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真空層壓機(jī)在紙基覆銅板生產(chǎn)中應(yīng)用
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| 發(fā)布時(shí)間：2012.05.24 |
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層壓機(jī)是當(dāng)前覆銅板生產(chǎn)必不可少的設(shè)備，疊合在一起的粘結(jié)片和銅箔在層壓機(jī)中受熱受壓，粘結(jié)片上面的膠粘劑融熔而將粘結(jié)片與銅箔粘結(jié)成一個(gè)整體。當(dāng)前玻纖布覆銅板多數(shù)以環(huán)氧樹(shù)脂作粘結(jié)劑，而紙基覆銅板多數(shù)以酚醛系樹(shù)脂作為粘結(jié)劑。
環(huán)氧樹(shù)脂是分子式中含有2個(gè)或2個(gè)以上環(huán)氧基-CH-CH的一類高分子化合物。由于環(huán)氧樹(shù)脂分子結(jié)構(gòu)中含有環(huán)氧基、羥基，使其具有很強(qiáng)的反應(yīng)活性和粘合性。環(huán)氧樹(shù)脂固化是由環(huán)氧基開(kāi)環(huán)交聯(lián)，屬于加成聚合反應(yīng)，理論上，其固化過(guò)程沒(méi)有水和低分子物產(chǎn)生。酚醛樹(shù)脂是由酚類物質(zhì)(最常用苯酚)和甲醛縮聚而成，其固化過(guò)程是分子間羥甲基脫去一個(gè)水分子以次甲基鍵連接，屬于縮聚反應(yīng)。由于酚醛樹(shù)脂合成過(guò)程是一個(gè)很復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程，聚合物中含有相當(dāng)比例的未反應(yīng)的酚類和醛類物質(zhì)(稱為游離酚和游離醛)及部分低分子物。這些成分在酚醛樹(shù)脂固化過(guò)程中不參加反應(yīng)，加上固化過(guò)程縮合出來(lái)的水，都要釋放出來(lái)，這些成分稱之為揮發(fā)份。揮發(fā)份對(duì)覆銅板性能有很大負(fù)面影響，特別是覆銅板在熱態(tài)下或進(jìn)行焊錫處理時(shí)，會(huì)產(chǎn)生基材分層或銅箔鼓泡、脫離等嚴(yán)重質(zhì)量事故。因此，在覆銅板生產(chǎn)過(guò)程中基材上膠及層壓工藝，都采取一系列工藝措施，以保證生產(chǎn)出來(lái)覆銅板性能符合PCB制程要求。如基材上膠，粘結(jié)片揮發(fā)分需控制在某一技術(shù)指標(biāo)以下。在層壓過(guò)程中，施以較高壓力，讓融熔膠粘劑更多地滲入到增強(qiáng)材料纖維中去，也同時(shí)把纖維間殘存氣體、水分及膠粘劑上易揮發(fā)成分及樹(shù)脂固化過(guò)程中縮合出來(lái)的水氣排除出去。由于酚醛類樹(shù)脂含有較多的揮發(fā)份，固化過(guò)程又有水產(chǎn)生，所以層壓時(shí)需要用更高壓力。通常，環(huán)氧玻纖布基覆銅板壓制單位面積壓力在4.5-6Mpa，而酚醛紙基覆銅板壓制單位面積壓力需要10-12Mpa，以盡量把揮發(fā)份趕走或壓縮凝聚起來(lái)，使基板各層間有緊密的粘接，使其不存在孔洞、氣隙，使產(chǎn)品機(jī)械性能、電性能及 PCB制程工藝性能得到切實(shí)保證。但過(guò)高的層壓壓力，會(huì)增加層壓制品內(nèi)應(yīng)力，會(huì)增大基板翹曲度，甚至?xí)鸦膲毫�。�?dāng)采用真空層壓機(jī)來(lái)壓制覆銅板時(shí)，由于揮發(fā)份，低分子物較易排除，產(chǎn)品成型壓制壓力可以大大降低，而基板層間粘合性仍非常好，基板機(jī)械性能、電性能、PCB工藝性能均有所提高。而且由于壓制壓力降低，減少了基板內(nèi)應(yīng)力，提高了基板的平整度。因此真空層壓機(jī)被廣泛地應(yīng)用于玻纖布基覆銅板壓合及PCB多層板壓合。如FR-4產(chǎn)品采用真空層壓機(jī)壓制，其壓制單位面積壓力可以降低到2-3Mpa，比非真空層壓機(jī)壓制壓力低了一半，基材性能，平整度比非真空層壓生產(chǎn)產(chǎn)品有所提高。由于真空層壓有如此明顯的優(yōu)點(diǎn)，使國(guó)內(nèi)好些FR-4覆銅板生產(chǎn)廠將非真空層壓機(jī)改成真空層壓機(jī)。但目前國(guó)內(nèi)CCL行業(yè)用真空層壓機(jī)來(lái)生產(chǎn)紙基覆銅板廠家仍很少。這與傳統(tǒng)觀念認(rèn)為紙基覆銅板比較低值，真空層壓機(jī)比較昂貴等有一定的關(guān)系。
紙基覆銅板在壓制成型時(shí)，為了便于水氣和低分子等易揮發(fā)成分排除，在到達(dá)高壓前有些廠采用"卸壓"放氣工藝，即將壓力松掉甚至將已閉合壓機(jī)略為松開(kāi)，然后馬上"回壓"讓制品中揮發(fā)份排出，在壓機(jī)松壓時(shí)可以聽(tīng)到氣體被驟然釋放而產(chǎn)生的甚大的聲音--"啪"，這充家不贊同采用"卸壓"放氣這種做法，認(rèn)為這種做法對(duì)壓機(jī)的管路和閥件損害較大。為了解決這一問(wèn)題，好些新型層壓機(jī)都設(shè)置有"脈動(dòng)"功能，它可以進(jìn)入層壓菜單中，在脈動(dòng)功能啟動(dòng)時(shí)，它通過(guò)數(shù)次自動(dòng)壓力下降、回升過(guò)程，讓制品中可能存在的水氣、低分子物排除出去。起到既排氣又不損傷設(shè)備目的。而且"卸壓"放氣是在層壓進(jìn)程接近高壓點(diǎn)進(jìn)行的，為了避免板面出現(xiàn)干花等質(zhì)量問(wèn)題，操作過(guò)程需快速操作，操作者應(yīng)很熟練。如果采用具有"脈動(dòng)"功能層壓機(jī)，就不用擔(dān)心這一問(wèn)題了。
當(dāng)前紙基覆銅板層壓有二種形式，一種是鏡面板略大于粘結(jié)片，這種形式與FR-4層壓形式相類似。一種是鏡面板小于粘結(jié)片，在八十年代我國(guó)引進(jìn)日本紙基覆銅板生產(chǎn)技術(shù)時(shí)，帶來(lái)這一種層壓形式并被不少?gòu)S家所采用。采用這種層壓形式時(shí)，為了使基板不產(chǎn)生白邊角和把揮發(fā)份排除，更需較高的成型壓力。但過(guò)高成型壓力會(huì)破壞增強(qiáng)材料纖維結(jié)構(gòu)，很容易產(chǎn)生基材被壓裂現(xiàn)象，對(duì)基板平整度也帶來(lái)負(fù)面影響。因此，紙基覆銅板層壓成型也很有必要采用真空層壓技術(shù)，以使酚醛系樹(shù)脂在固化進(jìn)程產(chǎn)生的水氣、低分子物易于排除和降低成型壓力，提高基板平整度。在日常產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，用非真空層壓機(jī)壓制的產(chǎn)品，基板耐焊性是中間部位高于四周部分，而且相差比較大。這與粘結(jié)片在熱壓成型過(guò)程中，樹(shù)脂流動(dòng)是從板中心向四周呈輻射形相關(guān)，在高壓下，隨著樹(shù)脂的流動(dòng)，大部分未排除到板外的水氣和低分子物被凝聚在基板四周，而造成基板邊緣部位耐焊性低于基板中間部位。如果采用真空層壓機(jī)壓制，則在壓制過(guò)程中被擠到基板邊緣部位的水氣和低分子物，在"真空"環(huán)境下，會(huì)被抽走，因而可提高基板邊緣部位的耐焊性。因而真空層壓技術(shù)在紙基覆銅板層壓成型應(yīng)用，對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量作用與FR-4型產(chǎn)品是相同的，是很有必要的。特別是對(duì)于阻燃型紙基覆銅板，為了降低成本，在樹(shù)脂中加入了相當(dāng)比例的添加型阻燃劑如四溴雙酚A，五溴聯(lián)苯醚，磷酸三甲苯酯，三氧化二銻、水合氧化鋁等等成分。由于這些成份大部分不參與樹(shù)脂固化交聯(lián)反應(yīng)，它降低了樹(shù)脂體系耐熱性，最為明顯是耐焊性。這就出現(xiàn)了一對(duì)矛盾，要提高基板阻燃性，就應(yīng)增加阻燃劑用量。但阻燃劑用最過(guò)大，就會(huì)降低基板耐焊性。我國(guó)不少紙基覆銅板廠FR-1型產(chǎn)品的樹(shù)脂配方類同于日本松下電工的 8700。該樹(shù)脂配方的綜合性能很優(yōu)良，但耐燃性和耐焊性這對(duì)矛盾特別突出。特別是在夏季高溫多雨天氣，由于粘結(jié)片很容易吸潮，產(chǎn)品耐焊性會(huì)明顯降低。如果調(diào)整樹(shù)脂配方，使耐焊性提高，又會(huì)導(dǎo)致耐燃性達(dá)不到90-V0級(jí)。為了減少粘結(jié)片吸潮以提高基板耐焊性，而對(duì)粘結(jié)片貯料條件提出了很嚴(yán)格很苛刻要求，如貯料間溫度20-23℃，相對(duì)濕度RH＜35％，在南方濕度比較大地區(qū)要使RH＜35％困難很大。而且就是達(dá)到了，操作人員在如此干燥環(huán)境下長(zhǎng)期工作也很難受。因此，不少?gòu)S家選用投資比較經(jīng)濟(jì)的室溫20-25℃，RH＜50％貯料條件。當(dāng)生產(chǎn)FR-1產(chǎn)品出現(xiàn)耐焊性不合格時(shí)，再提高相對(duì)濕度條件到RH ＜35％。但如果使用真空層壓技術(shù)，則貯料間條件要求就不一定需要那么苛刻。
當(dāng)前，真空層壓機(jī)及真空層壓技術(shù)已經(jīng)很成熟，新建CCL廠不管是生產(chǎn)玻纖布基覆銅板還是紙基覆銅板，均應(yīng)盡量選用真空層壓機(jī)。對(duì)于一些老廠，非真空層壓機(jī)也可以改為真空層壓機(jī)，尤其那些框架結(jié)構(gòu)的層壓機(jī)，更容易改�？梢詫簷C(jī)連接熱壓板的軟管部位加罩密封起來(lái)。層壓機(jī)進(jìn)出料口加可開(kāi)關(guān)的門(mén)。如果是在同一方向進(jìn)出料，則只做一個(gè)門(mén)，后面部位封閉。如果是在壓機(jī)的一個(gè)方向進(jìn)料，另一個(gè)方向出料，則二個(gè)面均做門(mén)。門(mén)可以做成側(cè)開(kāi)式，也可以做成上下開(kāi)形式，門(mén)采用電機(jī)傳動(dòng)鏈條結(jié)構(gòu)形式較為簡(jiǎn)單。當(dāng)門(mén)被傳動(dòng)到位時(shí)，由裝在靠近門(mén)的四個(gè)角上的氣缸將門(mén)壓緊到壓機(jī)機(jī)架上。在門(mén)上裝有密封用的硅橡膠膠圈，以使門(mén)與壓機(jī)機(jī)架密合，使對(duì)壓機(jī)抽真空時(shí)不會(huì)漏氣。真空泵可選取用旋片式的，造價(jià)較低，一臺(tái)壓機(jī)可裝2-3臺(tái)小型真空泵。開(kāi)始抽真空時(shí)二臺(tái)或三臺(tái)真空泵同時(shí)開(kāi)，以盡快使壓機(jī)腔體達(dá)到較高真空度。當(dāng)真空度達(dá)設(shè)定值后，可以只開(kāi)一至二臺(tái)真空泵，保持真空度，以節(jié)省能耗。
由于真空層壓技術(shù)對(duì)提高紙基覆銅板的耐焊性、平整性是很明顯的，因而，在紙基覆銅板層壓成型中推行真空層壓技術(shù)是很有必要的。 |
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