高填充體系覆銅板生產(chǎn)特點(diǎn)

劉錦瓊 張 華 劉文龍 鐘健偉

（廣東生益科技股份有限公司，廣東 東莞 523808）

0 前言

電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)覆銅板（CCL）也提出了更高的要求，從而使得填料在覆銅板的樹脂配方中越來越不可或缺。因?yàn)樘盍铣四軌蝻@著降低制造成本外（只有部分特殊類型的填料單價(jià)會(huì)超過樹脂），其還能夠賦予覆銅板更高的性能和更多的功能，如高導(dǎo)熱率、低介電常數(shù)、良好的厚度均勻性、高CTI（相比漏電超痕指數(shù)）、低CTE（熱膨脹系數(shù)）等[1]。因此，填料技術(shù)隨之也突飛猛進(jìn)，如使用的種類越來越多、形態(tài)各種各樣、粒徑越來越小，還有就是配方中的添加比例越來越高，目前有些配方高達(dá)70%。而單從配方填料比例增加而言，其生產(chǎn)過程的難度已經(jīng)遠(yuǎn)高于低比例的體系，暴露出的問題也不同于低比例體系，按照目前低比例體系的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)已經(jīng)無法滿足要求，需要調(diào)整。

2 覆銅板高填充體系定義

目前，覆銅板行業(yè)中的產(chǎn)品并沒有按填料比例進(jìn)行類別區(qū)分的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有資料顯示，覆銅板如果按填料重量比例區(qū)分，一般就劃分為兩類：一類是“一般比例”，是指填料重量占比一般在15%～30%，屬于一個(gè)較低范圍；另一類則是“高填充比例”，指的是填料的重量占比在體系中為40%～70%，基本不會(huì)超過80%[3]。

但實(shí)際中，由于受配方實(shí)際固含量、填料密度、填料表面形貌、填料處理工藝等因素的不一樣，同一填料重量比的配方，實(shí)際生產(chǎn)差異可能會(huì)較大。如填料密度過大時(shí)，主要體現(xiàn)為填料沉降問題；填料比表面積大時(shí)，又主要體現(xiàn)為吸油值大的問題。故按照投料重量比例區(qū)分產(chǎn)品時(shí)，并不能完全體現(xiàn)此類產(chǎn)品的加工特性，仍需以填料和樹脂之間實(shí)際的填充情況為準(zhǔn)。

3 高填充體系混膠生產(chǎn)特點(diǎn)

3.1 投料重量準(zhǔn)確性要求更高

目前，覆銅板混膠工序?yàn)楸ＷC生產(chǎn)效率，單次混膠量都比較多，一般在3噸以上，因此所用設(shè)備體積都較大，造成投料輸送樹脂過程中管道、容器、泵體等設(shè)備腔體內(nèi)存在殘留較多問題，即樹脂實(shí)際添加量會(huì)少于配方需求量。填料比例低的體系因樹脂量多，此類殘留的問題占樹脂總量比例小，故影響較??；而高填充體系因樹脂比例本身比較低，一旦樹脂投料量減少，則影響度會(huì)大幅度提升，所以高填充體系需要特別注意投料重量的準(zhǔn)確性。常采用的控制方法有：

（1）對(duì)混膠設(shè)備和流程進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，如通過減少管道的長(zhǎng)度縮短輸送距離等，盡量實(shí)現(xiàn)物料直投，減少設(shè)備傳輸過程產(chǎn)生的殘留量。

（2）優(yōu)化投料方式，如泵樹脂后，采用一定量的溶劑沖洗管道、設(shè)備，清洗出設(shè)備中殘留的樹脂。

（3）混膠釜可以增加稱重功能，以樹脂實(shí)際投料量進(jìn)行管控。

3.2 填料分散難度更大

相關(guān)資料顯示，填料分散后如果粒徑依然＞30 μm以上，產(chǎn)品容易出現(xiàn)斑點(diǎn)、條痕缺陷[4]，在PCB鉆孔時(shí)會(huì)發(fā)生填料脫落等問題，目前一般需要將填料粒徑控制到30微米以下。但由于填料一般為固體顆粒，且因?yàn)榱叫。ㄒ话阈∮?0 μm）表面容易聚團(tuán)，所以膠液中的填料粒徑實(shí)際很容易大于30 μm，因此自從填料進(jìn)入覆銅板后，膠水中填料分散的均勻性成為制約覆銅板質(zhì)量的一個(gè)重要因素。

另外隨著填料使用技術(shù)的發(fā)展，其分散難度越來越大。如僅從填料比例而言，當(dāng)膠液中的填料比例達(dá)到某一程度后，膠水密度上升，此時(shí)再往膠液中投入填料，填料會(huì)漂浮在膠液表面，同時(shí)基于目前攪拌式的混合方式，漂浮在表面的填料很難進(jìn)入到樹脂中而無法實(shí)現(xiàn)分散的第一步 —浸潤，之前下沉在混膠釜底部的填料也存在同樣問題。現(xiàn)行業(yè)中，高填充體系的填料分散技術(shù)手段有以下幾個(gè)方面：

（1）對(duì)填料表面進(jìn)行預(yù)處理。之前日立化成就有相關(guān)專利，通過采用一種硅低聚物對(duì)填料表面進(jìn)行預(yù)處理，并制成漿料，從而可以使得填料易于分散，進(jìn)而大幅度提高配方中填料的比例。

（2）選擇球型填料。由于球型表面能較小，因此球形填料不易團(tuán)聚，會(huì)更好地分散，目前常用的填料為熔融球形二氧化硅。

（3）減緩?fù)读纤俣?。投填料過程中，應(yīng)控制投入填料的速度，因?yàn)樘盍戏稚⑿枰欢〞r(shí)間，一旦投料過快就會(huì)發(fā)生堆積，將更難混合到膠水中，所以需要緩慢加入填料而改善這類問題，常用的方式為少量多批次，如分時(shí)段投入填料、投料后期避免整袋投料等。

（4）改變投料進(jìn)口。目前行業(yè)里，投填料時(shí)一般都是從膠液上方依靠重力自然掉落到膠液表面，由此導(dǎo)致漂浮和堆積問題，且在膠液上方釜壁也會(huì)殘留很多，造成分散困難。因此可將填料投入到膠液里面而不是膠液表面，實(shí)現(xiàn)填料和膠水的快速浸潤。

（5）使用分散強(qiáng)度更高的設(shè)備。對(duì)于純液體混合，一般采用槳式攪拌設(shè)備即可。但對(duì)于團(tuán)聚的填料，則需要能量更大的設(shè)備才能將其再次打散。目前行業(yè)用得比較多的是高速分散盤和管線式乳化器，也有使用砂磨機(jī)、球磨機(jī)、高壓均質(zhì)機(jī)這類高效率設(shè)備對(duì)高填充體系進(jìn)行處理，但這類設(shè)備由于能量過大，可能會(huì)造成粒徑的改變，需慎用。

（6）使用低黏度樹脂。目前覆銅板行業(yè)中常使用的是環(huán)氧樹脂，但其存在黏度高、流動(dòng)性差等問題，不利于填料的分散。因此配方設(shè)計(jì)時(shí)可考慮使用PPO（聚苯醚）、碳?xì)溥@類低黏度樹脂。

3.3 填料分散均勻性檢測(cè)

如前面所述，填料分散均勻性是影響覆銅板的一個(gè)重要因素，而高填充體系填料難以分散，因此監(jiān)控填料分散均勻性是控制高填充體系質(zhì)量的重要手段。目前填料分散均勻性一般采用刮板細(xì)度計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，或采用切片觀察法，兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。

4 高填充體系上膠生產(chǎn)特點(diǎn)

4.1 半固化片容易出現(xiàn)經(jīng)向條紋缺陷

覆銅板用的半固化片在生產(chǎn)中，由于計(jì)量輥的逆向轉(zhuǎn)動(dòng)擠壓和玻璃布行走過程中產(chǎn)生的輕微抖動(dòng)，使得半固化片會(huì)產(chǎn)生經(jīng)向條紋，尤其當(dāng)樹脂流動(dòng)性差、表面張力大時(shí)這種條紋會(huì)更容易發(fā)生且較為明顯。而高填充體系由于填料比例大，整體流動(dòng)性比較差，產(chǎn)生條紋后也無法像其他產(chǎn)品一樣快速流平，因此條紋問題有時(shí)會(huì)很嚴(yán)重，用手可以感覺到明顯的凹凸感。目前的主要控制點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。

（1）確保膠水中填料的分散性。如前面所述，填料分散性會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品條痕缺陷，因此需要控制填料的分散性。

（2）控制合適的膠水黏度。通過增加溶劑降低膠水黏度，可以有效增強(qiáng)樹脂的流動(dòng)性，從而改善條紋的產(chǎn)生。但樹脂黏度過低會(huì)導(dǎo)致樹脂黏附力差，又會(huì)導(dǎo)致緯向的波浪紋，因此需要控制膠水黏度在一個(gè)合適的范圍。

（3）合理的夾軸轉(zhuǎn)速和車速比。通過調(diào)節(jié)夾軸轉(zhuǎn)速和車速，能夠減少條紋的產(chǎn)生并輔助膠水快速流平，從而改善經(jīng)向條紋的產(chǎn)生。

4.2 膠槽膠水容易發(fā)生填料沉降

高填充體系填料比例大，而上膠的膠槽沒有攪拌裝置，因此膠水在此容易發(fā)生填料沉降問題。填料沉降會(huì)導(dǎo)致膠水比例發(fā)生變化，同時(shí)沉降的填料可能脫落并黏附在半固化片上，造成局部填料富集。目前行業(yè)中，改善此問題主要是通過加強(qiáng)膠水流動(dòng)或在膠槽增加擾流裝置，避免膠水出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間靜置現(xiàn)象。

5 高填充體系層壓生產(chǎn)特點(diǎn)

5.1 板邊容易發(fā)生局部流膠大的問題

高填充體系雖然因?yàn)闃渲壤?，整體流膠小，因此整板的厚度均勻性相對(duì)一般體系更好。但其容易發(fā)生板邊局部流膠大的問題，并且導(dǎo)致對(duì)應(yīng)位置的銅箔發(fā)生凹陷，如圖1所示。

圖1 高填充體系板邊枝狀凹陷圖

正常來說，覆銅板層壓過程中，板邊的流膠程度是比較均勻的，不會(huì)出現(xiàn)局部大或小的問題。高填充體系會(huì)出現(xiàn)這個(gè)特殊缺陷，主要有兩個(gè)因素導(dǎo)致，具體如下。

（1）雖然高填充體系因?yàn)樘盍险急榷啵ㄇ衅^察時(shí)可以看到整個(gè)樹脂層都是填料密集堆積的），因此整體流動(dòng)性是相對(duì)較差的，但存在填料分散不均，導(dǎo)致局部區(qū)域填料比例不足而流動(dòng)性較好，層壓時(shí)此區(qū)域的樹脂會(huì)先流出板邊；

（2）由于高填充體系填料密集堆積，層壓過程中，填料很難移動(dòng)，而純樹脂流動(dòng)性好，會(huì)快速填充滿空出來的位置，因此空出的位置只有純樹脂填充，同時(shí)因樹脂收縮率大，冷卻后體積相對(duì)縮小得更多，最終造成銅箔凹陷缺陷。

而改善高填充體系局部流膠大的問題本質(zhì)還是需要避免樹脂層壓過程中流動(dòng)性過大，因此一般體系的改善方法也可通用，比如常見的調(diào)整層壓壓力、提升樹脂分子量、少使用球硅等。

5.2 半固化片表觀要求高

覆銅板用的半固化片在生產(chǎn)過程中難免會(huì)產(chǎn)生一些缺陷，如魚眼、針孔、打折后樹脂脫落等。這類缺陷對(duì)于一般體系，可以在層壓過程中，利用樹脂良好的流動(dòng)性和高壓，可以讓缺陷周圍的樹脂均勻填補(bǔ)缺陷位置，因此輕微缺陷的黏結(jié)片使用沒有質(zhì)量問題。但高填充體系如前面所述，雖然其樹脂流動(dòng)性較強(qiáng)，但填料較難移動(dòng)，因此缺陷位置只有純樹脂填充，造成局部樹脂富集和凹陷缺陷。因此高填充體系對(duì)黏結(jié)片表觀要求需要更高。

5.3 基材容易出現(xiàn)空洞

一般體系的基材空洞主要是微氣泡，而高填充體系的基材空洞主要是填料和填料之間有間隙。主要原因是高填充體系本身樹脂量有限，一旦填料粒徑或形態(tài)變化時(shí)，其吸油值也會(huì)變化，加上填料比例高該問題就會(huì)被進(jìn)一步放大，因此容易發(fā)生基材空洞問題。目前主要的解決方法還是要保證黏結(jié)片的樹脂量和填料質(zhì)量的穩(wěn)定性，同時(shí)層壓時(shí)需要足夠的壓力使得樹脂填充充足。

5.4 銅箔容易出現(xiàn)光點(diǎn)并氧化

一般體系的板材也會(huì)有此問題，但比較輕微。高填充體系由于填料比例高，層壓過程壓力又比較大，因此對(duì)銅箔的抗氧化層損傷更大，進(jìn)而容易發(fā)生銅箔光點(diǎn)和氧化問題。尤其是黏結(jié)片條紋嚴(yán)重時(shí)，板材有明顯的整板條紋印。目前行業(yè)中改善此問題的方法除了控制黏結(jié)片表觀外，主要是通過增加緩沖材料，避免銅箔的抗氧化層被鋼板破壞。

6 總結(jié)

覆銅板高填充體系產(chǎn)品目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于高頻、高速領(lǐng)域，成為產(chǎn)品家族中不可缺少的一員。但由于填料比例高，且多為薄型玻璃布規(guī)格，導(dǎo)致其生產(chǎn)工藝和核心控制點(diǎn)相對(duì)于一般體系都已經(jīng)發(fā)生了較大變化，因此我們需要重新識(shí)別高填充系統(tǒng)的生產(chǎn)特點(diǎn)，并開發(fā)出合適的生產(chǎn)設(shè)備和控制方法，才能保證高填充體系的產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率。