PCB層壓合銅箔起皺如何改善

1 前言

PCB層壓過(guò)程中，PP樹(shù)脂經(jīng)歷“玻璃態(tài)-高彈態(tài)-粘流態(tài)-高彈態(tài)-玻璃態(tài)”變化，由于圖形設(shè)計(jì)、壓機(jī)鋼板的平整性、溫度不均勻性、排板方式等因素影響，樹(shù)脂在融化狀態(tài)的流動(dòng)處于無(wú)規(guī)則狀態(tài)，板面受到的壓強(qiáng)力的分布也不均勻，當(dāng)板面局部壓力不足時(shí)會(huì)產(chǎn)生銅箔起皺不良。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)、排板方式的改變、壓合參數(shù)的修改等措施，提高板件欠壓區(qū)分配到的壓力，對(duì)銅箔起皺的解決，尤其是對(duì)“內(nèi)銅厚+P片較薄+外層銅箔薄”類(lèi)型起皺缺陷的解決，是本文重點(diǎn)探討的問(wèn)題。本文重點(diǎn)從機(jī)理上探討了層壓銅箔起皺產(chǎn)生的原因，并對(duì)銅箔起皺提出了一系列的解決方案，能較大程度的緩解銅箔起皺產(chǎn)生的幾率，提高了產(chǎn)品的一次合格率。

2 銅箔起皺的表狀

層壓后的銅箔起皺產(chǎn)生于板件層壓后的銅箔表面，較常見(jiàn)的是條紋狀，葉脈狀，直線(xiàn)狀，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)出現(xiàn)片狀，深度0.05mm-0.5mm，分布通常與次外層無(wú)銅區(qū)的圖案分布對(duì)應(yīng)。產(chǎn)生銅箔起皺后要對(duì)照外層線(xiàn)路菲林和成型圖，如果起皺落在交貨單元內(nèi)，則要?jiǎng)兊羝鸢欍~皮返層壓。

3 前言

3.1 層壓銅箔起皺的主要原因是板件熱壓時(shí)局部“欠壓”

理論上，板件受到的壓強(qiáng)力*排板面積=液壓油壓強(qiáng)力*活塞面積=輸入壓強(qiáng)力*輸入面積。即：板面單位面積受到的壓強(qiáng)力=輸入的壓強(qiáng)力*（排板面積/輸入面積）。

一般板件平均單位面積上受壓23kgf就不會(huì)起皺，但壓力分布極端的特殊類(lèi)型平均單位面積受壓甚至需要30kgf才能避免起皺。

這是因?yàn)榘寮D形分布不均勻、壓機(jī)均勻性、鋼板均勻性、壓力傳遞散失等等因素影響，板面上不可能各處壓強(qiáng)力分布均勻。當(dāng)局部壓強(qiáng)力過(guò)小，不足以使樹(shù)脂塑型，板件就會(huì)產(chǎn)生白斑空洞或者銅皮起皺。

3.2 ?銅箔起皺常見(jiàn)類(lèi)型及其成因分析

3.2.1 ?次外層無(wú)銅空白區(qū)面積較大，次外層PP片厚度較少，銅箔1/3oz。

這是所有起皺不良中最常見(jiàn)的類(lèi)型，占起皺的一半以上。比如：內(nèi)銅1OZ+106*2+銅箔1/3ＯＺ或內(nèi)銅1OZ+1080+銅箔1/3ＯＺ結(jié)構(gòu)。

3.2.1.1 這類(lèi)配本有多個(gè)因素不利于起皺的控制

3.2.1.1.1 內(nèi)銅1OZ、次外層無(wú)銅空白區(qū)面積大

內(nèi)層無(wú)銅空白區(qū)受到的壓力f﹤內(nèi)層有銅區(qū)受到的壓力F，無(wú)銅區(qū)與有銅區(qū)壓力分布不均勻，在空白區(qū)位置容易出現(xiàn)起皺。

3.2.1.1.2 外層PP片為106*2

在熱壓時(shí)，樹(shù)脂經(jīng)歷“固態(tài)-高彈態(tài)-粘流態(tài)-高彈態(tài)-固態(tài)”變化過(guò)程，在料溫約80-140的粘流態(tài)，樹(shù)脂流動(dòng)填充內(nèi)層間隙。這個(gè)過(guò)程，樹(shù)脂越少填充能力越弱；軟化的PP片本身作為最好的緩沖材料，厚度越薄緩沖能力越弱。所以，106*2的PP結(jié)構(gòu)沒(méi)有很好的緩沖能力和填充能力，對(duì)改善無(wú)銅區(qū)壓力分布不均引起的起皺現(xiàn)象沒(méi)有很多幫助。

3.2.1.1.3 ?1/3OZ銅箔

樹(shù)脂粘流態(tài)粘度仍高達(dá)3000pa*s以上，其在流動(dòng)填充間隙時(shí)會(huì)帶動(dòng)銅箔向無(wú)銅區(qū)聚集，同時(shí)樹(shù)脂軟化-流動(dòng)的緩沖作用，無(wú)銅區(qū)分配的壓力f及其反作用力f1也在增大，f1作用于銅箔使銅箔向兩邊延伸。在樹(shù)脂固化前，銅箔展開(kāi)速度不能低于聚集速度，否則銅箔會(huì)起皺。

3.2.1.2 ?小結(jié)

ⅰ.厚度越小的銅箔其強(qiáng)度越差，越容易被樹(shù)脂帶動(dòng)在無(wú)銅區(qū)聚集打褶，這也是1/3OZ銅箔容易起皺的原因；

ⅱ.無(wú)銅區(qū)域越大，聚集的銅箔越多；

ⅲ.在樹(shù)脂流動(dòng)時(shí)分配到的壓力才有利于改善起皺，所以打壓時(shí)機(jī)很重要，如果過(guò)早沒(méi)有必要，反會(huì)帶來(lái)介厚不均等其他異常，過(guò)晚則樹(shù)脂粘度低或已經(jīng)固化，再大的壓力都等同欠壓而起皺。一般而言，在開(kāi)口中間層料溫60℃，外層料溫90℃左右上高壓比較合理。

3.2.2 ?高層次板，內(nèi)層空白區(qū)疊加厚度比較

內(nèi)層無(wú)銅區(qū)疊加的厚度等于各層銅損厚度的總和，有些高層次板總的銅損厚度疊加起來(lái)往往很大，有時(shí)甚至高達(dá)0.5mm，也就是說(shuō)無(wú)銅區(qū)要比有銅區(qū)低0.5mm。層壓時(shí)這些無(wú)銅空白區(qū)分配到的壓力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于有銅區(qū)，很容易出現(xiàn)起皺和層壓白斑。

3.2.3 ?開(kāi)口相互影響導(dǎo)致的“失壓”

一爐板有多個(gè)開(kāi)口組成，其中一個(gè)開(kāi)口由上蓋板、下底板、牛皮紙和中間的鋼板、層壓板件組成，開(kāi)口與開(kāi)口間隔熱盤(pán)。

一般來(lái)說(shuō)，排板要求同一開(kāi)口內(nèi)的板件對(duì)準(zhǔn)不能超過(guò)10mm，否則會(huì)出現(xiàn)滑板失壓，而不同開(kāi)口因?yàn)橛信Ｆぜ?、蓋底板和熱盤(pán)阻隔，不考慮每個(gè)開(kāi)口內(nèi)板件的相對(duì)位置，只考慮各個(gè)開(kāi)口的面積。

事實(shí)上，開(kāi)口之間的相互影響確實(shí)很小，在實(shí)際生產(chǎn)中，板件很少會(huì)因?yàn)椴煌_(kāi)口間的對(duì)準(zhǔn)度不夠出現(xiàn)起皺。但一些特殊情況，比如：同爐的其他不同開(kāi)口板件對(duì)準(zhǔn)度很好，對(duì)準(zhǔn)度不好的開(kāi)口恰好是3.2.1所描述類(lèi)似的容易起皺類(lèi)型，則該開(kāi)口容易因?yàn)閴毫ι⑹С霈F(xiàn)失壓起皺。

3.2.4 ?鉚釘附近起皺

鉚合時(shí)選用的鉚釘偏高或鉚合品質(zhì)不良，層壓時(shí)鉚釘會(huì)頂起鋼板，導(dǎo)致靠近鉚釘附件區(qū)域因?yàn)閴毫Σ蛔愣霈F(xiàn)白斑、起皺。

3.2.5 ?其他違規(guī)操作起皺

操作員排板時(shí)銅箔沒(méi)有撫平，或選用了嚴(yán)重皺褶的銅箔，或鋼板表面有水，或牛皮紙過(guò)多導(dǎo)致料溫升溫過(guò)慢等等違規(guī)操作都會(huì)導(dǎo)致起皺。

4 銅箔起皺的應(yīng)對(duì)措施

因?yàn)榘寮跓釅簳r(shí)“局部欠壓”是起皺主要原因，應(yīng)對(duì)措施也主要是從消除“局部欠壓”方向制定。方法有減少壓力散失、提升欠壓區(qū)分配到的壓力、合理打壓提高壓力有效率、使用強(qiáng)度更強(qiáng)的厚銅箔等等。

4.1 具體改善措施

5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

5.1 實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品介紹

對(duì)分析措施進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn).根據(jù)公司生產(chǎn)的實(shí)際情況和客戶(hù)要求，選擇我司某檔案號(hào)，該檔案號(hào)為10層板，所有內(nèi)層都有相同位置的空白區(qū)，空白區(qū)尺寸10*80mm，在空白區(qū)對(duì)應(yīng)的外層有線(xiàn)路分布，在第一次生產(chǎn)中，該板100%起皺。結(jié)構(gòu)如圖。

5.2 采取的改善方案

5.2.1 錯(cuò)位排板，每排兩層加隔鋼板，減少疊層。

采用無(wú)銅區(qū)正反方向疊板，同時(shí)加隔鋼板減少疊層間的相互影響（加隔的鋼板間沒(méi)牛皮紙，以免影響料溫），減少疊層至6層。內(nèi)層無(wú)銅區(qū)疊加的厚度達(dá)到12OZ，且外層是薄銅箔，層壓后仍有36.4%起皺。

5.2.2 提前上高壓

公司料溫升溫速率1.5℃/min左右，正常層壓參數(shù)在外層溫度86-90℃時(shí)上高壓。生產(chǎn)返單時(shí)除了采用前面的排板措施外，試驗(yàn)在外層料溫80℃，內(nèi)層料溫55℃開(kāi)始上高壓。層壓起皺不良減少至13.6%。

5.2.3 加壓至高壓30kgf

在補(bǔ)料時(shí)，取補(bǔ)料板和內(nèi)層報(bào)廢板作試驗(yàn)。生產(chǎn)條件是在原來(lái)措施的基礎(chǔ)上，實(shí)際板面受到的高壓壓力由26kgf提高至30kgf,，層壓后良率提升至100%。

5.3 小結(jié)

錯(cuò)位排板能減少上下疊層間的相互影響，且操作簡(jiǎn)單，不會(huì)增加成本，和影響產(chǎn)能，不僅可以適應(yīng)于銅箔起皺的改善，也適合所有產(chǎn)品層壓；加隔鋼板和減少疊層都會(huì)影響產(chǎn)能，但這兩個(gè)方法不僅效果明顯而且可靠性很高，即使達(dá)不到理想的效果也不會(huì)產(chǎn)生其他惡果，所以在銅箔起皺的控制中值得采用；

提前上壓和加壓壓合對(duì)起皺的控制效果最好，但必須注意提前上壓導(dǎo)致的流膠過(guò)度，板厚不均等等其他不良隱患，也要注意壓力與溫度（上壓時(shí)機(jī)和升溫速率）的匹配，對(duì)于不同的材料、設(shè)備和不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，需要經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)才可以確認(rèn)最佳組合。

6 結(jié)論

層壓銅箔起皺改善方案上有優(yōu)化設(shè)計(jì)、平衡排板、改良層壓參數(shù)方面的很多措施，總結(jié)為兩點(diǎn)就是“提升板件局部欠壓區(qū)分配到的壓力、提高壓力有效率”。

本文對(duì)層壓銅箔起皺的各種類(lèi)型及其起皺原因進(jìn)行了分析，提出了相對(duì)應(yīng)的解決措施，并通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證了措施的有效性，能夠?qū)ζ渌寮M(jìn)行推廣，是針對(duì)各種銅箔起皺比較全面的解決方案。