PTFE板材烘板后剝離強(qiáng)度衰減原因分析及改善方法

周軼人 張 華 楊 濤 黃偉壯 王燦滿

（廣東生益科技股份有限公司，廣東 東莞 523000）

0 前言

在印制電路板（PCB）加工過(guò)程中，需要采用烘板工藝除去板材中的水分，避免后續(xù)加工和使用過(guò)程中發(fā)生分層爆板等異常問(wèn)題。但使用聚四氟乙烯（PTFE）板材測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，整板帶銅在200 ℃熱風(fēng)烘箱烘烤2 h后，板邊20 mm范圍內(nèi)出現(xiàn)剝離強(qiáng)度衰減現(xiàn)象，從原有的1.5～2.0 N/mm衰減到0.21～0.8 N/mm，故隨機(jī)取樣4組進(jìn)行重復(fù)驗(yàn)證試壓，測(cè)試結(jié)果見表1所示。

表1 PTFE高溫烘板后剝離強(qiáng)度測(cè)試

PTFE板材的剝離強(qiáng)度一般在1.2～1.8 N/mm區(qū)間，以上重復(fù)驗(yàn)證數(shù)據(jù)表明，在高溫?zé)犸L(fēng)烘烤后剝離強(qiáng)度下降到了0.4～0.5 N/mm區(qū)間，確實(shí)出現(xiàn)明顯衰減的現(xiàn)象。同時(shí)在后面的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)板邊和板中位置的失效程度不一樣、不同材料之間的搭配失效程度也不一樣，故判斷導(dǎo)致失效影響因素可能較多。

板材的剝離強(qiáng)度過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致后續(xù)加工過(guò)程中出現(xiàn)掉線、掉盤等問(wèn)題，是不能被接受。

1 剝離強(qiáng)度失效影響因素考察

PTFE由于其材料的特殊性，本身需要高溫才能壓合。而壓合后板材的剝離強(qiáng)度并沒(méi)有問(wèn)題，因此主要影響因素在于烘板和壓合條件的差異。經(jīng)對(duì)比，烘板和壓合過(guò)程的主要差異如表2所示。同時(shí)結(jié)合烘板溫度越高、時(shí)間越長(zhǎng)，PTFE板材剝離強(qiáng)度失效越嚴(yán)重的實(shí)際情況，可以判斷主要是壓力和真空對(duì)剝離強(qiáng)度失效有較大關(guān)聯(lián)。

表2 烘板和壓合的加工差異

（1）壓力影響考察。取壓合好且剝離強(qiáng)度測(cè)試合格的PTFE板材一塊，在實(shí)驗(yàn)壓機(jī)中，采用加壓（非真空）烘板（熱板加熱）。然后測(cè)試其板邊剝離強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)板邊依然存在剝離強(qiáng)度衰減問(wèn)題，從原有1.93/1.91 N/mm減少成0.52/0.55 N/mm。

實(shí)驗(yàn)表明，即使在有壓力的條件下烘板，PTFE板邊剝離強(qiáng)度依然出現(xiàn)明顯衰減，說(shuō)明PTFE板材剝離強(qiáng)度失效跟壓力關(guān)系不大。

（2）真空度影響考察。真空和非真空的主要區(qū)別是空氣中氧氣，相關(guān)資料表明，氧氣對(duì)銅箔及處理劑有氧化作用，故安排真空烘箱和非真空烘箱加熱同一塊板材的四個(gè)小樣，以考察空氣的影響，結(jié)果如表3所示。

表3 真空度對(duì)烘板后剝離強(qiáng)度的影響考察

數(shù)據(jù)表明，同一張板的4個(gè)樣品，其中兩組真空加熱的情況下，板邊剝離強(qiáng)度基本沒(méi)有衰減；而另外兩組在非真空加熱的情況下，剝離強(qiáng)度出現(xiàn)明顯降低。因此說(shuō)明在烘板過(guò)程中，由于氧化作用，導(dǎo)致了剝離強(qiáng)度失效。同時(shí)如果采用浸錫的方式進(jìn)行烘板，也會(huì)發(fā)現(xiàn)浸在錫液中的部分沒(méi)有剝離強(qiáng)度失效問(wèn)題，而暴露在空氣中的部分則存在剝離強(qiáng)度衰減問(wèn)題，也說(shuō)明烘板時(shí)，主要是空氣對(duì)PTFE板材的剝離強(qiáng)度影響較大。

2 PTFE板邊剝離強(qiáng)度容易失效的原因分析

在PTFE板整板帶銅烘板時(shí)，只有板邊發(fā)現(xiàn)存在剝離強(qiáng)度失效，板中間則基本沒(méi)有該問(wèn)題。因此對(duì)其差異性進(jìn)行考察。經(jīng)分析，認(rèn)為主要可能與壓合時(shí)板邊壓力偏小和氧化過(guò)程有關(guān)。

2.1 PTFE壓合壓力均勻性對(duì)板邊氧化失效的影響考察

根據(jù)CCL生產(chǎn)工藝特性，層壓過(guò)程中，板材邊緣因流膠后厚度變薄、緩沖材料移位、工裝邊緣磨損等因素，板邊區(qū)域的壓力值相對(duì)中間區(qū)域會(huì)偏低。而PTFE板材烘板時(shí)，均是邊緣出現(xiàn)剝離強(qiáng)度衰減問(wèn)題，因此可能為層壓時(shí)板邊壓力過(guò)小，導(dǎo)致剝離強(qiáng)度不足而容易被氧化并失效。故隨機(jī)取三塊板材，整板分經(jīng)緯向均勻取16個(gè)樣品進(jìn)行加熱后測(cè)試板邊剝離強(qiáng)度（經(jīng)緯兩個(gè)值），其測(cè)試數(shù)據(jù)如表4所示。數(shù)據(jù)表明，將板材分成多塊后再加熱，原處于板中間位置的剝離強(qiáng)度也出現(xiàn)失效問(wèn)題，并不是只有之前發(fā)現(xiàn)的板邊位置有失效問(wèn)題，因此說(shuō)明板邊位置剝離強(qiáng)度失效和壓合時(shí)板邊位置壓力偏小相關(guān)性較小。

表4 PTFE板材整板取樣加熱剝離強(qiáng)度分布情況

2.2 PTFE板材高溫氧化過(guò)程考察

鑒于PTFE整板帶銅烘板時(shí)，板邊和板中剝離強(qiáng)度相差很大，因此取一塊較大的樣品，先帶銅烘板，然后從邊緣至中間密集蝕刻線路并測(cè)試剝離強(qiáng)度，同時(shí)觀察基材是否差異，情況如圖1所示。

圖1 PTFE烘板后剝離強(qiáng)度失效趨勢(shì)

經(jīng)觀察和測(cè)試，越靠近板邊，基材和銅箔剝離后因應(yīng)力導(dǎo)致的發(fā)白區(qū)域顏色越弱，即剝離強(qiáng)度失效越明顯，由此說(shuō)明失效是從板邊逐步深入板材中間，板中位置由于有銅箔的保護(hù)隔絕了氧氣，因此板中沒(méi)有失效問(wèn)題。

3 改善措施

基于前文的實(shí)驗(yàn)考察結(jié)果，針對(duì)PTFE板材高溫烘板后剝離強(qiáng)度失效問(wèn)題，可以采用的改善措施有：

（1）改變烘板環(huán)境或不烘板。測(cè)試結(jié)果表明，PTFE板材高溫后剝離強(qiáng)度失效主要和氧氣有關(guān)，而真空條件下烘板則沒(méi)有問(wèn)題，因此可以考慮真空烘板或充氮?dú)夂姘宓姆绞剑?/p>

（2）降低烘烤條件。根據(jù)考察，PTFE在高溫后剝離強(qiáng)度失效是一個(gè)較慢的過(guò)程，而目前200 ℃烘烤1 h的條件比較苛刻，如果能降低烘板條件可以減緩此問(wèn)題。根據(jù)考察，不同烘烤條件下，剝離強(qiáng)度失效差異比較大，具體如表5測(cè)試數(shù)據(jù)。因此如果能根據(jù)實(shí)際加工條件降低PTFE板材的烘烤條件，也可以改善剝離強(qiáng)度失效問(wèn)題。

表5 降低烘烤條件對(duì)剝離強(qiáng)度（N/mm）失效的影響

4 總結(jié)

隨著CCL產(chǎn)品的種類的不斷增加，同時(shí)為達(dá)到相同的性能參數(shù)采用的工藝方法也變多，因此PCB加工過(guò)程中，需要根據(jù)產(chǎn)品特性及時(shí)調(diào)整加工工藝，才能避免批量異常的發(fā)生。