覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板翹曲性研究

唐軍旗 李志光

（國(guó)家電子電路基材工程技術(shù)研究中心，廣東 東莞 523808）

0 前言

通常情況下，雙面覆銅箔層壓板都使用厚度一樣的銅箔制作，且上下銅箔類型也一致（電解銅箔或者壓延銅箔），即使兩面銅箔不同，但至少兩面銅箔的特性不會(huì)相差太遠(yuǎn)，如銅箔厚度、銅箔種類等，這是為了保證該雙面覆銅箔板在常態(tài)（A態(tài)）、回流焊后等狀態(tài)下不會(huì)發(fā)生翹曲。而對(duì)于單面線路要求能通過大電流時(shí)，需要覆銅板基材的兩面銅箔設(shè)計(jì)成不同厚度，把一面銅箔設(shè)計(jì)成厚銅，以滿足導(dǎo)通大電流的要求，但這樣無疑加劇了覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板的翹曲風(fēng)險(xiǎn)。

產(chǎn)生翹曲的主要因素是應(yīng)力，應(yīng)力的產(chǎn)生因素可分為內(nèi)在因素和外在因素，內(nèi)在因素如樹脂配方、原材料種類等，外在因素如覆銅箔板材的生產(chǎn)工藝條件等。外在因素可以通過工藝綜合改善優(yōu)化很好的解決；內(nèi)在因素，也即基材本身的翹曲性，只能通過樹脂配方的設(shè)計(jì)、原材料種類的選擇等去解決。樹脂配方的設(shè)計(jì)主要為樹脂、固化劑、促進(jìn)劑的種類及其用量的選用。

本文介紹了對(duì)覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板翹曲性研究結(jié)果，通過靜態(tài)翹曲測(cè)試了覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板在A態(tài)和220 ℃高溫處理后的翹曲情況，并通過動(dòng)態(tài)翹曲測(cè)試了覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板在不同溫度下的翹曲情況，從而選出適合用在覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板的基材種類。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

選擇三種類型基材制成覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板，三種基材及其基本物性如表1所示。覆銅板采用單張PP厚度均為100 μm。表1中基本物性的測(cè)量方法參照IPC標(biāo)準(zhǔn)，除XY CTE（熱膨脹系數(shù)）（拉伸法）和動(dòng)態(tài)翹曲測(cè)試采用0.1 mm厚度的基材外，其余測(cè)試采用0.8 mm厚度的基材。

表1 三種基材基本物性表

1.2 測(cè)試方法

1.2.1 靜態(tài)翹曲

覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板的靜態(tài)翹曲類型為弓曲和扭曲，其定義和測(cè)試方法參照IPC-TM-650標(biāo)準(zhǔn)。

弓曲的定義為：覆銅箔板材類似于柱形或曲球形的一種變形，對(duì)于形狀為矩形的覆銅箔板材，它的四個(gè)角位于同一平面。

弓曲測(cè)試方法為：樣品凸面向上置于測(cè)試平臺(tái)上，測(cè)量樣品與平臺(tái)最大垂直距離，弓曲百分率=最大垂直距離/被測(cè)量一邊的邊長(zhǎng)。

扭曲的定義為：矩形的覆銅箔板材在平行于對(duì)角線方向的一種變形，其中一個(gè)角不包含在另外三個(gè)角的平面上。扭曲測(cè)試方法為：樣品置于測(cè)試平臺(tái)上，使任意三個(gè)角接觸到平臺(tái)，測(cè)量不接觸平臺(tái)的角與平臺(tái)最大垂直距離，扭曲百分率＝最大垂直距離/對(duì)角線長(zhǎng)度。樣品尺寸為250（經(jīng)）×300 mm，一面覆18 μm銅箔，一面覆210 μm銅箔，分別測(cè)量覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板在A態(tài)和220 ℃高溫處理1 h后的靜態(tài)翹曲情況。

1.2.2 動(dòng)態(tài)翹曲

采用翹曲測(cè)試儀測(cè)量。取覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板，樣品尺寸為240（經(jīng)向）×70 mm（緯向），分別測(cè)試一面覆18 μm銅箔、一面覆210 μm銅箔及將一面所覆18 μm銅箔蝕刻掉、保留另一面覆210 μm銅箔的樣品動(dòng)態(tài)翹曲情況，測(cè)試條件為30 ℃升溫到260 ℃再降溫到30 ℃，升降溫速率為0.5 ℃/min，記錄整個(gè)過程板材的翹曲大小變化情況。

1.2.3 材料漲縮率

采用TMA測(cè)量，樣品尺寸同IPC標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試材料XY CTE（拉伸法），測(cè)試程序設(shè)定為，從30 ℃升溫到260 ℃，恒溫10 min，再從260 ℃降溫到30 ℃，速率均為10 ℃/min，結(jié)果取升溫段30 ℃的位置為l 1，降溫段30 ℃的位置為l2，材料漲縮率＝絕對(duì)值（l2－l1）/樣品長(zhǎng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板的靜態(tài)翹曲

從表2可以看出，A板的靜態(tài)翹曲，無論是A態(tài)還是220 ℃高溫處理1 h后，其翹曲度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過B板和C板的翹曲度?；牡母邉傂詻]有有效降低覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板的翹曲，反而產(chǎn)生不可逆的翹曲。另外，A板在A態(tài)的靜態(tài)翹曲形態(tài)為較大的弓曲，與其他兩種覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板較低的扭曲在種類和大小上有明顯的差異，這也表示應(yīng)力殘留對(duì)覆不對(duì)稱銅箔的高模量、高Tg覆銅板的影響極其嚴(yán)重，即使基材具備低翹曲特性，但一旦應(yīng)力不能及時(shí)被緩沖并釋放出去，勢(shì)必造成嚴(yán)重的翹曲情況。

表2 覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板的靜態(tài)翹曲結(jié)果

B板和C板使用的基材由于具備低模量特性，對(duì)應(yīng)力的緩沖有明顯的作用，應(yīng)力的殘留及產(chǎn)生沒有造成嚴(yán)重的翹曲，其A態(tài)和220 ℃高溫處理1 h后的翹曲度較低。220 ℃高溫處理1 h后的翹曲度，C板的較低，這與基材Tg的高低有關(guān)。220 ℃高溫，已經(jīng)遠(yuǎn)超過低Tg基材的Tg，在此溫度下處理1 h，過度固化，內(nèi)應(yīng)力殘留嚴(yán)重，低Tg覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板受內(nèi)應(yīng)力的影響容易形變。

2.2 覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板的動(dòng)態(tài)翹曲

值得注意的是，在實(shí)際測(cè)試靜態(tài)翹曲的過程中，有額外的影響因素，對(duì)于低模量基材，由于厚銅箔較重，基材本身較柔軟，覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板在重力的作用下，翹曲度進(jìn)一步減少，因此，靜態(tài)翹曲測(cè)試不能完全反應(yīng)覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板的翹曲情況，有必要考察覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板的動(dòng)態(tài)翹曲情況。B板和C板的靜態(tài)翹曲度相近，選擇這兩種覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板做動(dòng)態(tài)翹曲對(duì)比測(cè)試，并分別考察保留兩面銅箔(18 μm/210 μm)及一面蝕刻薄銅箔（0/210 μm）覆銅板的動(dòng)態(tài)翹曲情況。

從圖1可知，覆不對(duì)稱銅箔的低模量、高Tg覆銅板（C板）的動(dòng)態(tài)翹曲較低，特別是一面蝕刻掉銅箔、保留另一面覆210 μm銅箔的樣品，C板的動(dòng)態(tài)翹曲大小與覆不對(duì)稱銅箔的低模量、低Tg覆銅板（B板）的差距更大，差距近50%。與2.1的解析一樣，高于基材Tg的處理溫度下，過度固化，內(nèi)應(yīng)力殘留嚴(yán)重，覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板受內(nèi)應(yīng)力的影響容易形變，導(dǎo)致B板的動(dòng)態(tài)翹曲度較大。

圖1 動(dòng)態(tài)翹曲測(cè)試結(jié)果圖

2.3 覆不對(duì)稱銅箔的低模量、高Tg覆銅板（C板）低翹曲分析

C板的翹曲較低，除與Tg較高和模量較低外，更重要關(guān)鍵點(diǎn)在于基材在不同溫度下翹曲變化小，對(duì)比低模量、高Tg基材和低模量、低Tg基材的動(dòng)態(tài)翹曲性，如圖2所示。從圖2可以看出，低模量、高Tg基材具備在整個(gè)動(dòng)態(tài)翹曲測(cè)試的過程中，30 ℃升溫到260 ℃再降溫到30 ℃，翹曲變化很小，最大翹曲和最小翹曲差為90 μm，而低模量、低Tg基材的最大翹曲和最小翹曲差達(dá)到230 μm，是前者的2.5倍多，也因此，低模量、高Tg基材在覆不對(duì)稱銅箔覆銅板的應(yīng)用上，比低模量、低Tg基材具有更低的翹曲性表現(xiàn)，能滿足覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板的低翹曲性的要求。

圖2 低模量、高Tg基材和低模量、低Tg基材的動(dòng)態(tài)翹曲性

3 結(jié)論

低模量、高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度基材能明顯降低覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板的翹曲，其A態(tài)和220 ℃高溫處理后均有較低的翹曲度，動(dòng)態(tài)翹曲測(cè)試也顯示其具有較低的翹曲，其根本原因在于基材具備高Tg和低模量特性。這類基材可滿足下游對(duì)覆不對(duì)稱銅箔的覆銅板的低翹曲性應(yīng)用需要，市場(chǎng)前景廣闊。