壓壓力敏感的薄芯板基材局部白斑缺陷影響，另外在更換或添加緩沖材質(zhì)方面，本文主要研究了在現(xiàn)行牛皮紙等通用緩沖材料中，通過(guò)添加低模量、高耐熱、高回彈性的增強(qiáng)緩沖材料，如：熱塑性薄膜、纖維增強(qiáng)硅膠片，以滿足層壓CCL薄板對(duì)溫度和壓力緩沖性更高要求，從而降低CCL薄板因壓力引起白斑缺陷幾率和程度。

3.1調(diào)整緩沖材料搭配

在實(shí)際調(diào)整緩沖材料搭配（如牛皮紙搭配）過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，單純只是通過(guò)增加牛皮紙搭配數(shù)量，很難同時(shí)兼顧滿足壓力緩沖和溫度緩沖的雙重要求，例如試驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，在層壓薄芯板過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整牛皮紙搭配，將牛皮紙搭配從18張極限調(diào)整至36張，對(duì)層壓壓力敏感的薄芯板基材局部白斑缺陷程度有所緩解，但對(duì)板料料溫曲線影響較大，升溫速率和最高固化溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足層壓產(chǎn)品要求，具體見下圖1。

圖1　不同牛皮紙搭配層壓CCL薄板料溫曲線

3.2添加熱塑性薄膜

熱塑性薄膜作為熱塑性材料，在加熱和加壓時(shí)會(huì)變軟以至流動(dòng)，特別是無(wú)定形熱塑薄膜，當(dāng)其受熱溫度高于其玻璃化溫度（Tg）時(shí)，其表現(xiàn)為高彈態(tài)，通過(guò)添加可有效增加牛皮紙等緩沖材料對(duì)壓力緩沖性。相關(guān)資料［2］特開平6-126855號(hào)公報(bào)中有報(bào)道顯示：為了改善層壓板的板厚精度和防止白紋產(chǎn)生，在緩沖材料中添加使用加熱加壓時(shí)流動(dòng)性的膜。

試驗(yàn)中，我們選用了與牛皮紙?jiān)跓釋?dǎo)率相近的耐熱性薄膜A，其具體數(shù)據(jù)見下表1，通過(guò)對(duì)比評(píng)估相同條件下層壓同一款結(jié)構(gòu)的CCL薄板表面板抽樣檢測(cè)基材局部白斑缺陷比例和程度差異。

表1　選用的薄膜A厚度和熱導(dǎo)率

結(jié)果與討論：

試驗(yàn)中，我們通過(guò)在疊合的牛皮紙緩沖材料中額外添加一張35 μm薄膜以提高緩沖材料對(duì)壓力緩沖性，板料中熱電偶曲線對(duì)比顯示：添加一張熱塑性薄膜，對(duì)板料溫度傳導(dǎo)基本不影響，但對(duì)壓板缺陷驗(yàn)證顯示：添加一張薄薄的熱塑性薄膜對(duì)原有牛皮紙搭配因熱壓壓力緩沖不足導(dǎo)致的層壓CCL薄板面板局部白斑問(wèn)題改善效果明顯，具體驗(yàn)證結(jié)果如下表2。

圖2　添加前后面板抽樣白斑缺陷比例

圖3　添加前后面板抽樣白斑缺陷嚴(yán)重程度分布

在此試驗(yàn)基礎(chǔ)上，同時(shí)對(duì)比了研究顯示：同一款熱塑性薄膜，薄膜的儲(chǔ)能模量（DMA測(cè)試）越低，彈性越好， 對(duì)層壓薄芯板白斑缺陷改善更加明顯。因此，同比下如下圖4、圖5，廠家b的熱塑性薄膜儲(chǔ)能模量相比廠家a低，相對(duì)彈性更好，對(duì)層壓薄芯板局部白斑缺陷改善更加有效。

圖4　 薄膜（廠家a ）DMA測(cè)試曲線

圖5　薄膜（廠家b） DMA測(cè)試曲線

3.3添加纖維增強(qiáng)硅橡膠

為了達(dá)到更好的試驗(yàn)效果，驗(yàn)證了牛皮紙緩沖材料中額外添加纖維增強(qiáng)硅橡膠材料，硅橡膠具有穩(wěn)定的硅氧化學(xué)結(jié)構(gòu)，除具有橡膠材料良好的彈性外，硅橡膠還具有優(yōu)異的耐熱性、耐化學(xué)腐蝕、能在-60℃（或更低的溫度）至+250 ℃（或更高的溫度）下長(zhǎng)期使用，目前廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域，由于硅橡膠優(yōu)良的耐熱性、高彈性特點(diǎn)，相關(guān)資料［2］特開平9-29773號(hào)公報(bào)中有報(bào)道顯示日本同行為了防止基材白紋的產(chǎn)生，選用儲(chǔ)能模量在1～7Mpa的橡膠作為緩沖材料能夠有效預(yù)防這個(gè)問(wèn)題。

結(jié)果與討論：

試驗(yàn)中通過(guò)在疊合的牛皮紙緩沖材料中額外添加一張0.5 mm ～ 1.0 mm纖維增強(qiáng)硅橡膠片以提高緩沖材料對(duì)壓力緩沖性，為了防止硅膠片粘附牛皮紙，我們?cè)诠枘z片上下表面采用銅箔阻隔，試驗(yàn)結(jié)果顯示：添加一張0.5 mm ～ 1.0 mm纖維增強(qiáng)硅橡膠片后，對(duì)板料傳溫速率也基本不影響，具體見如圖6。

由于硅膠片的彈性更佳，相比熱塑性薄膜，對(duì)層壓CCL薄板面板白斑問(wèn)題改善更加徹底，具體見表3。

表 2 添加前后表面板白斑缺陷概率和程度

3.4注意事項(xiàng)

試驗(yàn)驗(yàn)證顯示：如上二種通過(guò)在原有緩沖材料搭配基礎(chǔ)上添加熱塑性薄膜、纖維增強(qiáng)硅橡膠材料的方法，均可在不改變緩沖材料熱傳導(dǎo)情況下，提升現(xiàn)有緩沖材料對(duì)壓力緩沖性，從而降低CCL薄芯板因壓力引起的基材局部白斑缺陷幾率和程度，且各有優(yōu)劣，具體對(duì)比和注意事項(xiàng)如下表4。

圖6　添加纖維增強(qiáng)硅橡膠片與未添加層壓CCL薄板料溫曲線

表3　添加硅膠片、薄膜和未添加層壓CCL薄板抽樣表面板局部白斑缺陷比例對(duì)比

表4　添加熱塑性薄膜、纖維增強(qiáng)硅橡膠的方法優(yōu)劣和注意事項(xiàng)

4　研究結(jié)論

本文研究結(jié)果顯示，在現(xiàn)行CCL通用緩沖材料牛皮紙中，通過(guò)添加低模量、高耐熱、高回彈性的增強(qiáng)緩沖材料的方法，如：熱塑性薄膜、纖維增強(qiáng)硅橡膠材料，足以滿足層壓CCL薄芯板對(duì)溫度和壓力緩沖性更高要求，從而降低或消除CCL薄板因壓力引起板材基材局部白斑缺陷產(chǎn)生，同時(shí)該方法可克服單純通過(guò)增加牛皮紙搭配，難于同時(shí)兼顧滿足壓力緩沖和溫度緩沖雙重要求的問(wèn)題。

［1］曾光龍. FR-4覆銅板常見缺陷與解決方法.印制電路信息， 2012（12）:19-26.

［2］CN 101842210 A.

［3］楊忠華. 墊氈在覆銅板生產(chǎn)中的應(yīng)用. 印制電路信息， 2002（4）:24-27.

［4］劉熙. 新型材質(zhì)緩沖材料在覆銅板生產(chǎn)中的應(yīng)用.印制電路信息， 2009，S1:96-98.

周久紅，從事覆銅板工藝技術(shù)研究工作。

Application on the enhanced-elastic buffer material in the process of CCL lamination

ZHOU Jiu-hong WEN Zhen-xiong YANG Xin ZHAI Jun-wei

With the development of PCB towards thinning and line-precision， substrate is required thinner and thinner， the reliability of substrate is requested higher， craft paper and other traditional buffer materials have been unable to meet the requirement for pressure buffer in the process of lamination， this paper mainly studies collocation in using enhanced-elastic buffer material in the process of CCL lamination， in order to reduce the defect rate of thin core laminate.

Thin Core Laminate； Enhanced-Elastic Buffer Material； Thermoplastic Film； Fiber Reinforced Silica Gel

TN41

A

1009-0096（2015）08-0045-04