压合制程1完全.pptx

GRACE ELECTRON CORPPrepreg物性与压合条件探讨物性与压合条件探讨宏仁电子技术部广州宏仁电子工业公司广州宏仁电子工业公司GRACE ELECTRON CORP内容内容1、CCL制程简介2、玻纤布简介3、半固化片物性及使用相关注意事项4、压合基本知识5、建议压合条件6、热压各影响因素探讨7、内层板表面状况与压合关系探讨8、常见压合异常原因分析及解决对策GRACE ELECTRON CORPCCL制程简介制程简介GRACE ELECTRON CORP玻纤布玻纤布(一一)CCL(Copper Clad Laminate)和PCB(Printed Circuit Board)常用的玻纤布，通常使用平织玻纤布。所谓平织即经纱从一纬纱上面，再从一纬纱下面通过之纺织方式。平织玻纤布其纵横方向性能一致性好，易排除气泡，可织成各种厚度和密度等优点。为使玻纤布与有机树脂更好地结合，在织布完成后，玻纤布面必须处理Coupling Agent(偶合剂)，其效用为一边官能基接无机物的玻纤布，另一边官能基接有机的Epoxy。目前用Aminosilane.NH2-Si-(OCH3)3玻纤布品质对Prepreg的影响：a.玻纤布织造均匀度、纬纱歪斜、张力大小，对基板的板弯、板翘会造成影响b.玻纤布毛羽、破丝，会使Prepreg出现树脂凸粒，严重时会在层压中造成铜破;玻纤布破丝,会在层压基板内可能出现Void.GRACE ELECTRON CORP玻纤布玻纤布(二二)目前市场上玻纤布使用在CCL和PCB行业上，等级为E-GRADE即电子级材料。常用的布种有7628、2116、1080等，其为代号，无实质数字意义。详细组成如下：布种布种布基重布基重(g/m2)纱种类纱种类组织组织(纱数纱数/in)单纤直径单纤直径(m)经向经向纬向纬向7628210*G75400443392116107E22520060587108048D45020060485*注：G75G：单纤直径9m75：75100YR/LBGRACE ELECTRON CORP基材物性基材物性基材在PCB界亦称为胶片(Prepreg)，系由玻纤布含浸树脂，再将树脂Semi-cure而成固态之胶片，亦称树脂在B-STAGE。在温度和压力作用下，具有流动性并能迅速地固化和完成粘结过程，并与载体一起构成绝缘层为了确保多层板的层压质量，半固化片应有：1、均匀的树脂含量2、较低的挥发份3、能很好控制的动粘度4、均匀适宜的树脂流量5、符合规定的胶化时间附相关名词：1.树脂含量(R.C)：树脂重量/(玻纤布重+树脂重)2.树脂流量(R.F)：树脂流出量/(玻纤布重+树脂重)压力：15.5KG/CM2温度：170压合时间：9min3.胶化时间：GT4.挥发份(VC)：含在Prepreg中可挥发的成分。(烘前重-烘后重)/烘前重温度：1632时间：15minGRACE ELECTRON CORP选择半固化片的原则选择半固化片的原则1、在层压时树脂能填满印制导线间的空隙2、能在层压中排除迭片间空气及挥发物3、能为多层板提供必须的树脂/玻璃布比率同时要考虑到层压板尺寸、布线密度、层数和厚度等实际情况。另外半固化片各项特性并不是各自孤立的，而是相互影响地依存着。如基材胶化时间偏长，其树脂流量就会偏大，动粘度偏小，层压中树脂流失就多；如果挥发物含量高，层压时树脂的流失也将增多；同时树脂含量高，压合中流胶量也会大。GRACE ELECTRON CORP.基材在压合前后应注意事项基材在压合前后应注意事项(一一)：1.贮存条件：温度20，相对湿度50%。2.贮存时间：3个月以内，以先进先出为原则。3.包装：a.未使用前尽量保持原来包装。拆封后如果未完全裁完，请回复原来之包装b.裁好之PanelSizePrepreg应在良好之空调状况下尽速使用。如果未用完，须以PE膜包好封好，在第1项条件下贮存并记录裁切日期，于两星期内用完。GRACE ELECTRON CORP.基材在压合前后应注意事项基材在压合前后应注意事项(二二)：裁Panel须注意事项：a.尽量将树脂屑、玻纤丝剔除，以免影响环境，污染基板，造成其他异常。b.避免基材折伤，造成树脂脱落及压力点.c.避免其他杂物(如毛发等)侵入。5.基材(Prepreg)贮存两大异常：a.温度：温度太高，会造成树脂Bonding(粘结)，以致压合后基板有白点、白化等情形。b.水气：贮存湿度太高使Prepreg吸收Moisture(水汽)，在压合过程中会导致流胶过大，白边白角大等异常；严重时，可导致基板白化等异常。1.LAY-UP注意事项：a.LAY-UP时Core和Prepreg对齐差，易导致白边白角。b.Core和Prepreg经纬方向要一致，否则，易导致基板Twist。GRACE ELECTRON CORP压合基本知识压合基本知识压合是借助于B-Stage粘结片把各层线路薄板粘结成整本的手段，根据扩散理论，这种粘结是通过界面上大分子之间的相互扩散、渗透，进而产生交织来实现，影响因素如下：1、界面接触时间。其长短直接影响界面上粘结剂大分子的扩散和渗透程度，足够的接触时间是实现牢固粘结的必要条件。2、粘结温度。提高温度会产生两种结果，第一是粘结剂的大分子或链段运动加强，有利于扩散、渗透，提高结合力；第二是加快了粘结片由B-阶向C-阶转化，不利于扩散和渗透，从而影响结合力3、粘结剂分子(B-阶程度)。其分子量较大时其粘结力完全取决于大分子的端基团的扩散和渗透；当分子量继续加大时，粘结力就取决于中间基团的扩散程度；继续过渡到C-阶，扩散消失，粘结力由界面上分子间引力决定。因此只有采用中等分子量的粘结剂，才能既有很好的扩散能力又有一定的内聚力，从而获得良好的粘结效果。4、潜伏性或后效性促进剂能保证大分子的扩散，使大分子的深度扩散和渗透有充分的时间，有利于粘结。此外还有分子极性，压力，分子结构，填充物，存放期，表面处理及溶剂等因素对粘结力有一定的影响。GRACE ELECTRON CORP建议热压条件建议热压条件建议压合条件：建议压合条件：2T2P二段温二段压二段温二段压TemperaturePressure2T2P715,2535,6070,4050,CoolingTime(min)40050 psi(2528kg/cm2)4010 psi(5kg/cm2)180140Kiss Pressurea二段压时机：内层板料温达约二段压时机：内层板料温达约5060。b二段温时机：外层料温达约二段温时机：外层料温达约115120。c90130料温升温速率料温升温速率1.52.5/mindCURE温度：内层料温须达温度：内层料温须达16530minor16050mineKisspressure:4010psi(5gk/cm2).f2ndpressure:40050psi(2528gk/cm2).GRACE ELECTRON CORP热压状况探讨热压状况探讨(1)热压状况：热压状况：a.升温速率：升温速率：90-130时时1.52.5/min较佳。较佳。b.CURE温度：温度：16530minor16050min以上。以上。c.压力：第一段在料温达压力：第一段在料温达5055之间使用低压之间使用低压5KG/CM2，第二段压力可试，第二段压力可试2030KG/CM2。d.一般热压条件须与基材物性相配合，如遇异常能适当调整压合条件加以克一般热压条件须与基材物性相配合，如遇异常能适当调整压合条件加以克服，一般使用两段温度的概念如下：服，一般使用两段温度的概念如下：第一段温度第一段温度第二段温度第二段温度(a)温度温度90130(a)温度温度90130+16530(b)树脂树脂MELT，并赶走气泡，并赶走气泡(b)迅速升温并使树脂完全迅速升温并使树脂完全CURE(C)局部局部CUREGRACE ELECTRON CORP升温速率不同对树脂粘度的影响：升温速率不同对树脂粘度的影响：最高可操作粘度5/minWorkwindow1Workwindow22/minViscosity试验表明，随着加热速率的增加，树脂粘度会变小。其关系如下图：Temp./time从图中可以看出，升温速率越快，树脂流动度大，树脂中气泡越易赶出，且其对玻布剪切力也越小，使基板压合后板弯板翘减小，但升温速率过快，会导致板厚不均，白边白角过大等不良影响。因此料温升温速率的快慢，要依实际压合状况而定，通常在料温90130段，以1.52.5/min为宜。GRACE ELECTRON CORP Moisture对树脂粘度的影响：对树脂粘度的影响：试验表明，对同一种配方生产之同一种Prepreg，经温度相同，湿度不同环境下放置同样一段时间后，在同一升温速率下，树脂粘度变化如下：Temp./Time 从图中可以看出，在高湿变环境下放置的Prepreg，在同样压合条件下，其粘度较低，会出现白角白边大、流胶大等现象，严重时会出现板面白化、Void等现象。NormalHighRelativeHumidityViscosityGRACE ELECTRON CORP配方对胶化时间和树脂粘度的影响：配方对胶化时间和树脂粘度的影响：配方的改变(同一料号中各物料比例的改变)，往往也会导致胶化时间的改变，从而导致树脂在压合过程中其粘度亦有所不同：不同配方对胶化时间和树脂粘度的影响Temp./Time从图中可以看出，配方不同，胶化时间亦往往不同。在同样压合条件下，胶化时间长，其树脂粘度也低。因此，对于不同配方的Prepreg，在压合过程中要视配方的不同，对压合条件要做不同的调整，以使二者相匹配，从而达到最佳的压合质量。ViscosityLOWGTHighGTGRACE ELECTRON CORP内层电路板的表面处理与压合之关系内层电路板的表面处理与压合之关系为防止多层板受到高温热冲击时分层起泡，多层板的内层粘结面必须进行表面处理，主要包括以下几种处理方式：1、表面洁净处理机械或碱性化学清洁化处理2、化学微蚀或化学粗化目的是获得较大的比表面，给粘结创造更有利的条件，实验表明只要微蚀深度达到1.3810-4mm以上，铜表面氧化层与树脂垂直方向的结合力才趋于稳定状态。3、化学氧化或黑化对铜表面进行化学氧化或黑化，使其表面生成一 层氧化物(黑色的氧化铜或红色的氧化亚铜或二者的混合物)以进一步加比表面提高粘结力。GRACE ELECTRON CORP内层印制线路表面与半固化片的粘结强度与氧化层的结构和厚度内层印制线路表面与半固化片的粘结强度与氧化层的结构和厚度有关，但并非黑色氧化层愈厚，粘结强度愈高，黑化层厚度有关，但并非黑色氧化层愈厚，粘结强度愈高，黑化层厚度与剥离强度之间关系请参阅下图。与剥离强度之间关系请参阅下图。树脂与氧化物间树脂与氧化物间断裂增加断裂增加氧化物表氧化物表面积增加面积增加使粘结强使粘结强度上升度上升氧化物间断裂增氧化物间断裂增加导致粘结强度加导致粘结强度下降下降剥剥离离强强度度(磅磅/寸寸)黑色氧化物厚度黑色氧化物厚度黑色氧化层厚度与粘结强度关系黑色氧化层厚度与粘结强度关系GRACE ELECTRON CORP内层薄板吸湿及干燥处理内层薄板吸湿及干燥处理一般一块在温度为30、相对湿度为6070%环境下存放的印制线路薄板，其表面吸湿量为(38)10-5g/cm2,这极少量的水会严重影响多层板的耐高温热冲击性能，请参阅以下对比表：温度 湿度%处理条件测试条件分层时间Sample 13260无260 浸锡60秒Sample 21260自然干燥260 浸锡60秒Sample 32060120 干燥1520分钟280 浸锡60秒GRACE ELECTRON CORP压合疵病原因分析及解决对策(一)疵病表现形式原因解决对策缺胶或树脂含量不足外观呈白色、显露玻璃布织纹RF过大预压力偏高加高压时机不正确PP树脂含量低，GT偏长，动粘度偏小降低温度或压力，降低预压力调整施高压时间调整预压力温度和加高压时间白点及白化外观有微小气泡群集或有限气泡积聚或层间局部分离预压力偏低温度偏高且加高压太迟。树脂动粘度过高挥发物含量偏高粘结表面不清洁流动性差或预压力不足板温偏低提高预压力GRACE ELECTRON CORP压合疵病原因分析及解决对策(二)疵病表现形式原因解决对策板面有凹坑，树脂；皱纹表面导电层有凹坑，但未穿透或表面导电层被树脂局部复盖压合模板表面有残留树脂或有半固化片碎屑；脱膜纸或膜上粘有半固化片碎屑或尘土，或起皱有皱折。注意空调洁净系统并加强清理和检查工作内层图形位移内层图形偏离原位，产生短(开)路现象内层图形铜箔的抗剥强度低或耐热性差或线宽过细预压力过高树脂动粘度过小压机模板不平行改用高质量内层覆铜箔基板降低预压力或更换半固化片调整模板GRACE ELECTRON CORP压合疵病原因分析及解决对策(三)疵病表现形式原因解决对策 板厚不一致板厚不均匀或内层板滑移同一本的成型板总厚度不同成型板内印制板加厚度差大，热模板平行度差，能自由位移且整个迭层又偏离热模板中心位置调整到总厚度一致调整厚度，选用厚度差小的覆铜箔板，调整热模板平行度，限制多余的自由度并力求安置迭层在热模板中心区域板超厚或不足板厚超过上限或低于下限半固化片数量不对或错用或树脂流量太大(小)预压力不足(太大)检查记录重新测定基材物性及调整压合参数提高(降低)预压力板局部超厚板面局部起泡凸起板内夹入外来污物，尘土等固体颗粒层压模板的平整度差加强损伤环境的管理修正层压模板的平整度GRACE ELECTRON CORP压合疵病原因分析及解决对策(四)疵病表现形式原因解决对策翘曲弯曲或扭曲非对称性结构板材未完全固化基材和基板的下料及迭片方向不一致多层板中使用不同厂家基板或基材后固化释压后多层板安置不妥力求设计布线密度和层压中基材对称放置保证固化时间及温度力求下料及迭片方向一致在同一组合模中使用同一家材料多层板在受压下加热至Tg点以上，再保压冷却到室温以下。层间错位层与层之间连接盘中心偏移内层材料的热膨胀，基材树脂流动压合中的热收缩压合材料和模板的热胀系数相差较大控制基材特性预先对板材进行热处理选用尺安较好的内层基板及基材GRACE ELECTRON CORP压合疵病原因分析及解决对策(五)疵病表现形式原因解决对策耐热冲击性差受热分层，起泡内层导体粗化或氧化质量差基材类型或性能有误或存放变质根据判断结果作出相应处理分层分层受热分层，起泡内层的湿度或挥发物含量高基材挥发物含量高内层表面污染外表物质污染氧化层表面呈碱性表面有亚氯酸盐残留物氧化层晶体太长前处理未形成足够表面积钝化作用不够烘烤内层去湿改善基材存放条件改善操作避免污染加强氧化操作后的清洗，监测清洗水的PH值缩短氧化时间调整氧化液浓度及操作温度增加微蚀遵循工艺要求GRACE ELECTRON CORPTg的定义及测定的定义及测定:Tg的定义的定义:玻璃态与高弹态之间的转变,称为玻璃化转变,对应的转变温度,即玻璃化转变温度Tg.取一块非晶高聚物试样,对他施加一恒定的力,观察试样发生的形变,可以得到如下图的曲线;形变温度TgTf玻璃态高弹态粘流态GRACE ELECTRON CORP样品温度(SampleTemperature)温度程序传感器传感器(Transducer)加热炉(Furnace)样品(Sample)实验方法(Experiment)样品特性(SampleCharacter)Tg的测量的测量:GRACE ELECTRON CORPSilverBaseforCellLid#1MeasuringChamberSilverBaseforCellLid#2FurnaceTzeroSensor54NickelCoolingRodsCoolingFlangeChambersforTemperatureConditioningofPurgeGasGRACE ELECTRON CORPQSeriesCellCoolingDevicesThe cooler sits on the Ni ring.(Finned air cooler shown)Ni RingFaster CoolingLower TemperatureQuicker Response Better cooling/subambient performanceWider MDSC conditionsGRACE ELECTRON CORPDSC:Cell Schematic DiagramDSC:Cell Schematic DiagramDynamic Sample ChamberReference PanSample PanLidGas Purge InletChromel DiscHeating BlockChromel DiscAlumel WireChromel WireThermocouple JunctionThermoelectric Disc(Constantan)GRACE ELECTRON CORPTriacBoardMainCPUBoardController H=CpH=Cp T or in differential formT or in differential formdH/dt=Cp dT/dt+thermal eventsdH/dt=Cp dT/dt+thermal eventswhere:Cp=specific heat(J/gwhere:Cp=specific heat(J/gO OC)C)T =temperature(T =temperature(O OC)C)H =heat(J)H =heat(J)dH/dt =heat flow(J/min)dH/dt =heat flow(J/min)mW=mJ/sec mW=mJ/sec dT/dt=heating rate(dT/dt=heating rate(O OC/min)C/min)assuming work&mass loss are zeroassuming work&mass loss are zeroTemperatureDifference=HeatFlowSampleTemperatureReferanceTemperatureMetal1Metal2Metal1Metal2DSCDSC原理原理GRACE ELECTRON CORPDSC:Typical DSC TransitionsDSC:Typical DSC TransitionsTemperatureHeatFlow-exothermicGlassTransitionCrystallizationMeltingCross-Linking(Cure)OxidationorDecompositionGRACE ELECTRON CORPTemperature Heat Flow(mW)TgTg155.93102.6420.38J/gResidual CureFirstSecond100150250250 Thermoset:Comparison of First Thermoset:Comparison of First and Second Heating Runs and Second Heating Runs