1、 Prepreg物性與壓合條件探討宏仁電子技術(shù)部 1內(nèi)容1、CCL制程簡介2、玻纖布簡介3、半固化片物性及使用相關(guān)注意事項4、壓合基本知識5、建議壓合條件6、熱壓各影響因素探討7、內(nèi)層板表面狀況與壓合關(guān)系探討8、常見壓合異常原因分析及解決對策2CCL制程簡介3玻纖布(一)CCL(Copper Clad Laminate)和PCB(Printed Circuit Board)常用的玻纖布，通常使用平織玻纖布。所謂平織即經(jīng)紗從一緯紗上面，再從一緯紗下面通過之紡織方式。平織玻纖布其縱橫方向性能一致性好，易排除氣泡，可織成各種厚度和密度等優(yōu)點。 為使玻纖布與有機樹脂更好地結(jié)合，在織布完成后，玻纖布面必

2、須處理Coupling Agent(偶合劑)，其效用為一邊官能基接無機物的玻纖布，另一邊官能基接有機的Epoxy。目前用Aminosilane.NH2-Si-(OCH3)3玻纖布品質(zhì)對Prepreg的影響：a.玻纖布織造均勻度、緯紗歪斜、張力大小，對基板的板彎、板翹會造成影響b.玻纖布毛羽、破絲，會使Prepreg出現(xiàn)樹脂凸粒，嚴重時會在層壓中造成銅破;玻纖布破絲,會在層壓基板內(nèi)可能出現(xiàn)Void.4玻纖布(二)目前市場上玻纖布使用在CCL和PCB行業(yè)上，等級為E-GRADE即電子級材料。常用的布種有7628、2116、1080等，其為代號，無實質(zhì)數(shù)字意義。詳細組成如下：布種布基重(g/m2)紗

3、種類組織(紗數(shù)/in)單纖直徑(m)經(jīng)向緯向7628210*G75400443392116107E22520060587108048D45020060485*注：G75 G：單纖直徑9m 75：75100YR/LB 5基材物性 基材在PCB界亦稱為膠片(Prepreg)，系由玻纖布含浸樹脂，再將樹脂Semi-cure而成固態(tài)之膠片，亦稱樹脂在B-STAGE。在溫度和壓力作用下，具有流動性并能迅速地固化和完成粘結(jié)過程，并與載體一起構(gòu)成絕緣層 為了確保多層板的層壓質(zhì)量，半固化片應(yīng)有： 1、均勻的樹脂含量 2、較低的揮發(fā)份 3、能很好控制的動粘度 4、均勻適宜的樹脂流量 5、符合規(guī)定的膠化時間 附相

4、關(guān)名詞： 1.樹脂含量(R.C)：樹脂重量/(玻纖布重+樹脂重) 2.樹脂流量(R.F)：樹脂流出量/(玻纖布重+樹脂重) 壓力：15.5KG/CM2 溫度：170壓合時間：9min 3.膠化時間：GT 4.揮發(fā)份(VC)：含在Prepreg中可揮發(fā)的成分。 (烘前重-烘后重)/烘前重 溫度：1632時間：15min 6選擇半固化片的原則1、在層壓時樹脂能填滿印制導(dǎo)線間的空隙2、能在層壓中排除迭片間空氣及揮發(fā)物3、能為多層板提供必須的樹脂/玻璃布比率同時要考慮到層壓板尺寸、布線密度、層數(shù)和厚度等實際情況。另外半固化片各項特性并不是各自孤立的，而是相互影響地依存著。如基材膠化時間偏長，其樹脂流量

5、就會偏大，動粘度偏小，層壓中樹脂流失就多；如果揮發(fā)物含量高，層壓時樹脂的流失也將增多；同時樹脂含量高，壓合中流膠量也會大。7.基材在壓合前后應(yīng)注意事項(一)：1.貯存條件：溫度20，相對濕度50%。2.貯存時間：3個月以內(nèi)，以先進先出為原則。3.包裝： a.未使用前盡量保持原來包裝。拆封后如果未完全裁完，請回復(fù)原來之包裝 b.裁好之Panel Size Prepreg應(yīng)在良好之空調(diào)狀況下盡速使用。如果未用完，須以PE膜包好封好，在第1項條件下貯存并記錄裁切日期，于兩星期內(nèi)用完。8.基材在壓合前后應(yīng)注意事項(二)：裁Panel須注意事項：a.盡量將樹脂屑、玻纖絲剔除，以免影響環(huán)境，污染基板，造成

6、其他異常。b.避免基材折傷，造成樹脂脫落及壓力點.c.避免其他雜物(如毛發(fā)等)侵入。5.基材(Prepreg)貯存兩大異常：a.溫度：溫度太高，會造成樹脂Bonding(粘結(jié))，以致壓合后基板有白點、白化等情形。b.水氣：貯存濕度太高使Prepreg吸收Moisture(水汽)，在壓合過程中會導(dǎo)致流膠過大，白邊白角大等異常；嚴重時，可導(dǎo)致基板白化等異常。 1.LAY-UP注意事項：a.LAY-UP時Core和Prepreg對齊差，易導(dǎo)致白邊白角。b.Core和Prepreg經(jīng)緯方向要一致，否則，易導(dǎo)致基板Twist。9壓合基本知識壓合是借助于B-Stage粘結(jié)片把各層線路薄板粘結(jié)成整本的手段，

7、根據(jù)擴散理論，這種粘結(jié)是通過界面上大分子之間的相互擴散、滲透，進而產(chǎn)生交織來實現(xiàn)，影響因素如下：1、界面接觸時間。其長短直接影響界面上粘結(jié)劑大分子的擴散和滲透程度， 足夠的接觸時間是實現(xiàn)牢固粘結(jié)的必要條件。2、粘結(jié)溫度。提高溫度會產(chǎn)生兩種結(jié)果，第一是粘結(jié)劑的大分子或鏈段運動加強，有利于擴散、滲透，提高結(jié)合力；第二是加快了粘結(jié)片由B-階向C-階轉(zhuǎn)化，不利于擴散和滲透，從而影響結(jié)合力3、粘結(jié)劑分子(B-階程度)。其分子量較大時其粘結(jié)力完全取決于大分子的端基團的擴散和滲透；當分子量繼續(xù)加大時，粘結(jié)力就取決于中間基團的擴散程度；繼續(xù)過渡到C-階，擴散消失，粘結(jié)力由界面上分子間引力決定。因此只有采用中等

8、分子量的粘結(jié)劑，才能既有很好的擴散能力又有一定的內(nèi)聚力，從而獲得良好的粘結(jié)效果。4、潛伏性或后效性促進劑能保證大分子的擴散，使大分子的深度擴散和滲透有充分的時間，有利于粘結(jié)。此外還有分子極性，壓力，分子結(jié)構(gòu)，填充物，存放期，表面處理及溶劑等因素對粘結(jié)力有一定的影響。10建議熱壓條件建議壓合條件：2T2P二段溫二段壓 TemperaturePressure2T2P715,2535,6070,4050,CoolingTime(min)40050 psi(2528kg/cm2)4010 psi(5kg/cm2)180140Kiss Pressurea二段壓時機：內(nèi)層板料溫達約5060。b二段溫時機：

9、外層料溫達約115120。c 90130料溫升溫速率1.52.5/min d CURE溫度：內(nèi)層料溫須達16530min or 16050mine Kiss pressure:4010psi(5gk/cm2).f 2nd pressure:40050psi(2528gk/cm2).11熱壓狀況探討(1)熱壓狀況：a.升溫速率：90-130時1.52.5/min較佳。b.CURE溫度：16530min or 16050min以上。c.壓力：第一段在料溫達5055之間使用低壓5KG/CM2，第二段壓力可試2030 KG/CM2。d.一般熱壓條件須與基材物性相配合，如遇異常能適當調(diào)整壓合條件加以克服

10、，一般使用兩段溫度的概念如下： 第一段溫度 第二段溫度(a)溫度90130 (a)溫度90130+16530(b)樹脂MELT，并趕走氣泡(b)迅速升溫并使樹脂完全CURE(C)局部CURE12升溫速率不同對樹脂粘度的影響：最高可操作粘度5/minWork window 1Work window 22/minViscosity試驗表明，隨著加熱速率的增加，樹脂粘度會變小。其關(guān)系如下圖： Temp./time從圖中可以看出，升溫速率越快，樹脂流動度大，樹脂中氣泡越易趕出，且其對玻布剪切力也越小，使基板壓合后板彎板翹減小，但升溫速率過快，會導(dǎo)致板厚不均，白邊白角過大等不良影響。因此料溫升溫速率的快

11、慢，要依實際壓合狀況而定，通常在料溫90130段，以1.52.5/min為宜。13 Moisture對樹脂粘度的影響：試驗表明，對同一種配方生產(chǎn)之同一種Prepreg，經(jīng)溫度相同，濕度不同環(huán)境下放置同樣一段時間后，在同一升溫速率下，樹脂粘度變化如下： Temp./Time 從圖中可以看出，在高濕變環(huán)境下放置的Prepreg，在同樣壓合條件下，其粘度較低，會出現(xiàn)白角白邊大、流膠大等現(xiàn)象，嚴重時會出現(xiàn)板面白化、Void等現(xiàn)象。NormalHigh RelativeHumidityViscosity14配方對膠化時間和樹脂粘度的影響： 配方的改變(同一料號中各物料比例的改變)，往往也會導(dǎo)致膠化時間的

12、改變，從而導(dǎo)致樹脂在壓合過程中其粘度亦有所不同： 不同配方對膠化時間和樹脂粘度的影響 Temp./Time從圖中可以看出，配方不同，膠化時間亦往往不同。在同樣壓合條件下，膠化時間長，其樹脂粘度也低。因此，對于不同配方的Prepreg，在壓合過程中要視配方的不同，對壓合條件要做不同的調(diào)整，以使二者相匹配，從而達到最佳的壓合質(zhì)量。 ViscosityLOW GTHigh GT15內(nèi)層電路板的表面處理與壓合之關(guān)系為防止多層板受到高溫熱沖擊時分層起泡，多層板的內(nèi)層粘結(jié)面必須進行表面處理，主要包括以下幾種處理方式：1、表面潔凈處理機械或堿性化學(xué)清潔化處理2、化學(xué)微蝕或化學(xué)粗化目的是獲得較大的比表面，給粘

13、結(jié)創(chuàng)造更有利的條件，實驗表明只要微蝕深度達到1.3810-4mm以上，銅表面氧化層與樹脂垂直方向的結(jié)合力才趨于穩(wěn)定狀態(tài)。3、化學(xué)氧化或黑化對銅表面進行化學(xué)氧化或黑化，使其表面生成一 層氧化物(黑色的氧化銅或紅色的氧化亞銅或二者的混合物)以進一步加比表面提高粘結(jié)力。16內(nèi)層印制線路表面與半固化片的粘結(jié)強度與氧化層的結(jié)構(gòu)和厚度有關(guān)，但并非黑色氧化層愈厚，粘結(jié)強度愈高，黑化層厚度與剝離強度之間關(guān)系請參閱下圖。 樹脂與氧化物間斷裂增加 氧化物表面積增加使粘結(jié)強度上升 氧化物間斷裂增加導(dǎo)致粘結(jié)強度下降 剝離強度(磅/寸) 黑色氧化物厚度黑色氧化層厚度與粘結(jié)強度關(guān)系17內(nèi)層薄板吸濕及干燥處理一般一塊在溫度

14、為30、相對濕度為6070%環(huán)境下存放的印制線路薄板，其表面吸濕量為(38) 10-5g/cm2,這極少量的水會嚴重影響多層板的耐高溫熱沖擊性能，請參閱以下對比表：溫度濕度%處理條件測試條件分層時間Sample 13260無260 浸錫60秒Sample 21260自然干燥260 浸錫60秒Sample 32060120 干燥1520分鐘280 浸錫60秒18壓合疵病原因分析及解決對策(一)疵病表現(xiàn)形式原因解決對策缺膠或樹脂含量不足外觀呈白色、顯露玻璃布織紋RF過大預(yù)壓力偏高加高壓時機不正確PP樹脂含量低，GT偏長，動粘度偏小降低溫度或壓力，降低預(yù)壓力調(diào)整施高壓時間調(diào)整預(yù)壓力溫度和加高壓時間白

15、點及白化外觀有微小氣泡群集或有限氣泡積聚或?qū)娱g局部分離預(yù)壓力偏低溫度偏高且加高壓太遲。樹脂動粘度過高揮發(fā)物含量偏高粘結(jié)表面不清潔流動性差或預(yù)壓力不足板溫偏低提高預(yù)壓力19壓合疵病原因分析及解決對策(二)疵病表現(xiàn)形式原因解決對策板面有凹坑，樹脂；皺紋表面導(dǎo)電層有凹坑，但未穿透或表面導(dǎo)電層被樹脂局部復(fù)蓋壓合模板表面有殘留樹脂或有半固化片碎屑；脫膜紙或膜上粘有半固化片碎屑或塵土，或起皺有皺折。注意空調(diào)潔凈系統(tǒng)并加強清理和檢查工作內(nèi)層圖形位移內(nèi)層圖形偏離原位，產(chǎn)生短(開)路現(xiàn)象內(nèi)層圖形銅箔的抗剝強度低或耐熱性差或線寬過細預(yù)壓力過高樹脂動粘度過小壓機模板不平行改用高質(zhì)量內(nèi)層覆銅箔基板降低預(yù)壓力或更換半固

16、化片調(diào)整模板20壓合疵病原因分析及解決對策(三)疵病表現(xiàn)形式原因解決對策 板厚不一致板厚不均勻或內(nèi)層板滑移同一本的成型板總厚度不同成型板內(nèi)印制板加厚度差大，熱模板平行度差，能自由位移且整個迭層又偏離熱模板中心位置調(diào)整到總厚度一致調(diào)整厚度，選用厚度差小的覆銅箔板，調(diào)整熱模板平行度，限制多余的自由度并力求安置迭層在熱模板中心區(qū)域板超厚或不足板厚超過上限或低于下限半固化片數(shù)量不對或錯用或樹脂流量太大(小)預(yù)壓力不足(太大)檢查記錄重新測定基材物性及調(diào)整壓合參數(shù)提高(降低)預(yù)壓力板局部超厚板面局部起泡凸起板內(nèi)夾入外來污物，塵土等固體顆粒層壓模板的平整度差加強損傷環(huán)境的管理修正層壓模板的平整度21壓合疵

17、病原因分析及解決對策(四)疵病表現(xiàn)形式原因解決對策翹曲彎曲或扭曲非對稱性結(jié)構(gòu)板材未完全固化基材和基板的下料及迭片方向不一致多層板中使用不同廠家基板或基材后固化釋壓后多層板安置不妥力求設(shè)計布線密度和層壓中基材對稱放置保證固化時間及溫度力求下料及迭片方向一致在同一組合模中使用同一家材料多層板在受壓下加熱至Tg點以上，再保壓冷卻到室溫以下。層間錯位層與層之間連接盤中心偏移內(nèi)層材料的熱膨脹，基材樹脂流動壓合中的熱收縮壓合材料和模板的熱脹系數(shù)相差較大控制基材特性預(yù)先對板材進行熱處理選用尺安較好的內(nèi)層基板及基材22壓合疵病原因分析及解決對策(五)疵病表現(xiàn)形式原因解決對策耐熱沖擊性差受熱分層，起泡內(nèi)層導(dǎo)體粗

18、化或氧化質(zhì)量差基材類型或性能有誤或存放變質(zhì)根據(jù)判斷結(jié)果作出相應(yīng)處理分層分層受熱分層，起泡內(nèi)層的濕度或揮發(fā)物含量高基材揮發(fā)物含量高內(nèi)層表面污染外表物質(zhì)污染氧化層表面呈堿性表面有亞氯酸鹽殘留物氧化層晶體太長前處理未形成足夠表面積鈍化作用不夠烘烤內(nèi)層去濕改善基材存放條件改善操作避免污染加強氧化操作后的清洗，監(jiān)測清洗水的PH值縮短氧化時間調(diào)整氧化液濃度及操作溫度增加微蝕遵循工藝要求23Tg的定義及測定:Tg的定義: 玻璃態(tài)與高彈態(tài)之間的轉(zhuǎn)變,稱為玻璃化轉(zhuǎn)變,對應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度,即玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg. 取一塊非晶高聚物試樣,對他施加一恒定的力,觀察試樣發(fā)生的形變,可以得到如下圖的曲線;形變溫度TgTf玻璃態(tài)

19、高彈態(tài)粘流態(tài)24樣品溫度(Sample Temperature)溫度程序 傳感器(Transducer)加熱爐(Furnace)樣品(Sample)實驗方法(Experiment)樣品特性(Sample Character)Tg的測量:25Silver Base for Cell Lid #1Measuring ChamberSilver Base for Cell Lid #2FurnaceTzero Sensor54 Nickel Cooling RodsCooling FlangeChambers for Temperature Conditioning of Purge Gas26Q

20、Series Cell Cooling DevicesThe cooler sits on the Ni ring. (Finned air cooler shown)Ni RingFaster CoolingLower TemperatureQuicker Response Better cooling / subambient performanceWider MDSC conditions27DSC: Cell Schematic DiagramDynamic Sample ChamberReference PanSample PanLidGas Purge InletChromel DiscHeating BlockChromel DiscAlumel WireChromel WireThermocouple JunctionThermoelectric Disc (C