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PCB压合铜箔起皱工艺改善方法探讨

导读: PCB层压过程中,PP树脂经历“玻璃态-高弹态-粘流态-高弹态-玻璃态”变化,由于图形设计、压机钢板的平整性、温度不均匀性、排板方式等因素影响,树脂在融化状态的流动处于无规则状态,板面受到的压强力的分布也不均匀。

1 前言

PCB层压过程中,PP树脂经历“玻璃态-高弹态-粘流态-高弹态-玻璃态”变化,由于图形设计、压机钢板的平整性、温度不均匀性、排板方式等因素影响,树脂在融化状态的流动处于无规则状态,板面受到的压强力的分布也不均匀,当板面局部压力不足时会产生铜箔起皱不良。通过优化设计、排板方式的改变、压合参数的修改等措施,提高板件欠压区分配到的压力,对铜箔起皱的解决,尤其是对“内铜厚+P片较薄+外层铜箔薄”类型起皱缺陷的解决,是本文重点探讨的问题。本文重点从机理上探讨了层压铜箔起皱产生的原因,并对铜箔起皱提出了一系列的解决方案,能较大程度的缓解铜箔起皱产生的几率,提高了产品的一次合格率。

2 铜箔起皱的表状

层压后的铜箔起皱产生于板件层压后的铜箔表面,较常见的是条纹状,叶脉状,直线状,严重时也会出现片状,深度0.05mm-0.5mm,分布通常与次外层无铜区的图案分布对应。产生铜箔起皱后要对照外层线路菲林和成型图,如果起皱落在交货单元内,则要剥掉起皱铜皮返层压。

3 前言

3.1 层压铜箔起皱的主要原因是板件热压时局部“欠压”

理论上,板件受到的压强力*排板面积=液压油压强力*活塞面积=输入压强力*输入面积。即:板面单位面积受到的压强力=输入的压强力*(排板面积/输入面积)。

一般板件平均单位面积上受压23kgf就不会起皱,但压力分布极端的特殊类型平均单位面积受压甚至需要30kgf才能避免起皱。

这是因为板件图形分布不均匀、压机均匀性、钢板均匀性、压力传递散失等等因素影响,板面上不可能各处压强力分布均匀。当局部压强力过小,不足以使树脂塑型,板件就会产生白斑空洞或者铜皮起皱。

3.2  铜箔起皱常见类型及其成因分析

3.2.1  次外层无铜空白区面积较大,次外层PP片厚度较少,铜箔1/3oz。

这是所有起皱不良中最常见的类型,占起皱的一半以上。比如:内铜1OZ+106*2+铜箔1/3OZ或内铜1OZ+1080+铜箔1/3OZ结构。

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3.2.1.1 这类配本有多个因素不利于起皱的控制

3.2.1.1.1 内铜1OZ、次外层无铜空白区面积大

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内层无铜空白区受到的压力f﹤内层有铜区受到的压力F,无铜区与有铜区压力分布不均匀,在空白区位置容易出现起皱。

3.2.1.1.2 外层PP片为106*2

在热压时,树脂经历“固态-高弹态-粘流态-高弹态-固态”变化过程,在料温约80-140的粘流态,树脂流动填充内层间隙。这个过程,树脂越少填充能力越弱;软化的PP片本身作为最好的缓冲材料,厚度越薄缓冲能力越弱。所以,106*2的PP结构没有很好的缓冲能力和填充能力,对改善无铜区压力分布不均引起的起皱现象没有很多帮助。

3.2.1.1.3  1/3OZ铜箔

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树脂粘流态粘度仍高达3000pa*s以上,其在流动填充间隙时会带动铜箔向无铜区聚集,同时树脂软化-流动的缓冲作用,无铜区分配的压力f及其反作用力f1也在增大,f1作用于铜箔使铜箔向两边延伸。在树脂固化前,铜箔展开速度不能低于聚集速度,否则铜箔会起皱。

3.2.1.2  小结

ⅰ.厚度越小的铜箔其强度越差,越容易被树脂带动在无铜区聚集打褶,这也是1/3OZ铜箔容易起皱的原因;

ⅱ.无铜区域越大,聚集的铜箔越多;

ⅲ.在树脂流动时分配到的压力才有利于改善起皱,所以打压时机很重要,如果过早没有必要,反会带来介厚不均等其他异常,过晚则树脂粘度低或已经固化,再大的压力都等同欠压而起皱。一般而言,在开口中间层料温60℃,外层料温90℃左右上高压比较合理。

3.2.2  高层次板,内层空白区叠加厚度比较

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内层无铜区叠加的厚度等于各层铜损厚度的总和,有些高层次板总的铜损厚度叠加起来往往很大,有时甚至高达0.5mm,也就是说无铜区要比有铜区低0.5mm。层压时这些无铜空白区分配到的压力要远远小于有铜区,很容易出现起皱和层压白斑。

3.2.3  开口相互影响导致的“失压”

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一炉板有多个开口组成,其中一个开口由上盖板、下底板、牛皮纸和中间的钢板、层压板件组成,开口与开口间隔热盘。

一般来说,排板要求同一开口内的板件对准不能超过10mm,否则会出现滑板失压,而不同开口因为有牛皮纸、盖底板和热盘阻隔,不考虑每个开口内板件的相对位置,只考虑各个开口的面积。

事实上,开口之间的相互影响确实很小,在实际生产中,板件很少会因为不同开口间的对准度不够出现起皱。但一些特殊情况,比如:同炉的其他不同开口板件对准度很好,对准度不好的开口恰好是3.2.1所描述类似的容易起皱类型,则该开口容易因为压力散失出现失压起皱。

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