超厚內(nèi)層銅（≥0.4 mm）多層板的壓合方法探討

高團芬 劉 東 季 輝 陳 聰 何 淼 彭衛(wèi)紅

深圳崇達多層線路板有限公司

1 前言

高厚銅線路板主要用于大電流、大功率的中央電器供電電路板的制作，特別是針對發(fā)動機電源供應(yīng)部分部件、汽車中央電器供電系統(tǒng)電路板等的制作，具有耐熱老化性、耐高低溫循環(huán)和高玻璃化溫度等特性；在未來的電子領(lǐng)域中前景廣闊。目前在行業(yè)生產(chǎn)中，銅厚大于171.5 μm時，大多數(shù)采用絲印樹脂填充線路，存在樹脂絲印厚度不均、生產(chǎn)效率低、制作成本高等問題。基于絲印填膠難點，本文介紹一些半固化片對411.6 μm（3660 g/m2）高厚銅多層線路的壓合設(shè)計及壓合方法：

2 生產(chǎn)前設(shè)計

2.1 高厚銅板材料選擇

高厚銅板需有要良好的電氣性能、耐熱性能及抗老化性能，故在選材時需選擇耐熱性好的高TG產(chǎn)品[一般選用Tg大于170℃的板材及半固化片（PP）]；高厚銅板采用絲印樹脂填膠生產(chǎn)時易存在膠厚不均、絲印氣泡存在于膠體中導(dǎo)致壓合后形成樹脂空洞（圖1）；如果存在壓合品質(zhì)缺陷，則會導(dǎo)致PCB板報廢、PCBA使用壽命縮短、耐熱性差。故在選擇厚銅基板時，考慮采用高TG材料生產(chǎn)。

圖1

2.2 高厚銅板板邊工具圖形設(shè)計

（1）設(shè)計板邊時需考量層壓使用多張PP壓合，需設(shè)計壓合定位工具孔；

（2）設(shè)計板邊時需將工具孔、層標、線寬、線隙等進行蝕刻量預(yù)補償，補償量一般依制程能力（重量12 oz/ft2的一般補償0.5 mm）；

（3）內(nèi)層圖形的空白區(qū)盡可能的添加假銅（在客戶不需要的無銅空曠區(qū)添加銅皮或銅點），提高殘銅率，減少PP的填膠量；

（4）建議的板邊圖形及工具圖形設(shè)計圖示（圖2）：

圖2

（5）開料尺寸設(shè)計：高厚銅板因其銅厚特殊，壓合需填膠量大及板本身的重量問題，設(shè)計開料尺寸時需采用小拼板方式制作，建議尺寸以355 mm×406 mm制作。

2.3 壓合結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)構(gòu)設(shè)計需考量的因素：壓合板厚、填膠量、板厚及介厚的均勻性、可靠性，下面就此部分問題逐一展開。

（1）壓合板厚設(shè)計需考率PP填膠量及介質(zhì)層的厚度， 在設(shè)計PP時需考慮填膠后的膠是否能滿足玻璃布與銅面接合的膠量（一般最小以5 μm計算），計算公式為：樹脂層厚度=[全銅厚-（1-殘銅率）×銅厚-玻布厚度]÷2

（2）介質(zhì)厚度設(shè)計時優(yōu)先選用薄布半固化片靠近高厚銅面，將較厚布半固化片放置內(nèi)層或次外層：

（3）為滿足PCB板的可靠性，選用半固化片時盡可能的選用高膠薄玻璃布類型的材料，可利于樹脂通過玻璃布滲透至無銅區(qū)；

（4）半固化片的特性選擇：選用薄玻布的高膠半固化片（一般R/C＞60%）；PP的樹脂流動度＞40%；

（5）壓合結(jié)構(gòu)確認：如依圖3內(nèi)層殘銅率（66%）及圖形設(shè)計選用相匹配的半固化片（圖3）。

圖3

2.4 制造生產(chǎn)

（1）制作流程

注：氧化處理后的烘烤流程目的是預(yù)防氧化過程中線間因銅厚烘干不足問題。

（2）壓合前定位作業(yè)

高厚銅板的開料尺寸設(shè)計在355 mm×406 mm間，依本公司的鉚合作業(yè)方式選擇“電磁熱熔+鉚釘”制作，各工具圖形大致如下圖（圖4）：

圖4

說明：因壓合結(jié)構(gòu)中不論是中間層還是次外層均設(shè)計多張半固化片，故在生產(chǎn)制作中先熔合中間層，加上四邊的8個鉚釘，再進行次外層預(yù)排，預(yù)排后次外層再次加上四個鉚釘防止次外層壓合過程中滑移。

3 設(shè)定壓合程序

3.1 壓合程序設(shè)定

高厚銅板采用半固片壓合時，需用到多張半固化片，故在設(shè)計壓合程序時需重點考量升溫速率、上壓點（因各廠家壓機類型不一，圖5僅供參考）。

圖5

通過壓合參數(shù)調(diào)整設(shè)計及緩沖紙（或其它覆型材料）選擇，升溫速率（1.1～1.8）℃/min及上壓點（65 min左右）得到有效控制，使樹脂的粘度曲線比較平緩，溢膠量少，可以使PP膠有效的填充層間空隙，進而控制板厚的均勻性。

3.2 壓合緩沖紙（墊）選擇

考量多張PP壓合的流膠量影響板厚及介質(zhì)厚度均勻性，應(yīng)選用緩沖效果好的緩沖紙（墊）；可增加緩沖紙張數(shù)或使用全新緩沖紙、選用覆形材料緩沖等。

3.3 壓合過程

半固化片上的膠在融熔狀態(tài)時會從玻璃布的經(jīng)緯紗間滲透到線路中間（如圖6）

圖6

4 壓合后相關(guān)檢測

4.1 切片檢查（填膠狀況、介質(zhì)厚度、層間偏移）：

圖7 厚411.6 μm填膠切片（2）

圖8 411.6 μm介質(zhì)厚度切片（324.7 μm）

圖9 411.6 μm層間偏移切片（75 μm）

從以上分析可看出壓合PP填膠法可滿足內(nèi)層銅厚為411.6 μm的PCB板的制作，層間介質(zhì)厚度及層間對位可滿足產(chǎn)品的需求，該方法本公司已多次批量生產(chǎn)得以驗證。

4.2 板厚均勻性檢查

通過自動測厚儀測試每塊板，每塊板取9點測，測試點及結(jié)果如下：

圖10

圖11

從上圖可看出，板厚均勻性可控制在中值的8%范圍內(nèi)，說明半固化片填膠可滿足板厚要求。

4.3 Tg測試：

差分掃描熱量測定玻璃態(tài)溫度和固化因素（DSC法），△Tg=0.04℃。從圖12可看出，半固化片填充高厚銅板在固化程度上可滿足產(chǎn)品特性。

圖12

5 可靠性測試

5.1 可靠性測試檢測項目

熱沖擊測試288 ℃、回流焊測試290 ℃，測試結(jié)果見下表：

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5.2 熱沖擊后切片檢查

圖13 厚411.6 μm的熱沖擊5次（合格）

圖14 厚411.6 μm的熱沖擊5次（合格---暗窗拍圖）

綜合以上資料可得出，采用半固片填充法壓合高厚銅板可滿足PCB板的可靠性要求。

6 結(jié)語

在行業(yè)中411.6 μm的高厚銅板尚無廠家大批量生產(chǎn)，本公司通過多次的試制，研制成411.6 μm高厚銅板的PP填膠技術(shù)。采用PP壓合方法生產(chǎn)高厚銅板不僅提高了生產(chǎn)效率、降低了成本，而且可以滿足生產(chǎn)品質(zhì)的需求。